随机生存森林在预测从轻度认知障碍到阿尔茨海默病转化风险方面的解释性
Alessia Sarica1, Federica Aracri2, Maria Giovanna Bianco2
1Neuroscience Research Center, Department of Medical and Surgical Sciences, Magna Graecia University, viale Europa, loc. Germaneto, 88100, Catanzaro, Italy. sarica@unicz.it.
随机生存森林 (RSF) 准确地预测阿尔茨海默病 (AD) 从轻度认知障碍 (MCI) 的进展. 沙普利添加剂解释 (SHAP) 提高了RSF的解释性,识别了临床决策的关键生物标志物.
科学领域:
- 神经科学是一个神经科学.
- 生物统计学 生物统计学
- 机器学习 机器学习
背景情况:
- 随机生存森林 (RSF) 在预测阿尔茨海默病 (AD) 从轻度认知障碍 (MCI) 的转化方面表现有希望.
- RSF的临床实用性受到其"黑子"性质的阻碍,限制了可解释性.
- 沙普利增量解释 (SHAP) 提供了一种解释机器学习模型预测的方法.
研究的目的:
- 为了全面评估RSF的可解释性,使用SHAP预测MCI转换为AD.
- 为了比较全球解释方法 (RSF特征重要性,排列重要性,SHAP重要性) 并评估多线性对SHAP结果的影响.
- 调查逐渐发达MCI (pMCI) 患者的个体患者风险分层和解释.
主要方法:
- 应用RSF和Cox比例危险 (CPH) 模型来预测MCI转换为AD使用阿尔茨海默病神经成像倡议数据.
- 利用SHAP对RSF预测的全球和本地解释.
- 评估了使用排名偏差重叠 (RBO) 的特征重要性排名,并评估了SHAP的多线性效应.
- 将pMCI患者分层分为风险组进行个人SHAP分析.
主要成果:
- 在预测转化时,RSF表现出比CPH (0.819) 更高的准确性 (0.890).
- SHAP分析证实了模型的稳定性和稳定性,没有多对线性带来的实质性改变.
- 关键生物标志物FDG,ABETA42和HCI被确定为在全球和地方解释中非常重要.
- 临床和神经心理学评估,如FAQ,mPACCdigit,mPACCtrailsB和RAVLT,立即显著影响了进展风险.
结论:
- RSF是支持临床估计AD转化风险的宝贵工具.
- 通过提供可理解的个人风险预测,SHAP显著提高了RSF的临床实用性.
- 来自SHAP的可解释结果突出了关键生物标志物和AD预后的评估,有助于临床决策.
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