Identifying a predictive neuroanatomical signature of bipolar disorders reliable across 13 international sites - 29/05/20

Doi : 10.1016/j.fjpsy.2019.10.338 
L.A. Claude 1, 2, 4, , P. Favre 1, 2, 4, A. Grigis 1, C. Piguet 1, 5, M.L. Phillips 6, C. McDonald 7, M. Wessa 8, P. Brambilla 9, L.T. Eyler 10, M. Polosan 11, M. Leboyer 2, 3, 4, E. Duchesnay 1, J. Houenou 1, 2, 3, 4
1 NeuroSpin, CEA, Gif-sur-Yvette, France 
2 Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), U955, Institut Mondor de Recherche Biomédicale, Psychiatrie Translationnelle, France 
3 Pôle de Psychiatrie, Assistance publique–Hôpitaux de Paris (AP–HP), Faculté de Médecine de Créteil, DHU PePsy, Hôpitaux Universitaires Mondor, Créteil, France 
4 Fondation Fondamental 
5 Department of Mental Health and Psychiatry, University Hospital of Geneva, Geneva, Switzerland 
6 Department of Psychiatry, University of Pittsburgh School of Medicine, Pittsburgh, PA, USA 
7 Centre for Neuroimaging & Cognitive Genomics (NICOG), Clinical Neuroimaging Laboratory, NCBES Galway Neuroscience Centre 
8 Section for Experimental Psychopathology and Neuroimaging, Department of General Psychiatry, Heidelberg University, Heidelberg, Germany 
9 Department of Pathology and Experimental and Clinical Medicine, Section of Psychiatry, University of Udine 
10 Department of Psychiatry (LTE, RED), University of California San Diego, San Diego 
11 Department of Psychiatry, University Hospital, Grenoble, France 

Corresponding author.

Résumé

Although bipolar disorder (BD) is a relatively frequent, severe and disabling disease, we still lack reliable diagnostic tools. The existence of anatomo-functional brain abnormalities in BD is now well established by MRI studies [1]. Machine learning allows individual level analysis and could potentially lead to diagnostic applications [2]. This is the first international multi-site ML study on BD aggregating raw MRI data. We trained two support vector classifier (SVC), with linear kernel and with radial basis functions kernel, using as input features T1 MRI regions of interest volumes from 419 patients BD and 551 healthy controls (HC) from 13 international sites. We assessed those classifiers using two strategies, 5 fold cross validation and leave-one-site-out. Both methods reached similar results, respectively AUC=61.70%/61.65%, sensitivity=57.52%/60.14% and specificity=65.88%/63.16%. The regions that contributed to identification of BD participants were highly correlated between both analyses (r2=0.9479). These results point to robust, generalizable models. Classification was affected by antipsychotics treatment, but this does not seem to drive classification performances of BD vs HC. Using voxel-based morphometry features may increase the classifiers performances [3]. To reach clinical meaningful performance (i.e. 80%), the continuation of collaborative work to get larger multicentric databases is essential and must be extended to multimodal data [4].

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Keywords : Bipolar disorders, Magnetic resonance imaging, Machine learning, Precision medicine, Computer assisted diagnosis


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