I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.  15 ,   No .   4 A u g u s t   20 25 ,   p p .   3 9 6 5 ~ 3 9 7 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 4 . p p 3 9 6 5 - 3 9 7 6          3965       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   M ulti - la y er c o nv o lutiona l auto enco der f o recog nizin g  t hree - dimens io na l patte rns in at tent io n  d eficit hy pera ctivit y  diso rder  using  resting - s tat e f unc tiona l ma g netic  r eso na nce im a g ing       Z a rina   B eg um ,   K a re em ull a   Sh a ik   S c h o o l   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   V I T - A P   U n i v e r si t y ,   A mara v a t i ,   A n d h r a   P r a d e sh ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   5 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ap r   8 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma y   2 4 ,   2 0 2 5       Atten ti o n   d e ficit  h y p e ra c ti v it y   d i so rd e (AD HD )   is   a   n e u r o l o g ica d is o rd e th a d e v e l o p o v e ti m e   a n d   is  t y p ifi e d   b y   imp u lsiv it y ,   h y p e ra c ti v it y ,   a n d   a tt e n ti o n   d e ficie n c y .   Th e re   h a v e   b e e n   n o ti c e a b le   c h a n g e s   in   t h e   p a tt e rn o f   b ra in   a c ti v it y   in   re c e n st u d ies   u s in g   f u n c ti o n a m a g n e ti c   re so n a n c e   ima g in g   (fM RI).   P a rti c u larl y   in   t h e   p re fr o n tal  c o rte x .   M a c h i n e   lea rn in g   a lg o rit h m sh o p r o m ise   in   d isti n g u ish i n g   AD HD   su b t y p e b a se d   o n   t h e se   n e u ro b io lo g ica sig n a t u re s.  Ho w e v e r,   th e   in h e re n h e tero g e n e it y   o AD HD   c o m p li c a tes   c o n siste n c las sifica ti o n ,   wh il e   sm a ll   sa m p le  siz e s   li m it   th e   g e n e ra li z a b il it y   o f in d in g s.  Ad d it io n a l ly ,   m e th o d o l o g ica v a riab il it y   a c ro ss   stu d ies   c o n tr ib u tes   to   in c o n siste n re su lt s,  a n d   t h e   o p a q u e   n a tu re   o m a c h in e   lea rn in g   m o d e ls  h in d e rs  th e   u n d e rsta n d in g   o u n d e rly in g   m e c h a n ism s.  We   su g g e st  a   n o v e d e e p   lea rn i n g   a rc h it e c tu re   to   o v e rc o m e   t h e se   issu e b y   c o m b in i n g   s p a ti o - tem p o ra fe a tu re   e x trac ti o n   a n d   c las sifica ti o n   t h ro u g h   a   h iera rc h ica re sid u a c o n v o l u ti o n a n o ise   re d u c ti o n   a u to e n c o d e (HRCN RAE)  a n d   a   3 D   c o n v o l u ti o n a g a ted   m e m o r y   u n it   (G M U).  T h is  fra m e wo rk   e ffe c ti v e ly   re d u c e s p a ti a d ime n sio n s ,   c a p t u re k e y   tem p o ra l   a n d   sp a ti a fe a t u re s,  a n d   u ti li z e a   sig m o id   c las sifier  fo ro b u st  b in a r y   c las sifica ti o n .   Ou m e th o d o lo g y   wa rig o ro u sly   v a li d a ted   o n   t h e   AD HD - 2 0 0   d a tas e a c ro ss   fiv e   si tes ,   d e m o n st ra ti n g   e n h a n c e m e n ts  in   d iag n o st i c   a c c u ra c y   ra n g in g   fro m   1 . 2 6 %   to   9 . 6 %   c o m p a re d   to   e x ist in g   m o d e ls.   Im p o rtan tl y ,   t h is   re se a rc h   re p re se n ts  th e   first  a p p li c a ti o n   o a   3 C o n v o l u ti o n a G M fo d iag n o sin g   AD HD   wit h   f M RI  d a ta.  Th e   imp ro v e m e n ts  h i g h li g h th e   e ffica c y   o o u a rc h it e c tu re   i n   c a p t u rin g   c o m p lex   s p a ti o - tem p o ra fe a tu re s,   p a v in g   t h e   wa y   fo m o re   a c c u ra te an d   re li a b l e   AD HD   d iag n o se s.   K ey w o r d s :   Atten tio n - d ef icit/h y p e r ac tiv ity   d is o r d er   class if icatio n   Dee p   l ear n in g   Gate d   m em o r y   u n it   Hier ar ch ical  r esid u al  C o n v o lu tio n al  n o is r ed u ctio n   au to en co d er   R esti n g - s tate  f u n ctio n al  m ag n etic  r eso n a n ce   im ag in g   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kar ee m u lla  Sh aik     Sch o o l o f   C o m p u ter   Scien ce   a n d   E n g in ee r in g ,   VI T - AP U n iv er s ity   An d h r Pra d esh   5 2 2 2 3 7 ,   I n d ia   E m ail:  k ar ee m u lla. s h aik @ v itap . ac . in       1.   I NT RO D UCT I O N   On co m m o n   n eu r o d ev elo p m en tal  co n d itio n   th at  af f ec ts   c h ild r en   is   a tten tio n   d ef icit  h y p er ac tiv ity   d is o r d er   ( ADHD ) ,   with   s ig n if ican p r o p o r tio n   o f   ca s es  p er s is tin g   in to   ad u lth o o d .   