最近，Winter and Hahn [1]评论了我们关于使用机器学习的神经生物学特征鉴定主要精神病障碍（MPD）亚型的工作[2]。他们质疑我们方法的普遍性以及结果的统计意义，稳定性和过度拟合，并提出了疾病亚型的管道。我们感谢他们对我们的工作的认真考虑，但是，我们需要指出他们对基本机器学习概念的误解，并描述涉及的一些关键问题。

生成的对抗网络（GAN）是在众多领域成功使用的一种强大的深度学习模型。它们属于一个称为生成方法的更广泛的家族，该家族通过从真实示例中学习样本分布来生成新数据。在临床背景下，与传统的生成方法相比，GAN在捕获空间复杂，非线性和潜在微妙的疾病作用方面表现出增强的能力。这篇综述评估了有关gan在各种神经系统疾病的成像研究中的应用的现有文献，包括阿尔茨海默氏病，脑肿瘤，脑老化和多发性硬化症。我们为每个应用程序提供了各种GAN方法的直观解释，并进一步讨论了在神经影像学中利用gans的主要挑战，开放问题以及有希望的未来方向。我们旨在通过强调如何利用gan来支持临床决策，并有助于更好地理解脑部疾病的结构和功能模式，从而弥合先进的深度学习方法和神经病学研究之间的差距。

在确定最佳方法，机器学习或统计建模时，数据科学家和统计学家往往是赔率，以解决分析挑战。然而，机器学习和统计学建模比分析战场的不同侧面的对手更多。选择两种方法或在某些情况下使用两种情况都基于要解决的问题和所需的结果以及可用于使用的数据和分析的情况。基于类似的数学原理，机器学习和统计建模是互补的，但只需在整体分析知识库中使用不同的工具。确定主要方法应该基于要解决的问题以及经验证据，例如数据的尺寸和完整性，变量数，其假设或缺乏，以及预期的结果，例如预测或因果关系。良好的分析师和数据科学家应该在这两种技术和适当的应用中进行精通，从而使用正确的工具来实现所需的结果。

异常值是一个事件或观察，其被定义为不同于距群体的不规则距离的异常活动，入侵或可疑数据点。然而，异常事件的定义是主观的，取决于应用程序和域（能量，健康，无线网络等）。重要的是要尽可能仔细地检测异常事件，以避免基础设施故障，因为异常事件可能导致对基础设施的严重损坏。例如，诸如微电网的网络物理系统的攻击可以发起电压或频率不稳定性，从而损坏涉及非常昂贵的修复的智能逆变器。微电网中的不寻常活动可以是机械故障，行为在系统中发生变化，人体或仪器错误或恶意攻击。因此，由于其可变性，异常值检测（OD）是一个不断增长的研究领域。在本章中，我们讨论了使用AI技术的OD方法的进展。为此，通过多个类别引入每个OD模型的基本概念。广泛的OD方法分为六大类：基于统计，基于距离，基于密度的，基于群集的，基于学习的和合奏方法。对于每个类别，我们讨论最近最先进的方法，他们的应用领域和表演。之后，关于对未来研究方向的建议提供了关于各种技术的优缺点和挑战的简要讨论。该调查旨在指导读者更好地了解OD方法的最新进展，以便保证AI。

时间序列在整个科学中进行测量和分析。量化时间序列结构的一种方法是计算一组摘要统计信息或“特征”，然后根据其作为特征向量的属性来表示时间序列。最终的特征空间是可解释且信息丰富的，并且可以将常规的统计学习方法（包括聚类，回归和分类）应用于时间序列数据集。许多用于计算时间序列功能的开源软件包都存在多种编程语言，包括catch22（22个功能：Matlab，R，Python，Julia），盛宴（42个功能：R），TSFeatures（63个功能：R） ，Kats（40个功能：Python），Tsfresh（779个功能：Python）和TSFEL（390个功能：Python）。但是，有几个问题：（i）目前尚不可用的这些软件包的单一访问点； （ii）要访问所有功能集，用户必须流利多种语言； （iii）这些功能 - 萃取软件包缺乏用于执行基于特征的时间序列分析的广泛伴随的方法论，例如时间序列分类的应用。在这里，我们在称为盗窃：处理时间序列提取功能的工具的R软件包中介绍了这些问题。盗窃是从上面列出的六个开源时间序列特征集中计算功能的统一且可扩展​​的框架。它还包括一套用于处理和解释提取功能的性能的功能，包括广泛的数据可视化模板，低维投影和时间序列分类操作。随着科学和行业中时间序列数据集的数量和复杂性的增加，盗窃提供了一个标准化的框架，以全面量化和解释时间序列中的信息结构。

