Predicting Progression From Mild Cognitive Impairment to Alzheimer's Dementia With Adversarial Attacks

痴呆 对抗制 认知障碍 认知 计算机科学 阿尔茨海默病 医学 精神科 人工智能 疾病 内科学
作者
İnci M. Baytaş
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:28 (6): 3750-3761 被引量:10
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3373703
摘要

Early diagnosis of Alzheimer's disease plays a crucial role in treatment planning that might slow down the disease's progression. This problem is commonly posed as a classification task performed by machine learning and deep learning techniques. Although data-driven techniques set the state-of-the-art in many domains, the scale of the available datasets in Alzheimer's research is not sufficient to learn complex models from patient data. This study proposes a simple yet promising framework to predict the conversion from Mild Cognitive Impairment (MCI) to Alzheimer's Disease (AD). The proposed framework comprises a shallow neural network for binary classification and a single-step gradient-based adversarial attack to find an adversarial progression direction in the input space. The step size required for the adversarial attack to change a patient's diagnosis from MCI to AD indicates the distance to the decision boundary. The patient's diagnosis at the next visit is predicted by employing this notion of distance to the decision boundary. We also present a potential application of the proposed framework to patient subtyping. Experiments with two publicly available datasets for Alzheimer's disease research imply that the proposed framework can predict MCI-to-AD conversions and assist in subtyping by only training a shallow neural network.
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