Graph neural networks (GNNs) have been successfully applied to early mild cognitive impairment (EMCI) detection, with the usage of elaborately designed features constructed from blood oxygen level-dependent (BOLD) time series. However, few works explored the feasibility of using BOLD signals directly as features. Meanwhile, existing GNN-based methods primarily rely on hand-crafted explicit brain topology as the adjacency matrix, which is not optimal and ignores the implicit topological organization of the brain. In this paper, we propose a spatial temporal graph convolutional network with a novel graph structure self-learning mechanism for EMCI detection. The proposed spatial temporal graph convolution block directly exploits BOLD time series as input features, which provides an interesting view for rsfMRI-based preclinical AD diagnosis. Moreover, our model can adaptively learn the optimal topological structure and refine edge weights with the graph structure self-learning mechanism. Results on the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) database show that our method outperforms state-of-the-art approaches. Biomarkers consistent with previous studies can be extracted from the model, proving the reliable interpretability of our method.


翻译:早期轻度认知障碍(EMCI)检测成功应用了早期轻度认知障碍(EMCI)神经神经网络(GNN),使用了根据血液氧水平依赖(BOLD)时间序列构建的精心设计的特征,然而,很少有人研究直接使用BOLD信号作为特征的可行性;同时,现有的GNN的模型主要依靠手工制作的清晰的脑表层作为相邻矩阵,这不是最佳的,而且忽视了大脑隐含的表层组织。在本文中,我们提议建立一个空间时间图共变网络,为EMCI检测建立一个创新的图形结构自学习机制。拟议的空间时图共变块直接利用BOLD时间序列作为输入特征,为基于rsfMRI的成熟诊断提供了有趣的观点。此外,我们的模型可以适应性地学习最佳的表层结构,并用图形结构自学机制改进边缘重量。关于阿尔茨氏病神经成像倡议(ADNI)数据库的结果显示,我们的方法超越了最新图表结构的自学机制。与以前的研究相一致的生物标志与我们模型的可靠解释方法可以解算出。

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