专门的基于变形金刚的模型（例如生物Biobert和Biomegatron）适用于基于公共可用的生物医学语料库的生物医学领域。因此，它们有可能编码大规模的生物学知识。我们研究了这些模型中生物学知识的编码和表示，及其支持癌症精度医学推断的潜在实用性 - 即，对基因组改变的临床意义的解释。我们比较不同变压器基线的性能；我们使用探测来确定针对不同实体的编码的一致性；我们使用聚类方法来比较和对比基因，变异，药物和疾病的嵌入的内部特性。我们表明，这些模型确实确实编码了生物学知识，尽管其中一些模型在针对特定任务的微调中丢失了。最后，我们分析了模型在数据集中的偏见和失衡方面的行为。

聚类算法的全面基准是困难的两个关键因素：（i）〜这种无监督的学习方法的独特数学定义和（ii）〜某些聚类算法采用的生成模型或群集标准之间的依赖性的依赖性内部集群验证。因此，对严格基准测试的最佳做法没有达成共识，以及是否有可能在给定申请的背景之外。在这里，我们认为合成数据集必须继续在群集算法的评估中发挥重要作用，但这需要构建适当地涵盖影响聚类算法性能的各种属性集的基准。通过我们的框架，我们展示了重要的角色进化算法，以支持灵活的这种基准，允许简单的修改和扩展。我们说明了我们框架的两种可能用途：（i）〜基准数据的演变与一组手派生属性和（ii）〜生成梳理给定对算法之间的性能差异的数据集。我们的作品对设计集群基准的设计具有足够挑战广泛算法的集群基准，并进一步了解特定方法的优势和弱点。

包括机器学习在内的计算分析方法对基因组学和医学领域具有重大影响。高通量基因表达分析方法，例如微阵列技术和RNA测序产生大量数据。传统上，统计方法用于基因表达数据的比较分析。但是，针对样品观察分类或发现特征基因的分类的更复杂的分析需要复杂的计算方法。在这篇综述中，我们编译了用于分析表达微阵列数据的各种统计和计算工具。即使在表达微阵列的背景下讨论了这些方法，也可以将它们应用于RNA测序和定量蛋白质组学数据集的分析。我们讨论缺失价值的类型以及其插补中通常采用的方法和方法。我们还讨论了数据归一化，特征选择和特征提取的方法。最后，详细描述了分类和类发现方法及其评估参数。我们认为，这项详细的审查将帮助用户根据预期结果选择适当的方法来预处理和分析其数据。

高通量测序技术的最新进展使得可以提取多个特征，这些特征描绘了以不同和互补分子水平的患者样本。此类数据的产生导致了计算生物学方面的新挑战，这些挑战涉及捕获多个基因及其功能之间相互关系的高维和异质数据集的整合。由于它们的多功能性和学习复杂数据的合成潜在表示的能力，深度学习方法为整合多词数据提供了有希望的观点。这些方法导致了许多主要基于自动编码器模型的许多原始体系结构的概念。但是，由于任务的困难，集成策略是基本的，而不是失去全球趋势而充分利用来源的特殊性。本文提出了一种新型策略，以构建可自定义的自动编码器模型，该模型适应高维多源集成而言使用的数据集。我们将评估整合策略对潜在代表的影响，并结合提出一种新方法的最佳策略（https://github.com/hakimbenkirane/customics）。我们在这里关注来自多个OMIC来源的数据的集成，并证明了针对多个任务（例如分类和生存分析）的测试用例的拟议方法的性能。

发现新药是寻求并证明因果关系。作为一种新兴方法利用人类的知识和创造力，数据和机器智能，因果推论具有减少认知偏见并改善药物发现决策的希望。尽管它已经在整个价值链中应用了，但因子推理的概念和实践对许多从业者来说仍然晦涩难懂。本文提供了有关因果推理的非技术介绍，审查了其最新应用，并讨论了在药物发现和开发中采用因果语言的机会和挑战。

Algorithms and technologies are essential tools that pervade all aspects of our daily lives. In the last decades, health care research benefited from new computer-based recruiting methods, the use of federated architectures for data storage, the introduction of innovative analyses of datasets, and so on. Nevertheless, health care datasets can still be affected by data bias. Due to data bias, they provide a distorted view of reality, leading to wrong analysis results and, consequently, decisions. For example, in a clinical trial that studied the risk of cardiovascular diseases, predictions were wrong due to the lack of data on ethnic minorities. It is, therefore, of paramount importance for researchers to acknowledge data bias that may be present in the datasets they use, eventually adopt techniques to mitigate them and control if and how analyses results are impacted. This paper proposes a method to address bias in datasets that: (i) defines the types of data bias that may be present in the dataset, (ii) characterizes and quantifies data bias with adequate metrics, (iii) provides guidelines to identify, measure, and mitigate data bias for different data sources. The method we propose is applicable both for prospective and retrospective clinical trials. We evaluate our proposal both through theoretical considerations and through interviews with researchers in the health care environment.