R esear ch   in d icate s   th at  ap p r o x im ately   6 5 o f   in d iv id u als  d iag n o s ed   in   ch ild h o o d   c o n tin u to   ex p er ien ce   s y m p to m s   in to   ad u lth o o d ,   r esu ltin g   in   s u b s tan tial  ec o n o m ic  an d   p s y ch o lo g ical  r am if i ca tio n s   f o r   b o th   p atien ts   an d   th eir   f am ilies   [ 1 ] .   C lin ical  ju d g m en is   th e   p r i m ar y   m et h o d   o f   d iag n o s is ,   wh ich   in tr o d u ce s   s u b jectiv ity   an d   v ar iab ilit y   in to   ev alu atio n s .   T im ely   in ter v en tio n   d ep en d s   o n   ea r ly   id en t if icatio n ,   b u th d iag n o s tic  s tati s tical  m an u al  in ter p r etiv f le x ib ilit y   m ak es   th d iag n o s tic  p r o ce d u r d if f icu lt  [ 2 ] .   Alth o u g h   th o r o u g h   ass ess m en b y   q u alif ied   ex p er ts   is   r eq u ir ed ,   i n co n s is t en cies  ar ex ac er b ated   b y   d is p ar ities   in   tr ain in g .   L ik au tis m   s p ec tr u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 Au g u s t   20 25 3 9 6 5 - 3976   3966   d is o r d er ,   ADHD   h as  r ec o g n i za b le  p atter n s   o f   b r ain   ac tiv it y   th at  f ac ilit ate  d iag n o s is .   New   d ev elo p m en ts   in   m ac h in lear n in g   ( ML )   a n d   m ed ical  im ag in g   p r esen t   en co u r ag in g   p ath s   f o r   m o r e   o b ject iv d iag n o s is .   B r ain   d ata  is   b ein g   a n aly ze d   u s in g   m eth o d s   in cl u d in g   s tr u ctu r al   m ag n etic  r eso n an ce   im ag in g   ( s MRI)   an d   f u n ctio n al   m ag n etic  r eso n an ce   im a g in g   ( f MRI) ,   wh ich   im p r o v e   d iag n o s tic  ac cu r ac y   [ 3 ] .   Fo r   in s tan ce ,   Yilin   et  a l .   [ 4 ]   u s ed   g r ap h   co n v o lu tio n al  n et wo r k s   ( GC N)   to   ex am in f u n ctio n al  co n n ec tiv ity   d ata,   w h ich   im p r o v ed   t h class if icatio n   o f   ADHD   b y   e m p h asizin g   th e   d is tin ctio n s   b e twee n   p ee r s   wh o   ar e   u s u ally   d ev elo p in g   an d   th o s e   wh o   h av ADHD .   s im ilar   m o d el,   atten tio n - b ased   s p atial  tem p o r al  n etwo r k ,   wa p r ese n ted   b y   Qiu   et  a l .   [ 5 ]   u s in g   r esti n g - s tate  f MRI   d ata  with   tim d iv is io n   m u ltip lex i n g   to   ca p tu r tem p o r al   f lu ctu atio n s   an d   ad ap tiv e   f u n ctio n al   co n n ec tiv ity   g en er a tio n   ( AFC G)   f o r   s p atial  c o r r el atio n   an aly s is .   T h r o u g h   th e   in teg r atio n   o f   s p atial  an d   tem p o r al  d ata,   ad a p tiv s p atial - t em p o r al  n eu r al  n etwo r k   ( ASTN et)   s u r p ass es  ea r l ier   ap p r o ac h es,  o p en in g   th d o o r   to   m o r p r ec is an d   i m p ar tial d iag n o s is   o f   ADHD .   R ec en ad v an ce m en ts   in   ML   an d   d ee p   lear n in g   ( DL )   h av s ig n if ican tly   en h an ce d   th d ia g n o s is   o f   ADHD   an d   o th er   p s y c h iatr ic  d is o r d e r s   th r o u g h   t h in teg r ati o n   o f   n eu r o im ag in g   d ata.   Fo r   ex am p le,   Hata m i   et  a l.   [ 6 ]   s h o wed   h o to   im p r o v th d iag n o s is   o f   m ajo r   d ep r e s s iv d is o r d er   b y   u s in g   f MRI  d ata  in   co n ju n ctio n   with   th Mo b ileNet  V2   m o d el   an d   th d ata  p r o ce s s in g   a n d   an a ly s is   f o r   b r ain   im ag in g   to o lb o x L iu   et   a l.   [ 7 ]   d ev elo p e d   th m u ltimo d al  g e n er ativ f u s io n   f r am ewo r k ,   in teg r atin g   f MRI  an d   s MRI  d at th r o u g h   m u lti - task   lear n in g   to   g en e r ate  p air e d   d a ta,   im p r o v in g   d iag n o s tic  ac cu r ac y .   Als h ar if   et  a l.   [ 8 ]   d ev el o p ed   a n   ML - b ased   d ec is io n   s y s tem   th at  ac h iev ed   9 1 ac cu r ac y   o n   s tan d ar d   A DHD  d atasets ,   lo wer in g   s u b jectiv ity   in   tr ad itio n al  ev alu atio n s an d   Ag ar w al   et  a l.   [ 9 ]   u s ed   d u a a p p r o ac h ,   co m b in in g   im a g e - b ased   DL   m o d els  an d   g r a p h - b ased   n etwo r k s   to   an aly ze   f MRI  co n n ec tiv ity   m atr ices,  s h o win g   th at  d if f er en b r ai n   a tlas   an d   co n n ec tio n   m atr ix   s elec tio n s   im p r o v class if icatio n   ac cu r ac y .   