Characterizing Alzheimer's disease molecular and anatomical imaging markers and their relationships with cognition and genetics using machine learning

使用机器学习表征阿尔茨海默病分子和解剖成像标记及其与认知和遗传学的关系

基本信息

  • 批准号:
    10723499
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.91万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2028-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Amyloid-beta and tau are hallmarks of mild cognitive impairment (MCI)/Alzheimer’s disease (AD). The relationships of in-vivo amyloid-beta, tau, and neurodegeneration with cognitive, clinical, and genetic markers are not well understood. Patients with AD pathology exhibit heterogeneity in their clinical symptoms and illness course. Understanding the underlying neurobiological heterogeneity mechanisms of AD and improving the outcomes have been the central goals. This proposal leverages complementary information of in-vivo amyloid- beta positron emission tomography (amyloid PET), tau PET, structural magnetic resonance imaging (sMRI), cognitive, clinical, and genetic measurements via advanced machine learning methods and investigates the relationships among these measurements in patients with MCI/AD relative to normal controls. The proposal will study the data from the Alzheimer Disease Neuroimaging Initiative (ADNI; N = 898) and the Washington University’s Knight Alzheimer Disease Research Center (Knight ADRC; N = 1,121). This study will be the first to examine regional amyloid PET, tau PET, and sMRI markers and their relationships with cognitive, clinical, and genetic phenotypes using machine learning predictive modeling and heterogeneity analytics in AD research. The proposal will quantify regional PET outcomes as distribution volume ratio (DVR) and sMRI as the volumes and investigate their associations with cognitive [Mini-mental state examination (MMSE)], clinical [clinical dementia rating sum of boxes (CDR-SB) and CDR], and genetic [polygenic risk scores (PRS) and apolipoprotein E (APOE)] measurements. Aim 1 will develop machine learning modeling methods to study the relationships of amyloid PET, tau PET, and sMRI with cognitive and clinical phenotypes and test the hypothesis of whether regional brain-based imaging measurements exhibit multivariate predictive associations with cognitive and clinical phenotypes in MCI/AD patients and controls. Aim 2 will study the regional heterogeneity of amyloid PET, tau PET, and sMRI outcomes via semi-supervised machine learning methods. The study will compare the imaging outcomes between identified subgroups of patients or controls vs. each subgroup of patients to test the hypothesis of whether imaging markers differ between subgroups of patients. Aim 3 will examine the relationships of amyloid PET, tau PET, and sMRI heterogeneity signatures with cognition and genetics to test whether imaging signatures associate differentially with cognition and genetics in the subgroups of MCI/AD relative to controls. Overall, this innovative proposal will yield critical information on AD heterogeneity mechanisms, and contribute to precision medicine of diagnosis and treatment of AD. 1
项目摘要 淀粉样蛋白β和tau是轻度认知障碍(MCI)/阿尔茨海默氏病(AD)的标志 体内淀粉样蛋白β,tau和神经变性与认知,临床和遗传标记的关系 不太了解AD病理学的患者在其临床症状上表现出异质性 当然。 结果一直是中心目标。 β正电子发射断层扫描(淀粉样蛋白宠物),tau PET,结构磁共振成像(SMRI), 通过先进的机器学习方法认知,临床和遗传测量,并研究 这些测量在MCI/AD患者中相对于正常对照的患者之间的关系。 研究来自阿尔茨海默氏病神经成像倡议(ADNI; n = 898)和华盛顿的数据 大学的阿尔茨海默氏病中心(骑士ADRC; n = 1,121)。 检查区域淀粉样蛋白宠物,tau PET和SMRI标记以及与认知,临床的关系。 使用机器学习预测建模和非均质性分析的遗传表型 建议将量化区域宠物结果为AS分布量比(DVR)和SMRI作为体积和 研究他们与认知[迷你精神状态检查(MMSE)],临床痴呆症的关联 盒子(CDR-SB)和CDR]的评分总和[多基因风险评分(PRS)和载脂蛋白E(APOE)] AIM 1的测量将开发机器学习建模方法来研究淀粉样蛋白的关系 PET,TAU PET和SMRI,具有认知和临床表态势态势态势态势态苯局局检验检验 基于大脑的成像测量表现出与认知和临床的多元预测关联 MCI/AD患者和对照2的表型将研究淀粉样蛋白的区域异质性 通过半监督机器学习方法,宠物和蓝精灵的结果将比较成像 确定的患者或对照组与患者的每个亚组进行测试的结果 特征成像标记的假设在患者的亚组之间有所不同。 淀粉样宠物,tau宠物和SMRI异质性特征与认知和遗传学的关系 成像签名是否与MCI/AD亚组中的认知和遗传学有区别 相对于对照。总体而 机制,并有助于AD诊断和治疗的精确医学。 1

项目成果

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