大型和深度电子医疗保健记录（EHR）数据集的可用性有可能更好地了解现实世界中的患者旅行，并鉴定出新的患者亚组。基于ML的EHR数据集合主要是工具驱动的，即基于可用或新开发的方法的构建。但是，这些方法，它们的输入要求以及最重要的是，通常难以解释产量，尤其是没有深入的数据科学或统计培训。这危害了需要进行可行且具有临床意义的解释的最后一步。这项研究研究了使用大型EHR数据集和多种聚类方法进行临床研究的方法进行大规模进行患者分层分析的方法。我们已经开发了几种工具来促进无监督的患者分层结果的临床评估和解释，即模式筛查，元聚类，替代建模和策展。这些工具可以在分析中的不同阶段使用。与标准分析方法相比，我们证明了凝结结果并优化分析时间的能力。在元聚类的情况下，我们证明了患者簇的数量可以从72减少到3。在另一个分层的结果中，通过使用替代模型，我们可以迅速确定如果有血液钠测量值可用，则可以对心力衰竭患者进行分层。由于这是对所有心力衰竭患者进行的常规测量，因此表明数据偏差。通过使用进一步的队列和特征策展，可以去除这些患者和其他无关的特征以提高临床意义。这些示例显示了拟议方法的有效性，我们希望鼓励在该领域的进一步研究。

扩散张量成像（DTI）已被用于研究神经退行性疾病对神经途径的影响，这可能导致这些疾病的更可靠和早期诊断，以及更好地了解它们如何影响大脑。我们介绍了一种基于标记为DTI光纤数据和相应统计数据的智能视觉分析系统，用于研究患者组。系统的AI增强界面通过组织和整体分析空间引导用户，包括统计特征空间，物理空间和不同组的患者的空间。我们使用自定义机器学习管道来帮助缩小此大型分析空间，然后通过一系列链接可视化务实拨动它。我们使用来自Parkinson进展标记倡议的研究数据库的实际数据进行多种案例研究。

医疗保健数据集对机器学习和统计数据都带来了许多挑战，因为它们的数据通常是异质的，审查的，高维的，并且缺少信息。特征选择通常用于识别重要功能，但是当应用于高维数据时，可以产生不稳定的结果，从而在每次迭代中选择一组不同的功能。通过使用特征选择合奏，可以改善特征选择的稳定性，该合奏汇总了多个基本特征选择器的结果。必须将阈值应用于最终的聚合功能集，以将相关功能与冗余功能分开。通常应用的固定阈值不保证最终选定功能仅包含相关功能。这项工作开发了几个数据驱动的阈值，以自动识别集合功能选择器中的相关特征，并评估其预测精度和稳定性。为了证明这些方法对临床数据的适用性，它们被应用于来自两个现实世界中阿尔茨海默氏病（AD）研究的数据。 AD是一种没有已知治愈方法的进行性神经退行性疾病，至少在明显症状出现之前的2-3年开始，为研究人员提供了一个机会，可以鉴定出可能识别有患AD风险的患者的早期生物标志物。通过将这些方法应用于两个数据集来标识的功能反映了广告文献中的当前发现。

组织病理学图像提供了癌症诊断的明确来源，其中包含病理学家用来识别和分类恶性疾病的信息，并指导治疗选择。这些图像包含大量信息，其中大部分目前不可用人类的解释。有监督的深度学习方法对于分类任务非常有力，但它们本质上受注释的成本和质量限制。因此，我们开发了组织形态表型学习，这是一种无监督的方法，它不需要注释，并且通过小图像瓷砖中的歧视性图像特征的自我发现进行操作。瓷砖分为形态上相似的簇，这些簇似乎代表了自然选择下出现的肿瘤生长的复发模式。这些簇具有不同的特征，可以使用正交方法识别。应用于肺癌组织，我们表明它们与患者的结局紧密保持一致，组织病理学识别的肿瘤类型和生长模式以及免疫表型的转录组度量。

尽管有无数的同伴审查的论文，证明了新颖的人工智能（AI）基于大流行期间的Covid-19挑战的解决方案，但很少有临床影响。人工智能在Covid-19大流行期间的影响因缺乏模型透明度而受到极大的限制。这种系统审查考察了在大流行期间使用可解释的人工智能（Xai）以及如何使用它可以克服现实世界成功的障碍。我们发现，Xai的成功使用可以提高模型性能，灌输信任在最终用户，并提供影响用户决策所需的值。我们将读者介绍给常见的XAI技术，其实用程序以及其应用程序的具体例子。 XAI结果的评估还讨论了最大化AI的临床决策支持系统的价值的重要步骤。我们说明了Xai的古典，现代和潜在的未来趋势，以阐明新颖的XAI技术的演变。最后，我们在最近出版物支持的实验设计过程中提供了建议的清单。潜在解决方案的具体示例也解决了AI解决方案期间的共同挑战。我们希望本次审查可以作为提高未来基于AI的解决方案的临床影响的指导。

