کانولوشن‌های گراف فضایی–زمانی با ماسک تطبیقی برای طبقه‌بندی صرع لوب گیجگاهی از داده‌های fMRI در حالت استراحت

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس تهران

چکیده

صرع لوب گیجگاهی به‌طور یک اختلال شبکه‌ای است که با اختلالات گسترده در اتصال عملکردی فراتر از کانون تشنج مشخص می‌شود. تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی در حالت استراحت این دینامیک‌ها را ثبت می‌کند، اما تحلیل‌های مرسوم، اتصال‌ها را ثابت فرض می‌کنند و مدل‌های ترتیبی، تعاملات میان‌منطقه‌ای را نادیده می‌گیرند.
ما یک شبکه کانولوشن گراف فضایی–زمانی با ماسک تطبیقی با نام AdaMST-GCN پیشنهاد می‌کنیم که گراف‌ها را از همبستگی جزئی اولیه می‌سازد، ماسک‌های مجاورت پراکنده را از طریق تابع سیگموید مقیاس‌گذاری‌شده با دما و منظم‌سازی ℓ1 یاد می‌گیرد، و از چهار لایه کانولوشن گراف فضایی–زمانی برای مدل‌سازی همزمان توپولوژی شبکه کلی و دینامیک‌های سیگنال سطح اکسیژن خون استفاده می‌کند.
بر روی داده‌های صرع لوب گیجگاهی و با استفاده از اعتبارسنجی پنج‌تایی روی پنجره‌های لغزشی (50، 100، 150 و 200 TR)، شبکه AdaMST-GCN به میانگین کلی امتیاز F1 برابر 79.0% در داده‌های آزمایشی دست یافت و عملکرد بهتری نسبت به شبکه ST-GCN اصلی (F1 برابر 75.7%) و مدل LSTM پایه (F1 برابر 58.5%) داشت. در پنجره‌های با طول 50TR، AdaMST-GCN به اوج F1 برابر 82.3% رسید، در حالی که ST-GCN به 79.7% و LSTM به 73.3% رسید.
ماسک‌های یادگرفته‌شده به‌طور مداوم مناطق شبکه حالت پیش‌فرض و لوب گیجگاهی میانی مانند پرکونئوس، قطب گیجگاهی و قشر پیشانی-چشمی را به‌عنوان گره‌های کلیدی با درجه بالا مشخص می‌کنند که با آسیب‌شناسی شناخته‌شده صرع لوب گیجگاهی هم‌خوانی دارد. این نتایج نشان می‌دهد که یادگیری گراف تطبیقی نه‌تنها امتیاز F1 تشخیصی را بهبود می‌بخشد، بلکه نشانگرهای زیست‌عصب‌شناسی قابل تفسیر ارائه می‌کند که برای ترجمه بالینی ضروری هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Adaptive Masked Spatio-Temporal Graph Convolutions for Classification of Temporal Lobe Epilepsy from Resting-State Fmri

چکیده [English]

Temporal lobe epilepsy (TLE) is increasingly recognized as a network disorder involving widespread disruptions of functional brain connectivity. Resting-state functional MRI (rs-fMRI) captures these dynamics, but conventional methods often assume static connectivity or ignore inter-regional interactions. We propose an Adaptive Masked Spatio-Temporal Graph Convolutional Network (AdaMST-GCN), which learns sparse, data-driven adjacency masks from partial-correlation graphs and integrates them with temporal convolutions to model dynamic network patterns. Evaluated on a TLE rs-fMRI dataset using 5-fold cross validation with sliding windows (50, 100, 150, 200 TRs), AdaMST-GCN achieved a mean held-out test F1 score of 79.0%, outperforming the original ST-GCN (75.7%) and LSTM baseline (58.5%). At 50-TR windows, it peaked at 82.3% F1. The learned masks consistently identified high-centrality regions, including the precuneus, temporal pole, and orbitofrontal cortex, corresponding to known TLE pathology. These results demonstrate that adaptive graph learning improves both predictive accuracy and interpretability, providing clinically relevant biomarkers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Temporal lobe epilepsy
  • Graph convolutional network
  • Spatio-Temporal convolution
  • Learnable adjacency matrix
  • Resting-state fMRI