White matter tract microstructure has been shown to influence neuropsychological scores of cognitive performance. However, prediction of these scores from white matter tract data has not been attempted. In this paper, we propose a deep-learning-based framework for neuropsychological score prediction using microstructure measurements estimated from diffusion magnetic resonance imaging (dMRI) tractography, focusing on predicting performance on a receptive vocabulary assessment task based on a critical fiber tract for language, the arcuate fasciculus (AF). We directly utilize information from all points in a fiber tract, without the need to average data along the fiber as is traditionally required by diffusion MRI tractometry methods. Specifically, we represent the AF as a point cloud with microstructure measurements at each point, enabling adoption of point-based neural networks. We improve prediction performance with the proposed Paired-Siamese Loss that utilizes information about differences between continuous neuropsychological scores. Finally, we propose a Critical Region Localization (CRL) algorithm to localize informative anatomical regions containing points with strong contributions to the prediction results. Our method is evaluated on data from 806 subjects from the Human Connectome Project dataset. Results demonstrate superior neuropsychological score prediction performance compared to baseline methods. We discover that critical regions in the AF are strikingly consistent across subjects, with the highest number of strongly contributing points located in frontal cortical regions (i.e., the rostral middle frontal, pars opercularis, and pars triangularis), which are strongly implicated as critical areas for language processes.


翻译:白物质显微结构显示影响神经心理学认知性表现的分数。 但是,还没有尝试从白物质量数据中对这些分数进行预测。 在本文件中,我们提出一个基于深学习的神经心理分数预测框架,使用通过传播磁共振成像(dMRI)成像(dMRI)成像法分析法估计的微观结构测量法进行预测,重点是根据关键纤维质谱(arrcuate fasculus(AF))预测可接受词汇评估任务的性能。我们直接利用纤维质谱中各个点的信息,而不必像传播MRI光学测量方法传统上所要求的那样,沿着纤维体系平均数据进行平均数据。具体地说,我们代表AF公司作为每个点的点云,使用基于点的神经共振动成像成像成像成像(dMRI)测量结果的点,我们利用关键区域本地化(CRRL)算法将数据本地化(CRL)进行本地化信息化,在预测结果中具有强烈贡献的点上。我们的方法是从806个区域进行最精确的精确的对比。

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