Published July 25, 2018 | Version v1
Publication Open

Weighted Symbolic Dependence Metric (wSDM) for fMRI resting-state connectivity: A multicentric validation for frontotemporal dementia

  • 1. Favaloro University
  • 2. Instituto de Neurología Cognitiva
  • 3. National University of Cuyo
  • 4. Balseiro Institute
  • 5. Comisión Nacional de Energía Atómica
  • 6. Centro Científico Tecnológico - San Juan
  • 7. University of Buenos Aires
  • 8. Universidad de la República
  • 9. Hospital César Milstein
  • 10. Icesi University
  • 11. Pontificia Universidad Javeriana
  • 12. Hospital Universitario San Ignacio
  • 13. ARC Centre of Excellence in Cognition and its Disorders
  • 14. Australian Research Council
  • 15. Universidad Autónoma del Caribe
  • 16. Adolfo Ibáñez University

Description

The search for biomarkers of neurodegenerative diseases via fMRI functional connectivity (FC) research has yielded inconsistent results. Yet, most FC studies are blind to non-linear brain dynamics. To circumvent this limitation, we developed a "weighted Symbolic Dependence Metric" (wSDM) measure. Using symbolic transforms, we factor in local and global temporal features of the BOLD signal to weigh a robust copula-based dependence measure by symbolic similarity, capturing both linear and non-linear associations. We compared this measure with a linear connectivity metric (Pearson's R) in its capacity to identify patients with behavioral variant frontotemporal dementia (bvFTD) and controls based on resting-state data. We recruited participants from two international centers with different MRI recordings to assess the consistency of our measure across heterogeneous conditions. First, a seed-analysis comparison of the salience network (a specific target of bvFTD) and the default-mode network (as a complementary control) between patients and controls showed that wSDM yields better identification of resting-state networks. Moreover, machine learning analysis revealed that wSDM yielded higher classification accuracy. These results were consistent across centers, highlighting their robustness despite heterogeneous conditions. Our findings underscore the potential of wSDM to assess fMRI-derived FC data, and to identify sensitive biomarkers in bvFTD.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

أدى البحث عن المؤشرات الحيوية للأمراض التنكسية العصبية عبر أبحاث الاتصال الوظيفي بالرنين المغناطيسي الوظيفي (FC) إلى نتائج غير متسقة. ومع ذلك، فإن معظم دراسات FC عمياء عن ديناميكيات الدماغ غير الخطية. للتحايل على هذا القيد، قمنا بتطوير مقياس "مقياس التبعية الرمزية المرجح" (wSDM). باستخدام التحولات الرمزية، نأخذ في الاعتبار السمات الزمنية المحلية والعالمية للإشارة الجريئة لوزن مقياس الاعتماد القوي القائم على الحبيبات من خلال التشابه الرمزي، مع التقاط كل من الارتباطات الخطية وغير الخطية. قارنا هذا المقياس بمقياس الاتصال الخطي (Pearson 's R) في قدرته على تحديد المرضى الذين يعانون من الخرف الجبهي الصدغي المتغير السلوكي (bvFTD) والضوابط بناءً على بيانات حالة الراحة. قمنا بتوظيف مشاركين من مركزين دوليين مع تسجيلات مختلفة للتصوير بالرنين المغناطيسي لتقييم اتساق قياساتنا عبر الظروف غير المتجانسة. أولاً، أظهرت مقارنة تحليل البذور لشبكة البروز (هدف محدد لـ bvFTD) وشبكة الوضع الافتراضي (كعنصر تحكم تكميلي) بين المرضى والضوابط أن wSDM ينتج تحديدًا أفضل لشبكات حالة الراحة. علاوة على ذلك، كشف تحليل التعلم الآلي أن wSDM أسفرت عن دقة تصنيف أعلى. كانت هذه النتائج متسقة عبر المراكز، مما يسلط الضوء على متانتها على الرغم من الظروف غير المتجانسة. تؤكد النتائج التي توصلنا إليها على إمكانات wSDM لتقييم بيانات FC المستمدة من التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، وتحديد المؤشرات الحيوية الحساسة في bvFTD.

