Modelling the interpretation of digital mammography using high order statistics and deep machine learning

Visual search is an inhomogeneous, yet efficient sampling process accomplished by the saccades and the central (foveal) vision. Areas that attract the central vision have been studied for errors in interpretation of medical images. In this study, we extend existing visual search studies to understand features of areas that receive direct visual attention and elicit a mark by the radiologist (True and False Positive decisions) from those that elicit a mark but were captured by the peripheral vision. We also investigate if there are any differences between these areas and those that are never fixated by radiologists. Extending these investigations, we further explore the possibility of modelling radiologists’ search behavior and their interpretation of mammograms using deep machine learning techniques. We demonstrated that energy profiles of foveated (FC), peripherally fixated (PC), and never fixated (NFC) areas are distinct. It was shown that FCs are selected on the basis of being most informative. Never fixated regions were found to be least informative. Evidences that energy profiles and dwell time of these areas influence radiologists’ decisions (and confidence in such decisions) were also shown. High-order features provided additional information to the radiologists, however their effect on decision (and confidence in such decision) was not significant. We also showed that deep-convolution neural network can successfully be used to model radiologists’ attentional level, decisions and confidence in their decisions. High accuracy and high agreement (between true and predicted values) in such predictions can be achieved in modelling attentional level (accuracy: 0.90, kappa: 0.82) and decisions (accuracy: 0.92, kappa: 0.86) of radiologists. Our results indicated that an ensembled model for radiologist’s search behavior and decision can successfully be built. Convolution networks failed to model missed cancers however

Aerospace medicine and biology: A continuing bibliography with indexes (supplement 377)

This bibliography lists 223 reports, articles, and other documents recently introduced into the NASA Scientific and Technical Information System. Subject coverage includes: aerospace medicine and physiology, life support systems and man/system technology, protective clothing, exobiology and extraterrestrial life, planetary biology, and flight crew behavior and performance

Ripples of Change – An AI Job Crafting Model for Human-in-Control

Introducing a new Artificial Intelligence (AI) system disrupts workers’ sense of control. To restore it, individual workers are likely to engage in self-initiated changes to their jobs. We build on job crafting theory and extend it to propose a theoretical model explaining the ripple effect of changes from tasks to skills, relationships, and finally job cognition. We introduce the concept of human-in-control (one’s perception of their ability to deliver desired work outcomes in a work context involving AI) as the goal of the job crafting process. Our work provides a novel and important perspective on job transformation with AI. As such, it opens numerous avenues for research in this nascent stream

On Specifying for Trustworthiness

As autonomous systems (AS) increasingly become part of our daily lives, ensuring their trustworthiness is crucial. In order to demonstrate the trustworthiness of an AS, we first need to specify what is required for an AS to be considered trustworthy. This roadmap paper identifies key challenges for specifying for trustworthiness in AS, as identified during the "Specifying for Trustworthiness" workshop held as part of the UK Research and Innovation (UKRI) Trustworthy Autonomous Systems (TAS) programme. We look across a range of AS domains with consideration of the resilience, trust, functionality, verifiability, security, and governance and regulation of AS and identify some of the key specification challenges in these domains. We then highlight the intellectual challenges that are involved with specifying for trustworthiness in AS that cut across domains and are exacerbated by the inherent uncertainty involved with the environments in which AS need to operate.Comment: Accepted version of paper. 13 pages, 1 table, 1 figur

The Power of Related Articles – Improving Fake News Detection on Social Media Platforms

Social media is increasingly used as a platform for news consumption, but it has also become a breeding ground for fake news. This serious threat poses significant challenges to social media providers, society, and science. Several studies have investigated automated approaches to fighting fake news, but little has been done to improve fake news detection on the users’ side. A simple but promising approach could be to broaden users\u27 knowledge to improve the perceptual process, which will improve detection behavior. This study evaluates the impact of a digital nudging approach which aims to fight fake news with the help of related articles. 322 participants took part in an online experiment simulating the Facebook Newsfeed. In addition to a control group, three treatment groups were exposed to different combinations of related articles. Results indicate that the presence of controversial related articles has a positive influence on the detection of fake news

