There has been huge interest in studying human brain connectomes inferred from different imaging modalities and exploring their relationship with human traits, such as cognition. Brain connectomes are usually represented as networks, with nodes corresponding to different regions of interest (ROIs) and edges to connection strengths between ROIs. Due to the high-dimensionality and non-Euclidean nature of networks, it is challenging to depict their population distribution and relate them to human traits. Current approaches focus on summarizing the network using either pre-specified topological features or principal components analysis (PCA). In this paper, building on recent advances in deep learning, we develop a nonlinear latent factor model to characterize the population distribution of brain graphs and infer the relationships between brain structural connectomes and human traits. We refer to our method as Graph AuTo-Encoding (GATE). We applied GATE to two large-scale brain imaging datasets, the Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) study and the Human Connectome Project (HCP) for adults, to understand the structural brain connectome and its relationship with cognition. Numerical results demonstrate huge advantages of GATE over competitors in terms of prediction accuracy, statistical inference and computing efficiency. We found that structural connectomes have a stronger association with a wide range of human cognitive traits than was apparent using previous approaches.


翻译:人们对研究从不同成像模式中推断出的人类大脑连接体和探索其与人类特性的关系,例如认知能力,的兴趣很大。大脑连接体通常以网络形式出现,与不同感兴趣的区域(ROIs)相对应,与ROIs之间连接力的边缘相对应。由于网络具有高维度和非欧洲的特性,因此很难描述其人口分布和与人类特性相关联。目前的方法侧重于利用预先指定的地形特征或主要组成部分分析来总结网络。在本文中,我们根据最近深层学习的进展,开发了非线性潜在因素模型,以描述大脑图的人口分布,并推断大脑结构连接体与人类特性之间的关系。我们称之为“AuTo-Encoding”(GATE)的方法。我们用GATE(GATE)来描述其人口分布,并将其与人类特性联系起来。我们用两个大型的脑成像数据集,即青少年脑发育(ABCD)研究,和人类连接项目(HCP),以理解大脑结构连接体结构连接体及其与结构结构相近度预测的关联关系。我们利用了一种巨大的统计性变异性模型,我们利用了一种大的计算法的计算学的优势。我们发现了一种巨大的研究。

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