Brain aging is a widely studied longitudinal process throughout which the brain undergoes considerable morphological changes and various machine learning approaches have been proposed to analyze it. Within this context, brain age prediction from structural MR images and age-specific brain morphology template generation are two problems that have attracted much attention. While most approaches tackle these tasks independently, we assume that they are inverse directions of the same functional bidirectional relationship between a brain's morphology and an age variable. In this paper, we propose to model this relationship with a single conditional normalizing flow, which unifies brain age prediction and age-conditioned generative modeling in a novel way. In an initial evaluation of this idea, we show that our normalizing flow brain aging model can accurately predict brain age while also being able to generate age-specific brain morphology templates that realistically represent the typical aging trend in a healthy population. This work is a step towards unified modeling of functional relationships between 3D brain morphology and clinical variables of interest with powerful normalizing flows.


翻译:大脑成形是一个经过广泛研究的纵向过程,在这个过程中,大脑经历了相当大的形态变化,并提出了各种机器学习方法来分析它。在此背景下,结构MR图像和年龄特定大脑形态模版生成的大脑年龄预测是引起人们极大关注的两个问题。虽然大多数方法独立地处理这些任务,但我们认为它们是大脑形态和年龄变量之间相同功能双向关系的反向方向。在本文中,我们提议以单一的有条件的正常流动模式来模拟这种关系,这种流动模式以新颖的方式统一了大脑年龄预测和年龄固定的基因模型。在对这一理念的初步评估中,我们表明我们正常的大脑成形模型可以准确预测大脑年龄,同时也能够产生现实地代表健康人口典型的形成趋势的年龄特定大脑形态模型。这项工作是朝着3D大脑形态和与强大正常流动有关的临床变量之间的功能关系统一模型化迈出的一步。

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