Challenges and Opportunities of End-to-End Learning in Medical Image Classification

Das Paradigma des End-to-End Lernens hat in den letzten Jahren die Bilderkennung revolutioniert, aber die klinische Anwendung hinkt hinterher. Bildbasierte computergestützte Diagnosesysteme basieren immer noch weitgehend auf hochtechnischen und domänen-spezifischen Pipelines, die aus unabhängigen regelbasierten Modellen bestehen, welche die Teilaufgaben der Bildklassifikation wiederspiegeln: Lokalisation von auffälligen Regionen, Merkmalsextraktion und Entscheidungsfindung. Das Versprechen einer überlegenen Entscheidungsfindung beim End-to-End Lernen ergibt sich daraus, dass domänenspezifische Zwangsbedingungen von begrenzter Komplexität entfernt werden und stattdessen alle Systemkomponenten gleichzeitig, direkt anhand der Rohdaten, und im Hinblick auf die letztendliche Aufgabe optimiert werden. Die Gründe dafür, dass diese Vorteile noch nicht den Weg in die Klinik gefunden haben, d.h. die Herausforderungen, die sich bei der Entwicklung Deep Learning-basierter Diagnosesysteme stellen, sind vielfältig: Die Tatsache, dass die Generalisierungsfähigkeit von Lernalgorithmen davon abhängt, wie gut die verfügbaren Trainingsdaten die tatsächliche zugrundeliegende Datenverteilung abbilden, erweist sich in medizinische Anwendungen als tiefgreifendes Problem. Annotierte Datensätze in diesem Bereich sind notorisch klein, da für die Annotation eine kostspielige Beurteilung durch Experten erforderlich ist und die Zusammenlegung kleinerer Datensätze oft durch Datenschutzauflagen und Patientenrechte erschwert wird. Darüber hinaus weisen medizinische Datensätze drastisch unterschiedliche Eigenschaften im Bezug auf Bildmodalitäten, Bildgebungsprotokolle oder Anisotropien auf, und die oft mehrdeutige Evidenz in medizinischen Bildern kann sich auf inkonsistente oder fehlerhafte Trainingsannotationen übertragen. Während die Verschiebung von Datenverteilungen zwischen Forschungsumgebung und Realität zu einer verminderten Modellrobustheit führt und deshalb gegenwärtig als das Haupthindernis für die klinische Anwendung von Lernalgorithmen angesehen wird, wird dieser Graben oft noch durch Störfaktoren wie Hardwarelimitationen oder Granularität von gegebenen Annotation erweitert, die zu Diskrepanzen zwischen der modellierten Aufgabe und der zugrunde liegenden klinischen Fragestellung führen. Diese Arbeit untersucht das Potenzial des End-to-End-Lernens in klinischen Diagnosesystemen und präsentiert Beiträge zu einigen der wichtigsten Herausforderungen, die derzeit eine breite klinische Anwendung verhindern. Zunächst wird der letzten Teil der Klassifikations-Pipeline untersucht, die Kategorisierung in klinische Pathologien. Wir demonstrieren, wie das Ersetzen des gegenwärtigen klinischen Standards regelbasierter Entscheidungen durch eine groß angelegte Merkmalsextraktion gefolgt von lernbasierten Klassifikatoren die Brustkrebsklassifikation im MRT signifikant verbessert und eine Leistung auf menschlichem Level erzielt. Dieser Ansatz wird weiter anhand von kardiologischer Diagnose gezeigt. Zweitens ersetzen wir, dem Paradigma des End-to-End Lernens folgend, das biophysikalische Modell, das für die Bildnormalisierung in der MRT angewandt wird, sowie die Extraktion handgefertigter Merkmale, durch eine designierte CNN-Architektur und liefern eine eingehende Analyse, die das verborgene