I n   co n tr a s to   co n v en tio n al  R eHo   tech n iq u es,  lh an   an d   Özm en   [ 1 0 ]   s h o wn   th at  m ain tain in g   s p atial  in f o r m atio n   im p r o v es  class if icati o n   b y   u s in g   3 co n v o lu tio n al   n eu r al  n etwo r k s   ( C NNs )   to   ev alu ate  f r ac tio n al  am p litu d e   o f   lo f r e q u en c y   f lu ctu ati o n   d ata.   I n   o r d e r   to   im p r o v e   b r ain   ac tiv ity   i n v esti g atio n   in   ADHD   ca s es,  Sau r ab h   a n d   G u p ta  [ 1 1 ]   r esh ap e d   4 p ictu r es  an d   u tili ze d   m o d if ied   b id ir ec tio n al  lo n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   ( B L STM )   m o d el  to   in ter p r et  r esti n g - s tate  f MRI  d ata.   I n   o r d er   to   g et  h ig h   co m p u tatio n al  ef f icien c y ,   Salah   et  a l.   [ 1 2 ]   c o m b in e d   f MRI  an d   o p tical  am p lific atio n   d ata  in   th eir   r esid u al  lear n in g   lay er - b ased   ADHD   s cr ee n in g   m o d el.   I n   a n   ef f o r to   cr ea t "e x p lain ab le  AI , "   Am ad o - C ab aller o   et   a l.   [ 1 3 ]   ev alu ated   d em o g r ap h ic   p ar a m eter s   in f lu en cin g   ADHD   d i ag n o s is   u s in g   C NN   v is u aliza tio n   tech n iq u es  i n clu d in g   o cc l u s io n   m a p s .   Usi n g   tr an s f o r m er - b ased   m o d el  u s in g   ADHD - 2 0 0   f MRI  d ata,   Qin   et   a l.   [ 1 4 ]   c o m b in e d   p h en o ty p ic   an d   f MRI  d ata   to   o b tain   7 4 . 5 class if icatio n   ac cu r ac y ,   s u r p ass in g   ea r lier   m eth o d s .   T o   f ac ilit ate  ef f ec tiv f ea tu r ex tr ac ti o n ,   a   4 C NN  m o d el  was  also   ap p l ied ,   ca p tu r in g   b o th   s p atial  an d   tem p o r al  d im en s io n s   with   an   o b s er v ed   ac c u r ac y   o f   7 1 . 3 [ 1 5 ] .   Ar o u n d   8 0 0   p eo p le  f r o m   v a r io u s   u n iv er s ities   co n tr ib u ted   s MRI  an d   r est in g - s tate  f MRI  d ata  t o   th ADHD - 2 0 0   co n s o r tiu m ,   wh ich   was  cr ea ted   b y   th e   I NDI   in   2 0 1 1 .   T h is   al lo wed   r esear ch er s   wo r ld wid e   to   im p r o v e   ADHD   class if ica tio n   alg o r it h m s   b y   u s in g   co n s is ten d atasets   [ 1 6 ] .   T h is   in f o r m atio n   m ad it  ea s ier   to   cr ea te  s o p h is ticated   m o d els.  Fo r   ex am p le,   Ma o   et  a l.   [ 1 5 ]   ac h iev ed   im p r o v ed   class if icatio n   ac cu r ac y   b y   co m b i n in g   3 C NNs  f o r   s p atial  ex tr ac tio n   with   an   lo n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   ( L STM )   m o d el  to   ca p tu r e   tem p o r al   r elatio n s h ip s .   I n   o r d er   to   e v alu ate  d em o g r a p h ic  asp ec ts   in f lu e n cin g   ADHD   d iag n o s is ,   L iu   et   al .   [ 1 7 ]   in v esti g ated   C NN  v is u aliza tio n   ap p r o ac h es,  s u ch   as  o cc l u s io n   m ap s .   T h is   wo r k   co n tr i b u t ed   to   th e   d ev elo p in g   to p ic   o f   "e x p lain ab le  AI , "   wh ich   im p r o v es  th in ter p r eta b ilit y   o f   DL   m o d els  in   clin ical  p r ac tice.   Fin ally ,   ef f o r ts   to   en h an ce   d iag n o s tic  ac cu r ac y   h a v b ee n   ex em p lifie d   b y   Qin   et  a l .   [ 1 2 ]   w h o   em p lo y ed   a   tr an s f o r m er - b ased   m o d el  u s in g   ADHD - 2 0 0   f MRI  im ag es,  co m b in in g   f MRI  an d   p h en o t y p ic  d ata   to   ac h ie v class if icati o n   a cc u r ac y   o f   7 4 . 5 %,   s u r p ass in g   m u ltip le   ad v a n ce d   ap p r o ac h es.   T o   f ac ilit ate  ef f ec tiv f ea tu r e   ex tr ac tio n ,   a   4 C NN  m o d el  was   also   ap p lied ,   ca p t u r in g   b o th   s p atial  an d   tem p o r al  d im e n s io n s   with   an   o b s er v e d   ac cu r ac y   o f   7 1 . 3 % T h is   s tu d y   im p r o v es  th d etec tio n   o f   ADHD   b y   in tr o d u cin g   th r ee   m ajo r   co n tr ib u tio n s i )   co n v o lu ti o n al  g ated   m em o r y   u n it  ( GM U)   to   ca p tu r s p ati al  an d   tem p o r al   in f o r m atio n ;   ii )   m u lti - lay er   c o n v o lu tio n al  d en o is in g   au to   en co d er   n etwo r k   to   r ec o g n ize  3 s p atial  p atter n s   in   r es tin g - s tate  f u n c tio n al  m ag n etic  r eso n an ce   im ag in g   ( rs - f MRI )   d ata;  an d   iii )   v alid ated   f r am ewo r k   ev alu ated   ac r o s s   v ar io u s   s ites .   T h o v er v iew  o f   th alg o r ith m ,   its   co n ce p tu al  u n d er p i n n in g s ,   th e   ex p er im en tal  s ettin g ,   an d   its   co n s eq u en ce s   an d   f u tu r d ir e c tio n s   ar co v er ed   i th p ap er .       