Interpretable MRI-Based Deep Learning for Alzheimer's Risk and Progression

概化理论 深度学习 医学 队列 人工智能 认知 神经影像学 机器学习 心理学 肿瘤科 神经科学 内科学 计算机科学 发展心理学
作者
Bin Lu,Yanrong Chen,Ruixian Li,Mingkai Zhang,Shaozhen Yan,Guanqun Chen,F. Xavier Castellanos,Paul M. Thompson,Jie Lu,Ying Han,Chao‐Gan Yan
出处
期刊:Cold Spring Harbor Laboratory - medRxiv 被引量:1
标识
DOI:10.1101/2025.05.06.25326606
摘要

Timely intervention for Alzheimer's disease (AD) requires early detection. The development of immunotherapies targeting amyloid-beta and tau underscores the need for accessible, time-efficient biomarkers for early diagnosis. Here, we directly applied our previously developed MRI-based deep learning model for AD to the large Chinese SILCODE cohort (722 participants, 1,105 brain MRI scans). The model - initially trained on North American data - demonstrated robust cross-ethnic generalization, without any retraining or fine-tuning, achieving an AUC of 91.3% in AD classification with a sensitivity of 95.2%. It successfully identified 86.7% of individuals at risk of AD progression more than 5 years in advance. Individuals identified as high-risk exhibited significantly shorter median progression times. By integrating an interpretable deep learning brain risk map approach, we identified AD brain subtypes, including an MCI subtype associated with rapid cognitive decline. The model's risk scores showed significant correlations with cognitive measures and plasma biomarkers, such as tau proteins and neurofilament light chain (NfL). These findings underscore the exceptional generalizability and clinical utility of MRI-based deep learning models, especially in large and diverse populations, offering valuable tools for early therapeutic intervention. The model has been made open-source and deployed to a free online website for AD risk prediction, to assist in early screening and intervention.

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