A meta-analysis of machine learning classification tools using rs-fmri data for autism spectrum disorder diagnosis

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: SANTANA, Caio Pinheiro
• Orientador(a): BASTOS, Guilherme Sousa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: PPG - Programas de Pós Graduação - Itajubá
• Departamento: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Transtorno do espectro autista; Aprendizado de máquina; rs-fMRI; Meta-análise
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2370

O Transtorno do Espectro Autista (TEA) é uma condição complexa e heterogênea que afeta o desenvolvimento cerebral e é caracterizada por disfunções cognitivas, comportamentais e sociais. Muito esforço vem sendo feito para identificar biomarcadores baseados em imagens cerebrais e desenvolver ferramentas que poderiam facilitar o diagnóstico do TEA - atualmente baseado em critérios comportamentais, através de um processo longo e demorado. Em particular, o uso de algoritmos de Aprendizado de Máquina para classificação de dados de Imagens de Ressonância Magnética funcional em estado de repouso (rs-fMRI) é promissor, mas há uma necessidade contínua de pesquisas adicionais a respeito da precisão desses classificadores. Assim, este trabalho realiza uma revisão sistemática e meta-análise de modo a resumir e agregar as evidências disponíveis na literatura da área até o momento. A busca sistemática por artigos resultou na seleção de 93 deles, que tiveram seus dados extraídos e analisados através da revisão sistemática. Um modelo meta-analítico bivariado de efeitos aleatórios foi implementado para investigar a sensibilidade e especificidade dos 55 estudos (132 amostras independentes) que ofereceram informação suficiente para serem utilizados na análise quantitativa. Os resultados obtidos indicaram estimativas gerais de sensibilidade e especificidade de 73.8% (95% IC: 71.8- 75.8%) e 74.8% (95% IC: 72.3-77.1%), respectivamente, e os classificadores baseados em SVM (do inglês, Support Vector Machine) se destacaram como os mais utilizados, apresentando estimativas acima de 76%. Estudos que utilizaram amostras maiores tenderam a obter piores resultados de precisão, com exceção do subgrupo composto por classificadores baseados em Redes Neurais Artificiais. O uso de outros tipos de imagens cerebrais ou dados fenotípicos para complementar as informações obtidas através da rs-fMRI se mostrou promissor, alcançando especialmente sensibilidades mais altas ( = 0.002) em relação aos estudos que utilizaram apenas dados de rs-fMRI (84.7% - 95% IC: 78.5-89.4% - versus 72.8% - 95% IC: 70.6-74.8%). Valores menores de sensibilidade/especificidade foram encontrados quando o número de Regiões de Interesse (ROIs, do inglês Regions of Interest) aumentou. Vale destacar também o desempenho das abordagens utilizando o atlas AAL (do inglês, Automated Anatomical Labelling) com 116 ROIs. Em relação às features usadas para treinar os classificadores, foram encontrados melhores resultados nos estudos que utilizaram a correlação de Pearson em conjunto com a transformação Z de Fisher ou outras features em comparação ao uso da correlação de Pearson sem modifica- ções. Finalmente, a análise revelou valores da área sob a curva ROC (do inglês, Receiver Operating Characteristic) entre aceitável e excelente. Entretanto, considerando as várias limitações que são indicadas no estudo, mais estudos bem desenhados são necessários para estender o uso potencial desses algoritmos de classificação a ambientes clínicos.