2.   AL G O RI T H M   T h alg o r ith m   f o r   class if y in g   ADHD   f r o m   r esti n g - s tate  f M R I   d ata  ex tr ac ts   s p atial  f ea tu r es  u s in g   an   h ier ar ch ical  r esid u al  c o n v o lu tio n al  n o is r ed u ctio n   a u to en c o d er   ( HR C NR AE ) ,   wh ich   is   th en   s tr en g th en e d   b y   r esid u al  co n n ec tio n s   to   p r eser v s ig n if ican in f o r m atio n .   Du r in g   tr ain in g ,   th m o d el  r e co n s tr u cts  th in p u t   wh ile  m ea s u r in g   r ec o n s tr u ctio n   lo s s ,   an d   co n v o l u tio n al  GM r ec o r d s   tem p o r al  d ep e n d en cy .   T h en ,   u s in g   g lo b al  a v er ag e   p o o lin g ,   p e o p l ar e   ca teg o r ize d   as  eith e r   AD HD - p o s itiv o r   n o t,   o f f er in g   a   q u ick   a n d   ef f ec tiv e   way   to   ex am in e   in tr icate   n eu r o im ag in g   d ata.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Mu lti - la ye r   co n vo lu tio n a a u t o en co d er fo r   r ec o g n iz in g   th r ee - d imen s io n a l     ( Za r in a   B eg u m )   3967   Alg o r ith m   1 : Sp atio - tem p o r al  f ea tu r ex tr ac tio n   an d   ADHD  c lass if icatio n   I n p u t : X   i nput   : 4 D   r e s t i n g - st a t e   f M R I ( r s - f M R I )   d a t a .   S t e p   1 :   D a t a   R e g u l a r i z a t i o n   A d d   G a u s si a n   n o i s e   f o r   r e g u l a r i z a t i o n :                                                                                                     I n p u t   X   i npu t   =   X   i npu t   +   N   no i s e     S t e p   2 :   F e a t u r e   E n c o d i n g   w i t h   H R C N R A E   1.   P a ss X   no i s t h r o u g h   C P   b l o c k   1 :   F = H   c p   (X  noi s y )   2.   P r o c e ss   t h r o u g h   C P   b l o c k   2 :       F 2   =   H   cp (F 1   )   3.   P r o c e ss   t h r o u g h   C P   b l o c k   3 :   F 3   =   H   cp (F 2 )   S t e p   3 :   I n c o r p o r a t e   R e s i d u a l   b l o c k s                     C o m b i n e   f e a t u r e s:   F   r e s i du a l _o ut e r   = F + H s k i (F 1,   F 2 )   S t e p   4 :   F e a t u r e   D e c o d i n g                         1 . D e c o d e   1 :   D 1   = H ud   (F r e s i du a l _ ou t e r )                         2 . D e c o d e   2 :   D 2   = H ud   (D 1 )                         3 . F i n a l   o u t p u t :   Y r e c o ns t ru c t e d   =   H ud (D 2 )   S t e p   5 :   C o mp u t e   L o ss   F u n c t i o n :   c a l c u l a t e   r e c o n s t r u c t i o n   l o ss   S t e p   6 :   S p a t i o n - Te m p o r a l   F e a t u r e   E x t r a c t i o n   w i t h   G M U                                 F o r   e a c h   t i me   st e p   t                             1 . R e s e t   g a t e :   r t     = Ϫ( W .   h t - +   U r   .x t )                             2 . U p d a t e   g a t e :   z t = Ϫ( W z   .h t - +U .x t )                             3 . C a n d i d a t e   h i d d e n   s t a t e :    ̃ h t   =   t a n h ( W h   .   ( r t Θ h t - 1 )   +   U .   x t )                             4 . F i n a l   h i d d e n   st a t e :               h =   ( 1 - z t ) Θ h t - +   z Θ  ̃ h t )   S t e p   7 :   C l a ssi f i c a t i o n : u si n g   G l o b a l   A v e r a g e   P o o l i n g   O = G A P ( h )   O u t p u t :   P r e d i c t e d   A D H D   l a b e l ( 1   f o r   A D H D , 0   f o r   n o n - ADHD).       3.   P RO P O SE M E T H O   DL   h as  b ee n   u s ed   ex ten s iv el y   f o r   a   v ar iety   o f   ap p licatio n s   b ec au s it  is   e f f ec tiv at   ex tr ac tin g   f ea tu r es  f r o m   h u g e   d atasets .   I is   d is tin g u is h ed   b y   its   co m p l ex ity   an d   m o r ac cu r ate   p r ed i ctio n s   co m p ar e d   to   co n v en tio n al  m ac h in e   lear n i n g   m eth o d s .   T h is   r esear ch   p r esen ts   n etwo r k   ar c h itectu r th at  co m b i n es  co n v o l u tio n al  GM with   an   HR C NR AE   to   u s r s - f MRI  d ata  to   o b tain   jo in s p atio tem p o r al  p r o p e r ties ,   wh ich   ar th en   ap p lied   to   th class if icatio n   o f   ADHD .   As   illu s t r ated   in   Fig u r 1 ,   th en co d er   p ar o f   th au to   en co d er   f i r s ex tr ac ts   h ig h - le v el  s p atial  ch ar ac ter is tics   f r o m   th r s - f MRI.   T h au to   e n c o d er   in co r p o r ates  a   r esid u al  n etwo r k   t o   f u r th er   c ap tu r d ee p er   s p atial  f ea t u r e s .   