由于机器学习是当前计算材料科学文献中的流行主题，因此为化合物创建表示形式已成为普遍的位置。这些表示形式很少被比较，因为评估了它们的性能 - 与它们一起使用的算法的性能是非平凡的。由于研究过程引起的许多材料数据集含有偏差和偏斜，因此已经引入了一个集群交叉验证（LOCO-CV），以衡量算法在预测以前看不见的材料基团时的性能。这提出了对Loco-CV测量结果的簇大小范围的影响和控制的问题。我们提出了基于组成的表示之间的详尽比较，并研究了如何使用内核近似功能来更好地分开数据以增强Loco-CV应用程序。我们发现，在大多数测试的任务中，域知识并不能提高机器学习的性能，而带隙预测是显着的例外。我们还发现，径向基函数在所有测试的10个数据集中提高了化学数据集的线性可分离性，并为在Loco-CV过程中应用此函数的应用提供了一个框架，以改善机车-CV测量结果，无论机器学习算法如何，选择度量和复合表示的选择。我们建议将内核Loco-CV作为训练范式，以示材料数据上的算法的外推能力。

机器学习方法利用多参数生物标志物，特别是基于神经影像动物，具有改善痴呆早期诊断的巨大潜力，并预测哪些个体存在发展痴呆的风险。对于机器学习领域的基准算法和痴呆症中的神经影像症，并评估他们在临床实践中使用的潜力和临床试验，七年的大挑战已经在过去十年中组织：Miriad，Alzheimer的疾病大数据梦，Caddementia，机器学习挑战，MCI神经影像动物，蝌蚪和预测分析竞争。基于两个挑战评估框架，我们分析了这些大挑战如何互相补充研究问题，数据集，验证方法，结果和影响。七个大挑战解决了与（临床前）痴呆症（临床）痴呆症的筛查，诊断，预测和监测有关的问题。临床问题，任务和性能指标几乎没有重叠。然而，这具有提供对广泛问题的洞察力的优势，它也会限制对挑战的结果的验证。通常，获胜算法执行严格的数据预处理并组合了广泛的输入特征。尽管最先进的表演，但临床上没有挑战评估的大部分方法。为了增加影响，未来的挑战可以更加关注统计分析，对其与高于阿尔茨海默病的临床问题，以及使用超越阿尔茨海默病神经影像疾病的临床问题，以及超越阿尔茨海默病的临床问题。鉴于过去十年中汲取的潜力和经验教训，我们在未来十年及其超越的机器学习和神经影像中的大挑战前景兴奋。

医疗保健数据集通常包含一组高度相关的特征，例如来自同一生物系统的特征。当将功能选择应用于这些数据集以识别最重要的功能时，由于相关功能，由于相关特征而引起的某些多变量特征选择器固有的偏差使这些方法难以区分重要的和无关的特征，并且功能选择过程的结果CAN可以解决。不稳定。已经研究了特征选择合奏，该合奏汇总了多个单个基础特征选择器的结果，已被研究为稳定特征选择结果的一种手段，但不能解决相关特征的问题。我们提出了一个新颖的框架，可以从多元特征选择器中创建特征选择集合，同时考虑了相关特征组产生的偏差，并在预处理步骤中使用团聚层次聚类。这些方法从阿尔茨海默氏病（AD）的研究中应用于两个现实世界数据集，这是一种尚未治愈且尚未完全了解的进行性神经退行性疾病。我们的结果表明，在没有聚类的情况下选择在模型中选择的功能的稳定性有明显的改善，并且这些模型选择的功能与广告文献中的发现保持一致。

生物医学网络是与疾病网络的蛋白质相互作用的普遍描述符，从蛋白质相互作用，一直到医疗保健系统和科学知识。随着代表学习提供强大的预测和洞察的显着成功，我们目睹了表现形式学习技术的快速扩展，进入了这些网络的建模，分析和学习。在这篇综述中，我们提出了一个观察到生物学和医学中的网络长期原则 - 而在机器学习研究中经常出口 - 可以为代表学习提供概念基础，解释其当前的成功和限制，并告知未来进步。我们综合了一系列算法方法，即在其核心利用图形拓扑到将网络嵌入到紧凑的向量空间中，并捕获表示陈述学习证明有用的方式的广度。深远的影响包括鉴定复杂性状的变异性，单细胞的异心行为及其对健康的影响，协助患者的诊断和治疗以及制定安全有效的药物。