The prevalence of machine learning in biomedical research is rapidly growing, yet the trustworthiness of such research is often overlooked. While some previous works have investigated the ability of adversarial attacks to degrade model performance in medical imaging, the ability to falsely improve performance via recently-developed "enhancement attacks" may be a greater threat to biomedical machine learning. In the spirit of developing attacks to better understand trustworthiness, we developed three techniques to drastically enhance prediction performance of classifiers with minimal changes to features, including the enhancement of 1) within-dataset predictions, 2) a particular method over another, and 3) cross-dataset generalization. Our within-dataset enhancement framework falsely improved classifiers' accuracy from 50% to almost 100% while maintaining high feature similarities between original and enhanced data (Pearson's r's>0.99). Similarly, the method-specific enhancement framework was effective in falsely improving the performance of one method over another. For example, a simple neural network outperformed LR by 50% on our enhanced dataset, although no performance differences were present in the original dataset. Crucially, the original and enhanced data were still similar (r=0.95). Finally, we demonstrated that enhancement is not specific to within-dataset predictions but can also be adapted to enhance the generalization accuracy of one dataset to another by up to 38%. Overall, our results suggest that more robust data sharing and provenance tracking pipelines are necessary to maintain data integrity in biomedical machine learning research.


翻译:在生物医学研究中,机器学习的普及程度正在迅速增加,但这种研究的可信度却常常被忽视。虽然以前的一些著作调查了对抗性攻击降低医学成像模型性能的能力,但通过最近开发的“增强攻击”来错误地提高性能的能力可能更威胁生物医学机学学习。同样,为了发展攻击以更好地了解信任性,我们开发了三种技术,以大幅提高分类者的预测性能,其特性变化最小,包括1个数据集内预测的增强1个在内,2个特定方法高于另一个方法,以及3个交叉数据集的概括化。尽管原始数据集中不存在性能差异,但我们内部的加强性能框架错误地将分类器的准确性从50%提高到近100 %,同时保持原始和强化数据之间的高度相似性(Pearson's r's>0.99 ) 。同样,方法化框架有效地错误地改进了一种方法的性能。例如,简单神经网络在强化的数据集上将LR比50%的改进,尽管在原始数据集中没有出现性差。 显而易见的是,原始和增强的机能性化的分类的精度框架的精度框架的精确性框架的精确性框架中,最后显示的是,一个特定数据的改进了数据的改进了数据的精确性能与总体数据的改进了另一个的改进了数据。

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