T h c o n v o lu tio n al   GM t h en   o r g a n izes  an d   p r o ce s s es  th ese  s p atial  ch ar ac ter is tics   in   tem p o r al  m a n n er ,   ca p tu r in g   b o th   s p atial  an d   tem p o r al  d y n am ics  at   th s am tim e.   T h GM U - ex tr ac ted   ch ar ac ter is tics   ar s u b jecte d   to   GAP   [ 1 8 ]   b ef o r b e in g   s u b jecte d   to   s ig m o id   class if ier   f o r   th u ltima te  ADHD   class if icatio n .                 Fig u r 1 .   Flo wch ar o f   th e   p r o p o s ed   class i f icatio n   alg o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 Au g u s t   20 25 3 9 6 5 - 3976   3968   3 . 1 .     H ier a rc hica re s idu a l c o nv o lutio na l no is re du ct io a uto enco der   T h HR C N R AE   is   n ew  m eth o d   th at  co m b in es  r esid u al   n etwo r k s   with   co n v o lu tio n al   d en o is in g   au to en co d er s   ( C DAE )   to   ex tr ac s p atial  in f o r m atio n   f r o m   u n lab eled   r s - f MRI  d ata   [ 1 9 ] .   I ts   m ain   g o al  is   to   r ec o v er   h ig h - le v el  s p atial  ch a r ac ter is tics   wh ile  lo wer in g   d im en s io n ality   s o   th at  th c o n v o lu tio n al  GM ca n   m o r ea s ily   e x tr ac s p atio t em p o r al  f ea t u r es.  HR C NR AE   u s es  s k ip   co n n ec tio n s   to   p r eser v h ig h - lev el  f ea tu r e   ex tr ac tio n   wh ile  u s in g   t h r esid u al  lear n in g   tech n iq u f ir s p r esen ted   b y   He   et  a l.   [ 2 0 ]   to   a v o id   th v an is h in g   g r ad ien is s u in   d ee p   n etw o r k s .   T h en c o d er ,   d ec o d er ,   an d   r esid u al  b lo ck s   m a k u p   th e   HR C NR AE   ar ch itectu r e,   as  s ee n   in   Fig u r 2 .   T h er e   ar th r ee   C s eg m en ts   with   d ata  f ilter in g   an d   r ed u ctio n   lay er s   in   th in p u p r o ce s s in g   u n it,  an d   th r ee   u n p o o lin g   d ec o n v o lu tio n   ( UD)   s eg m en ts   with   r ev er s e   f ilter in g   an d   d ata  ex p an s io n   i n   th o u tp u t   p r o c ess in g   u n it.  An   ex te r n al  b y p ass   with   two   C an d   two   UD  s eg m en ts   an d   an   in ter n al  b y p ass   with   o n C P a n d   o n UD  s eg m en is   th two   b y p ass   ar ch itectu r es th at  g u ar an tee  ef f ec tiv d ata   f lo w.   T h s y s tem   p er f o r m an ce   is   im p r o v ed   b y   th ese  b y p ass es,  wh ich   allo in p u an d   o u tp u u n its   to   b e   tr ain ed   s im u ltan eo u s ly .           Fig u r 2 .   Or g an izatio n   o f   HR C NR AE       R eg ar d in g   th p r o v id ed   r s - f MRI  d ata:     = [ 1 ] ( 1 60 × 72 × 60 )     ( 1 )     w h er th tim p e r io d ,   d en o te d   b y   p ,   v a r ies d ep en d i n g   o n   th lo ca tio n .   T h in p u t o f   HR C NR AE   is   f ir s o b tain ed   b y   ad d in g   r an d o m   n o is e,   wh ich   is   r eg u lar ized   b y   f o llo win g   co n v e n tio n al  n o r m al  d is tr ib u tio n .   As a  r esu lt,  we  ca n   g et     = [ 1 ] , ( 60 × 72 × 60 )         ( 2 )     T o   ex tr ac t   th e n h an ce d   p atter n   h ,   th e   in p u p r o ce s s in g   s ec tio n   o f   HR C NR AE   tr an s f o r m s   th o r ig i n al  d at a   in to   co n d en s ed   r e p r esen tatio n ,   wh ich   is     = ( )       ( 3 )     T h in ter im   p atter n   h   is   r ec o n s tr u cted   in to   y   th r o u g h   HR C N R AE ' s   o u tp u t p r o ce s s in g   s ec tio n ,   wh ich   is     = ( )          ( 4 )     Sin ce   th g o al  o f   HR C NR AE 's  tr ain in g   is   t o   r e d u ce   th d is cr ep an cy   b etwe en   th clea n ed   an d   r e b u ilt  d ata,   th e   lo s s   is   d escr ib ed   as   ( 5 ) .     2 lo ss y x =−         ( 5 )     T h m ax im u m   v alu e   [ 2 1 ]   th a ca n   b p r o d u ce d   with in   th p o o lin g   win d o is   th g o al  o f   th m ax   p o o lin g   win d o w.   L et  s k,   Q b th p r ev i o u s   lay er ' s   i - th   f ea tu r m ap ,   a n d   let  s k−   1 , i     Q r ep r esen t h i - th   f ea tu r m ap   in   th k - th   lay e r .   T h i - th   f ea tu r m ap   o f   th k - t h   lay er ' s   co m p o n en ts   ca n   b c alcu lated   as   (6 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Mu lti - la ye r   co n vo lu tio n a a u t o en co d er fo r   r ec o g n iz in g   th r ee - d imen s io n a l     ( Za r in a   B eg u m )   3969   , 1 , 2 , 3 =  ( , 1 , 2 , 3 )            ( 6 )     T o   p er f o r m   d ec o n v o lu tio n ,   th d ec o n v o lu tio n   k e r n el  s lid es  ac r o s s   th f ea tu r es,  wh er ea s   th u n p o o lin g   p r o ce s s   ze r o - f ills   th laten t f e atu r es to   r etu r n   th f ea tu r m a p   to   its   o r ig in al  p ictu r s ize   [ 2 2 ] .   