Multimodal integration of neuroimaging and genetic data for the diagnosis of mood disorders based on computer vision models

重性抑郁障碍 神经影像学 人工智能 心情 机器学习 情绪障碍 计算机科学 深度学习 外显子组测序 心理学 医学 临床心理学 精神科 生物 焦虑 生物化学 突变 基因
作者
Seung‐Eun Lee,Yongwon Cho,Yuyoung Ji,Minhyek Jeon,Aram Kim,Byung‐Joo Ham,Yoonjung Yoonie Joo
出处
期刊:Journal of Psychiatric Research [Elsevier BV]
卷期号:172: 144-155 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jpsychires.2024.02.036
摘要

Mood disorders, particularly major depressive disorder (MDD) and bipolar disorder (BD), are often underdiagnosed, leading to substantial morbidity. Harnessing the potential of emerging methodologies, we propose a novel multimodal fusion approach that integrates patient-oriented brain structural magnetic resonance imaging (sMRI) scans with DNA whole-exome sequencing (WES) data. Multimodal data fusion aims to improve the detection of mood disorders by employing established deep-learning architectures for computer vision and machine-learning strategies. We analyzed brain imaging genetic data of 321 East Asian individuals, including 147 patients with MDD, 78 patients with BD, and 96 healthy controls. We developed and evaluated six fusion models by leveraging common computer vision models in image classification: Vision Transformer (ViT), Inception-V3, and ResNet50, in conjunction with advanced machine-learning techniques (XGBoost and LightGBM) known for high-dimensional data analysis. Model validation was performed using a 10-fold cross-validation. Our ViT ⊕ XGBoost fusion model with MRI scans, genomic Single Nucleotide polymorphism (SNP) data, and unweighted polygenic risk score (PRS) outperformed baseline models, achieving an incremental area under the curve (AUC) of 0.2162 (32.03% increase) and 0.0675 (+8.19%) and incremental accuracy of 0.1455 (+25.14%) and 0.0849 (+13.28%) compared to SNP-only and image-only baseline models, respectively. Our findings highlight the opportunity to refine mood disorder diagnostics by demonstrating the transformative potential of integrating diverse, yet complementary, data modalities and methodologies.
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