Translated Description (French)

La recherche de biomarqueurs des maladies neurodégénératives via la recherche de connectivité fonctionnelle (FC) par IRMf a donné des résultats incohérents. Pourtant, la plupart des études FC sont aveugles à la dynamique cérébrale non linéaire. Pour contourner cette limitation, nous avons développé une mesure de la « mesure de la dépendance symbolique pondérée » (mSDM). À l'aide de transformations symboliques, nous prenons en compte les caractéristiques temporelles locales et globales du signal BOLD pour pondérer une mesure de dépendance robuste basée sur la copule par similarité symbolique, en capturant les associations linéaires et non linéaires. Nous avons comparé cette mesure avec une métrique de connectivité linéaire (R de Pearson) dans sa capacité à identifier les patients atteints de démence frontotemporale à variation comportementale (bvFTD) et les contrôles basés sur les données de l'état de repos. Nous avons recruté des participants de deux centres internationaux avec des enregistrements IRM différents pour évaluer la cohérence de notre mesure dans des conditions hétérogènes. Tout d'abord, une comparaison d'analyse de semences du réseau SALIENCE (une cible spécifique de la bvFTD) et du réseau en mode par défaut (en tant que contrôle complémentaire) entre les patients et les contrôles a montré que le wSDM permet une meilleure identification des réseaux en état de repos. De plus, l'analyse de l'apprentissage automatique a révélé que le WSDM donnait une plus grande précision de classification. Ces résultats étaient cohérents entre les centres, mettant en évidence leur robustesse malgré des conditions hétérogènes. Nos résultats soulignent le potentiel du wSDM pour évaluer les données FC dérivées de l'IRMf et pour identifier les biomarqueurs sensibles de la bvFTD.

Translated Description (Spanish)

La búsqueda de biomarcadores de enfermedades neurodegenerativas a través de la investigación de conectividad funcional (FC) de fMRI ha arrojado resultados inconsistentes. Sin embargo, la mayoría de los estudios de FC son ciegos a la dinámica cerebral no lineal. Para eludir esta limitación, desarrollamos una medida de "Métrica de dependencia simbólica ponderada" (wSDM). Utilizando transformaciones simbólicas, tenemos en cuenta las características temporales locales y globales de la señal BOLD para sopesar una medida de dependencia robusta basada en cópula por similitud simbólica, capturando asociaciones tanto lineales como no lineales. Comparamos esta medida con una métrica de conectividad lineal (R de Pearson) en su capacidad para identificar pacientes con demencia frontotemporal variante conductual (bvFTD) y controles basados en datos de estado de reposo. Reclutamos participantes de dos centros internacionales con diferentes registros de resonancia magnética para evaluar la consistencia de nuestra medida en condiciones heterogéneas. En primer lugar, una comparación de análisis semilla de la red de prominencia (un objetivo específico de bvFTD) y la red de modo predeterminado (como control complementario) entre pacientes y controles mostró que wSDM produce una mejor identificación de las redes en estado de reposo. Además, el análisis de aprendizaje automático reveló que wSDM producía una mayor precisión de clasificación. Estos resultados fueron consistentes en todos los centros, destacando su robustez a pesar de las condiciones heterogéneas. Nuestros hallazgos subrayan el potencial de wSDM para evaluar los datos de FC derivados de fMRI e identificar biomarcadores sensibles en bvFTD.

Files

s41598-018-29538-9.pdf.pdf

Files (3.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e07c7b02f9886be9ce8a219ecbd08b6c
3.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مقياس الاعتماد الرمزي المرجح (wSDM) لاتصال حالة الراحة بالرنين المغناطيسي الوظيفي: التحقق من صحة متعدد المراكز للخرف الجبهي الصدغي
Translated title (French)
Mesure de la dépendance symbolique pondérée (mSDM) pour la connectivité de l'IRMf à l'état de repos : une validation multicentrique pour la démence frontotemporale
Translated title (Spanish)
Métrica de dependencia simbólica ponderada (wSDM) para la conectividad en estado de reposo de fMRI: una validación multicéntrica para la demencia frontotemporal

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2884462971
DOI
10.1038/s41598-018-29538-9

