Brain network provides important insights for the diagnosis of many brain disorders, and how to effectively model the brain structure has become one of the core issues in the domain of brain imaging analysis. Recently, various computational methods have been proposed to estimate the causal relationship (i.e., effective connectivity) between brain regions. Compared with traditional correlation-based methods, effective connectivity can provide the direction of information flow, which may provide additional information for the diagnosis of brain diseases. However, existing methods either ignore the fact that there is a temporal-lag in the information transmission across brain regions, or simply set the temporal-lag value between all brain regions to a fixed value. To overcome these issues, we design an effective temporal-lag neural network (termed ETLN) to simultaneously infer the causal relationships and the temporal-lag values between brain regions, which can be trained in an end-to-end manner. In addition, we also introduce three mechanisms to better guide the modeling of brain networks. The evaluation results on the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) database demonstrate the effectiveness of the proposed method.


翻译:脑网络为诊断许多脑疾病提供了重要的见解,以及如何有效地模拟大脑结构已成为大脑成像分析领域的核心问题之一。最近,提出了各种计算方法来估计大脑区域之间的因果关系(即有效的连通性)。与传统的基于关联的方法相比,有效的连通可以提供信息流动的方向,为诊断脑疾病提供更多的信息。然而,现有的方法要么忽视了跨脑区域信息传输存在时间差的事实,要么只是将所有脑区域之间的时间差值设定为固定值。为了克服这些问题,我们设计了一个有效的时滞神经网络(经确定为ETLN),以同时推算脑区域之间的因果关系和时间拉值,这些关系和值可以以端到端方式加以培训。此外,我们还引入了三个机制来更好地指导脑网络的建模。关于阿尔茨海默氏病神经造影倡议(ADNI)数据库的评价结果显示了拟议方法的有效性。

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