Diagnóstico temprano de deterioro cognitivo leve a través de redes cerebrales en estado de reposo fMRI utilizando una red neuronal gráfica jerárquica de fusión específica de la región
Autores: Chen, Zhiang; Song, Miao; Wu, Ningge
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Diagnóstico temprano de deterioro cognitivo leve a través de redes cerebrales en estado de reposo fMRI utilizando una red neuronal gráfica jerárquica de fusión específica de la región
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión de la tecnología y la inovación
Palabras clave
Deterioro cognitivo
Enfermedad de Alzheimer
Redes neuronales gráficas
Métodos de diagnóstico basados en fMRI
HF-BrainGNN
Biomarcadores EMCI
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El deterioro cognitivo leve temprano (EMCI) es la etapa más temprana intervenible de la enfermedad de Alzheimer (EA). Aunque las redes neuronales gráficas (GNN) han comenzado a explotar la topología de la red cerebral, los métodos de diagnóstico tradicionales basados en fMRI a menudo descuidan estos patrones estructurales al depender de características vectorizadas. Además, las GNN existentes frecuentemente ignoran la heterogeneidad funcional interregional y los patrones discriminativos a nivel de grupo, lo que lleva a una precisión y una interpretabilidad de biomarcadores limitadas. Para abordar estos desafíos, proponemos HF-BrainGNN, un marco de aprendizaje jerárquico de gráficos de extremo a extremo para la identificación de EMCI. Nuestro método introduce una capa de convolución de región de afinidad funcional (FAR-Conv) para aprender núcleos adaptativos a la región, un módulo de agrupamiento de enfoque diferencial (DF-Pool) para identificar regiones cerebrales relevantes para la enfermedad maximizando la distintividad entre grupos, y un clasificador de integración jerárquica (HIC) para fusionar representaciones gráficas de múltiples niveles. El marco se optimiza utilizando pérdidas de clasificación, separación de enfoque y regularización de consistencia. Los experimentos en el conjunto de datos ADNI (104 EMCI, 114 Cognitivamente Normales) muestran que HF-BrainGNN logra una precisión del 86.78%, superando la mejor línea base (Hi-GCN) en un 4.64%. Además, las regiones identificadas automáticamente, como el hipocampo bilateral y los núcleos de la red de modo por defecto, se alinean con los biomarcadores de EMCI establecidos. En última instancia, HF-BrainGNN proporciona una herramienta de inteligencia artificial eficiente e interpretable para la caracterización precisa de la red cerebral y la intervención temprana en la EA.
Descripción
El deterioro cognitivo leve temprano (EMCI) es la etapa más temprana intervenible de la enfermedad de Alzheimer (EA). Aunque las redes neuronales gráficas (GNN) han comenzado a explotar la topología de la red cerebral, los métodos de diagnóstico tradicionales basados en fMRI a menudo descuidan estos patrones estructurales al depender de características vectorizadas. Además, las GNN existentes frecuentemente ignoran la heterogeneidad funcional interregional y los patrones discriminativos a nivel de grupo, lo que lleva a una precisión y una interpretabilidad de biomarcadores limitadas. Para abordar estos desafíos, proponemos HF-BrainGNN, un marco de aprendizaje jerárquico de gráficos de extremo a extremo para la identificación de EMCI. Nuestro método introduce una capa de convolución de región de afinidad funcional (FAR-Conv) para aprender núcleos adaptativos a la región, un módulo de agrupamiento de enfoque diferencial (DF-Pool) para identificar regiones cerebrales relevantes para la enfermedad maximizando la distintividad entre grupos, y un clasificador de integración jerárquica (HIC) para fusionar representaciones gráficas de múltiples niveles. El marco se optimiza utilizando pérdidas de clasificación, separación de enfoque y regularización de consistencia. Los experimentos en el conjunto de datos ADNI (104 EMCI, 114 Cognitivamente Normales) muestran que HF-BrainGNN logra una precisión del 86.78%, superando la mejor línea base (Hi-GCN) en un 4.64%. Además, las regiones identificadas automáticamente, como el hipocampo bilateral y los núcleos de la red de modo por defecto, se alinean con los biomarcadores de EMCI establecidos. En última instancia, HF-BrainGNN proporciona una herramienta de inteligencia artificial eficiente e interpretable para la caracterización precisa de la red cerebral y la intervención temprana en la EA.