Interpretable deep learning model for major depressive disorder assessment based on functional near-infrared spectroscopy

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作者
Cyrus S. H. Ho,Jin-Yuan Wang,Gabrielle Wann Nii Tay,Roger Ho,Syeda Fabeha Husain,Soon Kiat Chiang,Hai Lin,Xiao Cheng,Zhifei Li,Nanguang Chen
出处
期刊:Asian Journal of Psychiatry [Elsevier BV]
卷期号:92: 103901-103901 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.ajp.2023.103901
摘要

Major depressive disorder (MDD) affects a substantial number of individuals worldwide. New approaches are required to improve the diagnosis of MDD, which relies heavily on subjective reports of depression-related symptoms. Establish an objective measurement and evaluation of MDD. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) was used to investigate the brain activity of MDD patients and healthy controls (HCs). Leveraging a sizeable fNIRS dataset of 263 HCs and 251 patients with MDD, including mild to moderate MDD (mMDD; n=139) and severe MDD (sMDD; n=77), we developed an interpretable deep learning model for screening MDD and staging its severity. The proposed deep learning model achieved an accuracy of 80.9% in diagnostic classification and 78.6% in severity staging for MDD. We discerned five channels with the most significant contribution to MDD identification through Shapley additive explanations (SHAP), located in the right medial prefrontal cortex, right dorsolateral prefrontal cortex, right superior temporal gyrus, and left posterior superior frontal cortex. The findings corresponded closely to the features of haemoglobin responses between HCs and individuals with MDD, as we obtained a good discriminative ability for MDD using cortical channels that are related to the disorder, namely the frontal and temporal cortical channels with areas under the curve of 0.78 and 0.81, respectively. Our study demonstrated the potential of integrating the fNIRS system with artificial intelligence algorithms to classify and stage MDD in clinical settings using a large dataset. This approach can potentially enhance MDD assessment and provide insights for clinical diagnosis and intervention.
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