【摘要】：神經(jīng)影像技術(shù)為研究人腦的結(jié)構(gòu)及功能的機(jī)理及變異提供了有效工具,將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)引入神經(jīng)影像數(shù)據(jù)的分析,則為有效解析神經(jīng)影像數(shù)據(jù)提供了新的可能。采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析方法,諸多研究表明男女在腦結(jié)構(gòu)方面存在巨大差異,但這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果僅僅是反映了一種“可能性”(例如,99%的可能性顯示男性的皮層厚度大于女性),而不是“事實(shí)”,因此基于統(tǒng)計(jì)分析常常得到相悖的結(jié)論,而這些結(jié)論何者正確,只依靠統(tǒng)計(jì)分析本身往往無(wú)法確認(rèn)。通過(guò)引入機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),能有效甄別這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果中哪些更接近真相:哪些有助于有效識(shí)別個(gè)體性別的差異可能是更為“真實(shí)”的。除了有效甄別統(tǒng)計(jì)結(jié)果的真?zhèn)?性別分類(lèi)對(duì)于一些有性別側(cè)重的神經(jīng)精神疾病(比如多動(dòng)癥的男性患病率明顯偏高,而抑郁癥的女性患病率明顯偏高)的機(jī)理分析及診斷也有重要意義。本研究中,我們基于大樣本磁共振影像進(jìn)行了性別分類(lèi)研究。具體地,我們基于526個(gè)健康成年人(215個(gè)男性,年齡在22-35歲之間)的腦結(jié)構(gòu)磁共振圖像,提取了每一個(gè)樣本的包括皮層表面積、皮層厚度、灰質(zhì)體積、折疊指數(shù)、平均曲率、高斯曲率及其皮下體積七種參數(shù),采用彈性網(wǎng)、棧式自編碼和隨機(jī)森林等三種方法開(kāi)展男女之間的性別分類(lèi)研究。具體如下:基于彈性網(wǎng)的性別分類(lèi):我們基于不同的腦結(jié)構(gòu)參數(shù),采用彈性網(wǎng)方法構(gòu)建分類(lèi)模型,采用10折交叉的方法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于皮下體積的分類(lèi)正確率最高,達(dá)到85.38%;當(dāng)組合所有的參數(shù)特征進(jìn)行分類(lèi)時(shí),分類(lèi)正確率達(dá)到88.61%;如果同時(shí)考慮皮層參數(shù)的左右半腦的不對(duì)稱(chēng)性,分類(lèi)結(jié)果達(dá)到了 90.50%�；跅Ｊ阶跃幋a的性別分類(lèi):我們基于不同的腦結(jié)構(gòu)參數(shù),采用棧式自編碼器構(gòu)建性別分類(lèi)模型,采用10折交叉法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于皮下體積的分類(lèi)正確率最高,達(dá)到了 86.50%;當(dāng)組合所有的參數(shù)特征時(shí),分類(lèi)正確率可達(dá)到89.92%;考慮皮層參數(shù)不同區(qū)域的不對(duì)稱(chēng)性時(shí),分類(lèi)結(jié)果反而降低,這一結(jié)果提示棧式自編碼器可能本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)腦結(jié)構(gòu)特征的有效融合,因此,加入左右不對(duì)稱(chēng)性未能有效提升分類(lèi)正確率�；陔S機(jī)森林的性別分類(lèi):我們基于不同的腦結(jié)構(gòu)參數(shù),采用隨機(jī)森林方法構(gòu)建性別分類(lèi)模型,采用10折交叉的方法進(jìn)行交叉驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于皮下體積的分類(lèi)正確率最高,達(dá)到83.48%;當(dāng)組合所有的參數(shù)特征時(shí),分類(lèi)正確率達(dá)到了 86.11%;如果同時(shí)考慮皮層參數(shù)的左右半腦的不對(duì)稱(chēng)性,分類(lèi)正確率提升不大�？傮w而言,本研究基于人腦結(jié)構(gòu)影像,采用三種方法開(kāi)展了性別分類(lèi)研究。研究結(jié)果表明,皮下體積、皮層表面積、灰質(zhì)體積等參數(shù)較折疊指數(shù)、平均曲率、高斯曲率等參數(shù)能更好地表征人腦結(jié)構(gòu)在性別方面的差異。這些參數(shù)之間存在一定的互補(bǔ)性,幾個(gè)參數(shù)相結(jié)合能有效提升分類(lèi)正確率。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明,人腦結(jié)構(gòu)的左右不對(duì)稱(chēng)性指標(biāo)也是男女之間腦結(jié)構(gòu)差異的重要方面。本研究的結(jié)果對(duì)于人腦結(jié)構(gòu)分析中的參數(shù)選擇有指導(dǎo)意義,對(duì)基于腦結(jié)構(gòu)參數(shù)開(kāi)展對(duì)于有性別側(cè)重的神經(jīng)精神疾病的分類(lèi)也有借鑒價(jià)值。
[Abstract]:Neuroimaging is an effective tool to study the mechanism and variation of the structure and function of the human brain. Using traditional statistical analysis methods, a number of studies have shown that there is a great difference between men and women in the brain structure, but these statistical results are only a reflection of a 鈥減ossibility鈥，

本文編號(hào)：2383365