BG-GAN: Generative AI Enable Representing Brain Structure-Function Connections for Alzheimer’s Disease

脑功能 计算机科学 功能(生物学) 阿尔茨海默病 神经科学 生成语法 疾病 人工智能 医学 心理学 生物 进化生物学 病理
作者
Tong Zhou,Ding Chen,Changhong Jing,Feng Liu,Kevin Hung,Hieu H. Pham,Mufti Mahmud,Zhihan Lv,Sibo Qiao,Shuqiang Wang,Kim Fung Tsang
出处
期刊:IEEE Transactions on Consumer Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (2): 3087-3098 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tce.2025.3543943
摘要

The relationship between brain structure and function is critical for revealing the pathogenesis of brain disorders, including Alzheimer’s disease (AD). However, mapping brain structure to function connections is a very challenging task. In this work, a bidirectional graph generative adversarial network (BG-GAN) is proposed to represent brain structure-function connections. Specifically, by designing a module incorporating inner graph convolution network (InnerGCN), the generators of BG-GAN can employ features of direct and indirect brain regions to learn the mapping function between the structural domain and the functional domain. Besides, a new module named Balancer is designed to counterpoise the optimization between generators and discriminators. By introducing the Balancer into BG-GAN, both the structural generator and functional generator can not only alleviate the issue of mode collapse but also learn complementarity of structural and functional features. Experimental results using Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) dataset show that both generated structure and function connections can improve the identification accuracy of AD. The experimental findings suggest that the relationship between brain structure and function is not a complete one-to-one correspondence. They also suggest that brain structure is the basis of brain function, and the strong structural connections are majorly accompanied by strong functional connections.
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