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Colombia

References

  • https://openalex.org/W1136007506
  • https://openalex.org/W1169679103
  • https://openalex.org/W1509434847
  • https://openalex.org/W1760829075
  • https://openalex.org/W1908903040
  • https://openalex.org/W1921779474
  • https://openalex.org/W1964565375
  • https://openalex.org/W1966414642
  • https://openalex.org/W1967617743
  • https://openalex.org/W1970695058
  • https://openalex.org/W1972724226
  • https://openalex.org/W1973272857
  • https://openalex.org/W1976623182
  • https://openalex.org/W1987274400
  • https://openalex.org/W1991971712
  • https://openalex.org/W1996031356
  • https://openalex.org/W2002367251
  • https://openalex.org/W2002923643
  • https://openalex.org/W2007919714
  • https://openalex.org/W2008607322
  • https://openalex.org/W2010283825
  • https://openalex.org/W2011541551
  • https://openalex.org/W2014683958
  • https://openalex.org/W2022454955
  • https://openalex.org/W2022772246
  • https://openalex.org/W2023986336
  • https://openalex.org/W2030902100
  • https://openalex.org/W2034568201
  • https://openalex.org/W2041951497
  • https://openalex.org/W2043242347
  • https://openalex.org/W2044093616
  • https://openalex.org/W2048580686
  • https://openalex.org/W2053897009
  • https://openalex.org/W2054093987
  • https://openalex.org/W2057550180
  • https://openalex.org/W2058046532
  • https://openalex.org/W2058187841
  • https://openalex.org/W2059554831
  • https://openalex.org/W2062377220
  • https://openalex.org/W2065565403
  • https://openalex.org/W2069762774
  • https://openalex.org/W2072505150
  • https://openalex.org/W2073409875
  • https://openalex.org/W2078651530
  • https://openalex.org/W2079450984
  • https://openalex.org/W2079634169
  • https://openalex.org/W2081685059
  • https://openalex.org/W2086309111
  • https://openalex.org/W2088351746
  • https://openalex.org/W2091906388
  • https://openalex.org/W2099111195
  • https://openalex.org/W2099880194
  • https://openalex.org/W2100484216
  • https://openalex.org/W2101154297
  • https://openalex.org/W2101219946
  • https://openalex.org/W2101334128
  • https://openalex.org/W2103717170
  • https://openalex.org/W2104173495
  • https://openalex.org/W2116658855
  • https://openalex.org/W2117981173
  • https://openalex.org/W2121594036
  • https://openalex.org/W2122087907
  • https://openalex.org/W2123166047
  • https://openalex.org/W2125670826
  • https://openalex.org/W2126010864
  • https://openalex.org/W2126650951
  • https://openalex.org/W2127853827
  • https://openalex.org/W2128030851
  • https://openalex.org/W2129624700
  • https://openalex.org/W2137526583
  • https://openalex.org/W2138568266
  • https://openalex.org/W2138962340
  • https://openalex.org/W2138991775
  • https://openalex.org/W2140045216
  • https://openalex.org/W2143285014
  • https://openalex.org/W2144427015
  • https://openalex.org/W2149350210
  • https://openalex.org/W2158485497
  • https://openalex.org/W2165754388
  • https://openalex.org/W2167822639
  • https://openalex.org/W2167922559
  • https://openalex.org/W2169463832
  • https://openalex.org/W2169895600
  • https://openalex.org/W2173480561
  • https://openalex.org/W2274605736
  • https://openalex.org/W2313881651
  • https://openalex.org/W2330558670
  • https://openalex.org/W2344945222
  • https://openalex.org/W2436762990
  • https://openalex.org/W2527596806
  • https://openalex.org/W2571093196
  • https://openalex.org/W2583548943
  • https://openalex.org/W2590144118
  • https://openalex.org/W2611552922
  • https://openalex.org/W2619097621
  • https://openalex.org/W2625824293
  • https://openalex.org/W2725237741
  • https://openalex.org/W2738610633
  • https://openalex.org/W2770349518
  • https://openalex.org/W2950532129
  • https://openalex.org/W2950718631
  • https://openalex.org/W395200665
  • https://openalex.org/W4237713342
  • https://openalex.org/W4251162813