Graph-Based Conditional Generative Adversarial Networks for Major Depressive Disorder Diagnosis With Synthetic Functional Brain Network Generation

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作者
Ji-Hye Oh,Deok-Joong Lee,Chang-Hoon Ji,Dong-Hee Shin,Ji-Wung Han,Young-Han Son,Tae‐Eui Kam
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:28 (3): 1504-1515 被引量:13
标识
DOI:10.1109/jbhi.2023.3340325
摘要

Major Depressive Disorder (MDD) is a pervasive disorder affecting millions of individuals, presenting a significant global health concern. Functional connectivity (FC) derived from resting-state functional Magnetic Resonance Imaging (rs-fMRI) serves as a crucial tool in revealing functional connectivity patterns associated with MDD, playing an essential role in precise diagnosis. However, the limited data availability of FC poses challenges for robust MDD diagnosis. To tackle this, some studies have employed Deep Neural Networks (DNN) architectures to construct Generative Adversarial Networks (GAN) for synthetic FC generation, but this tends to overlook the inherent topology characteristics of FC. To overcome this challenge, we propose a novel Graph Convolutional Networks (GCN)- based Conditional GAN with Class-Aware Discriminator (GC-GAN). GC-GAN utilizes GCN in both the generator and discriminator to capture intricate FC patterns among brain regions, and the class-aware discriminator ensures the diversity and quality of the generated synthetic FC. Additionally, we introduce a topology refinement technique to enhance MDD diagnosis performance by optimizing the topology using the augmented FC dataset. Our framework was evaluated on publicly available rs-fMRI datasets, and the results demonstrate that GC-GAN outperforms existing methods. This indicates the superior potential of GCN in capturing intricate topology characteristics and generating high-fidelity synthetic FC, thus contributing to a more robust MDD diagnosis.
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