T h r ee   C P b lo ck s   m ak u p   th en c o d er ,   a n d   th e   C P b lo ck ' s   i - th   o u tp u t is     F = H cp   (F i - 1)   i=1 ,   2 ,   3 ,     ( 7 )     w h er s p ec if ic  co m p o s ite  f u n c tio n s   ar u s ed ,   s u ch   p o o lin g ,   r ec tifie d   lin ea r   u n it  ( R eL U) ,   an d   co n v o l u tio n ,   ar e   r ep r esen ted   b y   HC P   [ 2 3 ] .   Fo r   1 ,   Fi - 1   r ep r esen ts   th in p u t   n o is im ag e   I ,   a n d   t h f in al   r e s u lt  r esu ltin g   f r o m   th s u b s eq u en t CP   b lo ck   f o r   al l o th er   v alu es.  T h s k ip - c o n n e ctio n ' s   o u tp u t is     1  =  ( + )     ( 8 )     T h in ter n al  r esid u al  b lo ck   i s   r ep r esen ted   wh en   S I   o r   E   I   an d   2 ,   an d   th o u te r   r esid u al  b lo c k   is   r ep r esen ted   wh er =   1   a n d   S I   o r   E   E .   T h i - t h   co n v o lu ti o n   k er n el  is   in d icate d   b y   ω j .   B j   is   r ep r esen tatio n   o f   th b ias.  T h R eL ac tiv ati o n   ad d s   tin y   d eg r ee   o f   s p ar s ity   to   th tr ain ed   n etwo r k   wh en   j is   th n u m b er   o f   ch an n els,  wh ich   is   s h o wn   as   ( 9 ) .     ( ) ( ) R e m a x 0 , L U x x =     ( 9 )     T h r ee   s y m m et r ic  UD  b lo c k s   m ak u p   th e   d ec o d er   co m p o n e n t.  T h e   r esu lt  o f   th e   f ir s UD  b lo ck   is   d is p lay e d   as   ( 1 0 ) :   ( ) 03 UD G H F =   ( 1 0 )     T h f o llo win g   is   th o u tco m o f   th i - th   UD  b lo ck :     ( ) 1 2 , 3 i U D i G H G S i = + =     ( 1 1 )     w h er HUD  is   f o r   th co m p o s ite  o p er atio n   th at  co m b in es   s am p lin g ,   d ec o n v o lu tio n ,   an d   R eL U,   an d   s tan d s   f o r   t h o u tp u t   f r o m   t h s h o r tcu co n v o lu tio n   lay e r .   I s h o u ld   b e   n o te d   th at   th e   d ec o n v o l u tio n   u p   s am p lin g   b lo ck s   b elo n g   to   th d ec o d e r ,   wh er ea s   th co n v o l u tio n   p o o lin g   b lo ck s   in d icate d   a b o v ar p ar o f   th e   en co d er .   T wo   n ested   r esid u a b lo ck s   in   th e   r esid u al  s tr u ctu r co n n ec th e   en c o d er   a n d   d ec o d er .   I n   th e   b eg in n in g ,   th in ter n al  r esid u al  b lo ck   cr ea tes  s k ip - co n n e ctio n   b etwe en   th en co d e r   an d   d ec o d er ,   wh i ch   is   estab lis h ed   b y   ( 1 2 )     1 1 1 R S G =+   ( 1 2 )     T h o u ter   r esid u al  b lo c k ' s   o u tp u t is sh o wn   as   ( 1 3 ) :     2 EE R S G =+     ( 1 3 )     3 . 2 .     G a t ed  co nv o lutio na l m e m o ry   un it   T h GM is   s o p h is ticated ,   p ar am eter - ef f icien v ar ian o f   th tr ad itio n al  r ec u r r en n e u r a n etwo r k   ( R NN )   [ 2 4 ]   th at  s u cc ess f u lly   r eso lv es  lo n g - s eq u en ce   d ep e n d en ce   an d   g r ad ie n v an is h in g   p r o b lem s .   I n   th is   s tu d y ,   s p atial  in f o r m ati o n   m u s b in c o r p o r ated   in   o r d e r   t o   ex tr ac t   s p atio tem p o r al  c h ar ac ter is tics   f r o m   r s - f MRI  d ata  u s in g   co n v o lu tio n al  GM U.   C o n v o lu tio n al  GM p r o ce s s es  s p atial  an d   tem p o r al  f ea tu r es  at  th s am tim e,   in   c o n tr ast  to   co n v en tio n al  GM U   [ 2 5 ] .   T h in f o r m atio n   f lo is   m a n ag ed   b y   m ea n s   o f   r eset  a n d   u p d ate   g ates,  wh er th e   r eset  g ate  elim in ates  s o m e   p r e v io u s   d ata   an d   th e   u p d ate  g ate  r e g u lates  th am o u n o f   h is to r ical  d ata  th at  is   k ep t.   B o th   g ates  to   p r o ce s s   th p r ec ed i n g   o u tp u t ( h t− 1 )   at  tim a n d   t h cu r r e n in p u ( x t u s s ig m o id   ac tiv atio n   f u n ct io n .   T h e   u p d ate  g ate   ( z t )   r eg u l ates  th am o u n t   o f   th p r io r   d ata  th at  is   r etain ed ,   wh ile  th r eset  g ate  ( r t )   estab l is h es  h o m u c h   o f   it  is   c o n s id er ed .   C o n v o lu ti o n   with   x t   m u ltip lies   r t   b y   h t− to   y ield   th ca n d id ate  h id d e n   s tate  ̃ h t .     T h p r ev io u s   h id d en   s tate  an d   th ca n d id ate - h i d d en   s tate  ar co m b in ed   to   d eter m in th f in al  h id d en   s tate  h t .     ( ) 1 * [ , t tr t rW xh =   ( 1 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 Au g u s t   20 25 3 9 6 5 - 3976   3970   ( ) 1 * [ , t tz t ZW xh =      ( 1 5 )     ( ) 1 [ t a n h *, t t t t xr W h h       ( 1 6 )     T h co n v o lu tio n   o p er atio n   is   r ep r esen ted   b y   * ,   th Had a m ar d   p r o d u ct  b y   ,   a n d   th e   s ig m o id   ac tiv atio n   f u n ctio n   b y   σ .   T h weig h ts   th at  co r r esp o n d   to   r t , z t ,   an d  ̃ h t   a r e   W r , W z ,   an d   W .     3 . 3 .     E x perim ent a s et up   3 . 3 . 1 .   Da t a   des cr iptio n   T h d ev elo p e d   m eth o d   is   an aly ze d   an d   p r o ce s s ed   u s in g   th Py th o n   s im u latio n   p latf o r m .   T h e   p u b licly   av ailab le  ADHD - 2 0 0   d atab ase,   wh ich   co n tain s   f MRI  im ag es,  is   co llected   an d   ex am in ed   f o r   t h is   s tu d y   in   o r d er   to   ca r r y   o u t   th ex p e r im en t.   d ataset  co m p r is ed   o f   im ag i n g   an d   p h en o ty p ic   d ata  ( g en d er ,   ag e,   I Q,   h an d ed n ess )   f r o m   9 7 3   p e o p le  s p r ea d   o v e r   eig h wo r ld wid s ites .   Of   th ese,   5 8 5   h ad   n o r m ally   d e v elo p in g   ty p ical  d ev el o p in g   ( T D)   p r o f il es,  2 6   h ad   an   u n id en tifie d   d ia g n o s is ,   an d   3 6 2   h ad   ADHD .   T h r ee   s ites B r o wn ,   Pit ts b u r g h ,   an d   W ash in g to n   Un iv er s ity wer d is q u alif ied   b ec au s o f   m is s in g   d iag n o s tic  d ata,   wh er ea s   d ata   f r o m   f iv s ites Pek in g ,   Neu r o im ag in g ,   KKI ,   OHSU,   an d   NYU wer ex am in ed .   T h d ata  p r o ce s s in g   ass is tan f o r   r esti n g - s tate  f MRI  ( DPA R SF )   to o ls ,   wh i ch   in clu d e   n o is r ed u ctio n ,   s p atial  s m o o th in g ,   n o r m aliza tio n   to   MN I   s p ac e ,   s lice - tim in g   co r r ec tio n ,   a n d   h e ad   m o tio n   co r r ec tio n ,   wer a p p lied   to   p r e - p r o ce s s   rs - f MRI  d ata.   I m a g es  co n ta in in g   o b jects  an d   p a r ticip an ts   wh o   m o v e d   th eir   h ea d s   ex ce s s iv ely   wer d is q u alif ied .   9 3 , 6 5 0   f r am es  wer k ep t   f o r   tr ain in g   th H R C N R AE   m o d el  as  s h o wn   i n   T ab le   1   af ter   p r e - p r o ce s s in g .       T ab le  1 .   B u ild in g   d ata  u s in g   t h ADHD - 200  d ataset       NYU   O H S U   P e k i n g   N   i ma g e   K K I   To t a l   Tr a i n i n g   se t   ADHD   1 0 5   24   61   12   20   2 2 2   C o n t r o l   90   33   1 0 8   16   53   3 0 0   To t a l   1 9 5   57   1 6 9   28   73   5 2 2   Te st i n g   s e t   ADHD   29   6   24   5   3   67   C o n t r o l   12   28   27   14   8   89   To t a l   41   34   51   19   11   1 5 6       3 . 3 . 2 .   T ra ini ng   o f   mo dels   T h en co d er   f o r   th HR C NR AE   m o d el  is   m ad u p   o f   th r ee   C b lo ck s   w ith   co n v o lu tio n   k er n el  s izes   o f   3 ×3 × 3 ,   3 ×3 × 3 ,   an d   2 ×2 × 2 ,   an d   f ea tu r m ap p i n g s   s et  to   1 6 ,   3 2 ,   an d   9 6 .   T h s tr id f o r   all  co n v o lu tio n   lay er s   is   1 ×1 ×1 ,   h o wev er   t h e   p o o lin g   lay e r s   h av e   th s am p ad d i n g   b u k er n el   s izes  an d   s tr id es  o f   2 ×2 × 2 ,     3 ×3 ×3 ,   an d   2 ×2 × 2 .   I ts   s tr u ctu r is   m ir r o r ed   i n   th e   d ec o d er .   T h lear n in g   r ate   was  s et  at  0 . 0 0 1   a n d   d ec r ea s e d   ex p o n e n tially   at   0 . 9   d u r in g   t h 2 2 0   ep o c h s   o f   tr ain in g ,   wh ich   h a d   a   b atc h   s ize  o f   5 0 .   T o   im p r o v e   ev e r y   n etwo r k   co m p o n e n t,  a n   o v e r v iew  o f   th m o d el' s   co m p lex   d esig n   is   s h o wn   in   T ab le  2 .   T h Ad am   o p tim izer   was  em p lo y ed .   lear n in g   r at o f   0 . 0 0 0 0 1   an d   b atch   s ize  o f   8   wer u s ed   to   r e f in th c o n v o lu ti o n al  GM U.   T h f u lly   co n n ec ted   lay er   was  s u b jecte d   to   d r o p o u r ate  o f   0 . 5   an d   L 2   r e g u lar izatio n   ( 0 . 3 )   in   o r d e r   to   av o id   o v er f itti n g .       T ab le  2 .   