Transfer learning may explain pigeons' ability to detect cancer in histopathology

Kilim, Oz [Kilim, Oz Sam (Machine learning), szerző] Fizika Doktori Iskola (ELTE / TTK); Egészségügyi Menedzserképző Központ (SE / EKK); Báskay, János [Báskay, János (gépi tanulás, hál...), szerző] Egészségügyi Menedzserképző Központ (SE / EKK); Fizika Doktori Iskola (ELTE / TTK); Biricz, András [Biricz, András Mátyás (Fizika), szerző] Fizika Doktori Iskola (ELTE / TTK); Bedőházi, Zsolt [Bedőházi, Zsolt (Informatika), szerző]; Pollner, Peter** ✉ [Pollner, Péter (Elméleti és matem...), szerző] Egészségügyi Menedzserképző Központ (SE / EKK); Biológiai Fizika Tanszék (ELTE / TTK / FizCsill_I); Csabai, István ✉ [Csabai, István (Statisztikus fizika), szerző] Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék (ELTE / TTK / FizCsill_I)

Angol nyelvű Szakcikk (Folyóiratcikk) Tudományos
Megjelent: BIOINSPIRATION & BIOMIMETICS 1748-3182 1748-3190 19 (5) Paper: 056016 , 11 p. 2024
  • SJR Scopus - Biophysics: Q1
Azonosítók
Támogatások:
  • MILAB(RRF-2.3.1-21-2022-00004) Támogató: NKFIH
  • Egészségbiztonság Nemzeti Laboratórium(RRF-2.3.1-21-2022-00006) Támogató: NKFIH
  • (K128780) Támogató: Nemzeti Kutatás, Fejlesztés és Innovációs Iroda
Pigeons' unexpected competence in learning to categorize unseen histopathological images has remained an unexplained discovery for almost a decade. Could it be that knowledge transferred from their bird's-eye views of the earth's surface gleaned during flight contributes to this ability? Employing a simulation-based verification strategy, we re-capitulate this biological phenomenon with a machine-learning analog. We model pigeons' visual experience during flight with the self-supervised pre-training of a deep neural network on BirdsEyeViewNet (BEVNet); our large-scale aerial imagery dataset. As an analog of the differential food reinforcement performed in the Levenson et al. study, we apply transfer learning from this pre-trained model to the same Hematoxylin and Eosin H&E histopathology and radiology images and tasks the pigeons were trained and tested on. The study demonstrates that pre-training neural networks with bird's-eye view data results in close agreement with pigeon performance. These results support transfer learning as a reasonable computational model of pigeon representation learning. This is further validated with six large-scale downstream classification tasks using H&E stained whole slide image (WSI) data sets representing diverse cancer types.
Hivatkozás stílusok: IEEEACMAPAChicagoHarvardCSLMásolásNyomtatás
2025-03-30 00:24