Εφαρμογή Αλγορίθμων Επιλογής Χαρακτηριστικών για την Ανεύρεση Βιοδεικτών με στόχο την Ταξινόμηση Αυτιστικών Ατόμων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε προσπάθεια για την αύξηση της ακρίβειας της αυτοματοποιημένης διαδικασίας διαχωρισμού ατόμων που ανήκουν στο φάσμα του αυτισμού από τυπικά αναπτυσσόμενους. Η προσπάθεια αυτή βασίστηκε στην εύρεση βιοδεικτών που διαφέρουν ανάμεσα στις δύο κατηγορίες. Για την επίτευξη αυτού του στόχου χρησιμοποιούνται ως εργαλεία μέθοδοι μηχανικής μάθησης. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία, προήλθαν από τη βάση δεδομένων ABIDE (Autism Brain Imaging Data Exchange). Πρόκειται για μια βάση δεδομένων από απεικονίσεις προερχόμενες από λειτουργική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (functional Magnetic Resonance Imaging - fMRI), ατόμων που ανήκουν στο φάσμα του αυτισμού αλλά και από τυπικά αναπτυσσόμενους ανθρώπους, σε κατάσταση ηρεμίας. Οι άτλαντες που χρησιμοποιήθηκαν για την απεικόνιση των περιοχών ήταν οι εξής: Harvard Oxford (HO), Automated Anatomical Labeling (AAL) και Craddock (CC-200), ενώ αξιοποιήθηκαν τα δεδομένα των περιοχών που ανήκουν στο Δίκτυο Κατάστασης Ηρεμίας (ΔΚΗ). Ως προς τα χαρακτηριστικά που χρησιμοποιήθηκαν, πραγματοποιήθηκε υπολογισμός της στατικής και λειτουργικής συνδεσιμότητας μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου που ενεργοποιούνται σε κατάσταση ηρεμίας και ανήκουν στο ΔΚΗ, καθώς και υπολογισμός των στατιστικών στιγμών τους, όπως είναι η μέση τιμή, η διακύμανση, η κυρτότητα και η στρέβλωση. Κάνοντας χρήση των παραπάνω χαρακτηριστικών, των δημογραφικών στοιχείων αλλά και πληροφοριών που σχετίζονται με τις παραμέτρους που ορίστηκαν στο μαγνητικό τομογράφο για τη λήψη, δημιουργήθηκε ένα πίνακας που περιλάμβανε αυτά τα χαρακτηριστικά, τα οποία στη συνέχεια δόθηκαν ως είσοδος σε μοντέλα μηχανικής μάθησης. Τα εργαλεία μηχανικής μάθησης που χρησιμοποιήθηκαν περιλαμβάνουν νευρωνικά δίκτυα, διάφορους αλγόριθμους ταξινόμησης και αλγόριθμους μείωσης διαστατικότητας. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση επιμέρους χαρακτηριστικών στα αποτελέσματα της ταξινόμησης. Ακόμα, πραγματοποιήθηκε μελέτη μέσω δοκιμών τις επίδρασης των διαφορετικών ατλάντων στα αποτελέσματα της ταξινόμησης. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται αναλυτικά οι ταξινομητές που μελετήθηκαν, οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν καθώς και τα αποτελέσματα που προέκυψαν. Στην συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα αλγορίθμων μείωσης διαστατικότητας όταν αυτοί εφαρμόστηκαν στα παραπάνω δεδομένα και έγινε συγκερασμός των αποτελεσμάτων τους για την εύρεση του συνόλου βιοδεικτών με την καλύτερη απόδοση ταξινόμησης. Τέλος, έγινε προσπάθεια συσχετισμού περιοχών του εγκέφαλου με τα χαρακτηριστικά με την μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης μεταξύ των επιτυχημένων μοντέλων, προκειμένου να αναδειχθούν οι περιοχές που τελικά σχετίζονται με το φάσμα της αυτιστικής διαταραχής.