Potenzial der gelernten Bildnormalisierung und einen Komplementärwert der gelernten Merkmale gegenüber den handgefertigten Merkmalen aufdeckt. Während dieser Ansatz auf markierten Regionen arbeitet und daher auf manuelle Annotation angewiesen ist, beziehen wir im dritten Teil die Aufgabe der Lokalisierung dieser Regionen in den Lernprozess ein, um eine echte End-to-End-Diagnose baserend auf den Rohbildern zu ermöglichen. Dabei identifizieren wir eine weitgehend vernachlässigte Zwangslage zwischen dem Streben nach der Auswertung von Modellen auf klinisch relevanten Skalen auf der einen Seite, und der Optimierung für effizientes Training unter Datenknappheit auf der anderen Seite. Wir präsentieren ein Deep Learning Modell, das zur Auflösung dieses Kompromisses beiträgt, liefern umfangreiche Experimente auf drei medizinischen Datensätzen sowie eine Serie von Toy-Experimenten, die das Verhalten bei begrenzten Trainingsdaten im Detail untersuchen, und publiziren ein umfassendes Framework, das unter anderem die ersten 3D-Implementierungen gängiger Objekterkennungsmodelle umfasst. Wir identifizieren weitere Hebelpunkte in bestehenden End-to-End-Lernsystemen, bei denen Domänenwissen als Zwangsbedingung dienen kann, um die Robustheit von Modellen in der medizinischen Bildanalyse zu erhöhen, die letztendlich dazu beitragen sollen, den Weg für die Anwendung in der klinischen Praxis zu ebnen. Zu diesem Zweck gehen wir die Herausforderung fehlerhafter Trainingsannotationen an, indem wir die Klassifizierungskompnente in der End-to-End-Objekterkennung durch Regression ersetzen, was es ermöglicht, Modelle direkt auf der kontinuierlichen Skala der zugrunde liegenden pathologischen Prozesse zu trainieren und so die Robustheit der Modelle gegenüber fehlerhaften Trainingsannotationen zu erhöhen. Weiter adressieren wir die Herausforderung der Input-Heterogenitäten, mit denen trainierte Modelle konfrontiert sind, wenn sie an verschiedenen klinischen Orten eingesetzt werden, indem wir eine modellbasierte Domänenanpassung vorschlagen, die es ermöglicht, die ursprüngliche Trainingsdomäne aus veränderten Inputs wiederherzustellen und damit eine robuste Generalisierung zu gewährleisten. Schließlich befassen wir uns mit dem höchst unsystematischen, aufwendigen und subjektiven Trial-and-Error-Prozess zum Finden von robusten Hyperparametern für einen gegebene Aufgabe, indem wir Domänenwissen in ein Set systematischer Regeln überführen, die eine automatisierte und robuste Konfiguration von Deep Learning Modellen auf einer Vielzahl von medizinischen Datensetzen ermöglichen. Zusammenfassend zeigt die hier vorgestellte Arbeit das enorme Potenzial von End-to-End Lernalgorithmen im Vergleich zum klinischen Standard mehrteiliger und hochtechnisierter Diagnose-Pipelines auf, und präsentiert Lösungsansätze zu einigen der wichtigsten Herausforderungen für eine breite Anwendung unter realen Bedienungen wie Datenknappheit, Diskrepanz zwischen der vom Modell behandelten Aufgabe und der zugrunde liegenden klinischen Fragestellung, Mehrdeutigkeiten in Trainingsannotationen, oder Verschiebung von Datendomänen zwischen klinischen Standorten. Diese Beiträge können als Teil des übergreifende Zieles der Automatisierung von medizinischer Bildklassifikation gesehen werden - ein integraler Bestandteil des Wandels, der erforderlich ist, um die Zukunft des Gesundheitswesens zu gestalten