T h n etwo r k ' s   s p ec if i cs   La y e r   t y p e   O u t p u t   s i z e   F i l t e r   si z e ,   st r i d e   I n p u t   l a y e r   6 2 × 7 0 × 6 2   - - - - - - - - - - - -   C P   B l o c k   1   1 6 ,   3 0 × 3 6 × 3 0   3 × 3 × 3   C o n v ,   s t r i d e   1   Ex t e r n a l   r e si d u a l   b l o c k   C P   B l o c k   2   1 6 ,   1 × 1 × 1   3 2 ,   1 0 × 1 2 × 1 0   1 × 1 × 1   C o n v ,   s t r i d e   1        2 × 2 × 2   C o n v ,   st r i d e   1   3 × 3 × 3   m a x   p o o l ,   st r i d e   3   I n t e r n a l   r e s i d u a l   b l o c k   C P   B l o c k   3   3 2 ,   1 × 1 × 1   9 6 ,   5 × 6 × 5   1 × 1 × 1   C o n v ,   s t r i d e   1   3 × 3 × 3   C o n v ,   s t r i d e   1   2 × 2 × 2   m a x   p o o l ,   st r i d e   2   UD  B l o c k   1   9 6 ,   1 0 × 1 2 × 1 0   2 × 2 × 2   D e C o n v ,   st r i d e   1   2 × 2 × 2   U n   P o o l ,   s t r i d e   2   I n t e r n a l   r e s i d u a l   b l o c k   U D   B l o c k   2   3 2 ,   1 × 1 × 1   3 2 ,   3 0 × 3 6 × 3 0   - - - - - - - - - - - -   3 × 3 × 3   D e C o n v ,   st r i d e   1   3 × 3 × 3   U n   P o o l ,   s t r i d e   3   Ex t e r n a l   r e si d u a l   b l o c k   U D   B l o c k   3   1 6 ,   1 × 1 × 1   1 6 ,   6 0 × 7 2 × 6 0   - - - - - - - - - - - - -   3 × 3 × 3   D e C o n v ,   st r i d e   1   2 × 2 × 2   U n   p o o l ,   s t r i d e   2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Mu lti - la ye r   co n vo lu tio n a a u t o en co d er fo r   r ec o g n iz in g   th r ee - d imen s io n a l     ( Za r in a   B eg u m )   3971   4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   W ev alu ated   th e   p r o p o s ed   m o d el' s   p er f o r m an c u s in g   th e   test   s et  d er iv ed   f r o m   th e   d ataset  ADHD - 200.   Sin ce   g e n er aliza tio n   ab il ity   is   ess en tial  wh en   u s in g   m a ch in lear n in g   to   d iag n o s d is o r d er s ,   t h m o d el' s   ef f icac y   was  ev alu ated   u s in g   class if icatio n   p er f o r m an ce   ac r o s s   s ev er al  s ite s .   T h n ex s ec tio n s   p r esen th f in d in g s   f r o m   v ar iety   o f   ex p er im en tal  test in g .     4 . 1 .     Vis ua liza t io n r esu lt s   T o   ev alu ate  th m o d el' s   p er f o r m an ce ,   f ea tu r m ap s   an d   c o n v o lu tio n   weig h ts   f r o m   C b l o ck s   wer ex am in ed .   Fig u r e   3   [ 2 6 ]   p r es en ts   1 6   n eu r al  weig h ts   f r o m   t h in itial  C b lo c k ,   i n itialized   u s in g   th e   Xav ier   m eth o d .   T h e   v ar iatio n   in   g r ay s ca le  s h ad es  h ig h lig h ts   h o th tr ain ed   weig h ts   ca p tu r r ic h er   an d   m o r d iv er s e   f ea tu r r ep r esen tatio n s .   Fig u r 4   em p h asizes  th ex tr ac tio n   o f   s p atial  in f o r m atio n an d   Fig u r 5 ,   w h ich   d em o n s tr ates n o tab le  v ar iatio n s   b etw ee n   p eo p le  with   ADHD   an d   th o s with   T D.           Fig u r 3 .   W eig h ts   ass ig n ed   to   th co n v o lu tio n   la y er   in   th f ir s t CP   b lo ck           Fig u r 4 .   T h m ap s   with   f ea t u r es th at  wer e   p r o d u ce d   u s in g   t h in itial C P b lo ck           Fig u r 5 .   T h f ir s t f ilter   was u s ed   to   cr ea te  d if f e r en tial   f ea tu r m ap s   f o r   t h th ir d   b lo ck   o f   C P       4 . 2 .     Cho o s ing   t he  re g ula riza t io n pa ra m et er s   T h co n v o lu tio n al  GM U' s   ac cu r ac y   u n d er   v ar i o u s   r eg u lar i za tio n   s ettin g s   is   d is p lay ed   in   Fig u r 6 ,   u n d er s co r i n g   th im p o r ta n in f lu en ce   th at  p ar am eter   c h o ice  h as  o n   class if icatio n   o u tco m es.  As  th r eg u lar izatio n   p ar am eter   r is es,  ac cu r ac y   in c r ea s es  an d   r ea c h es  to p   o f   0 . 3 .   B u wh en   t h p ar am eter   g o es   b ey o n d   0 . 3 ,   p er f o r m a n ce   s u f f er s ,   m o s lik ely   as  r esu lt  o f   o v er f itti n g .   Sm al ler   n u m b e r s ,   o n   th o th e r   h an d ,   r esu lt in   ex ce s s iv f ea tu r es,   r e d u n d a n cy   a n d   lo wer   p er f o r m a n ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 Au g u s t   20 25 3 9 6 5 - 3976   3972       Fig u r 6 .   T h p r ec is io n   ass o ciate d   with   d is tin ct   r eg u lar izatio n   s ettin g s       4 . 3 .     M o del a bla t io n   4 . 3 . 1 .   T he  re s idu a l b lo ck   T h HR C N R AE   m o d el  s h o ws  im p r o v ed   class if icatio n   p e r f o r m an ce   c o m p ar e d   to   th e   co n v o lu tio n al   d en o is in g   au to e n co d e r   ( C DAE ) ,   lar g ely   d u to   th in teg r atio n   o f   r esid u al  b lo c k .   T h is   r esid u al  b lo ck   en h an ce s   f ea tu r p r eser v atio n   ac r o s s   lay er s ,   allo win g   th m o d el  to   lear n   p atter n s   th at  ar m o r co m p lex   with o u lo s in g   im p o r tan in f o r m atio n .   As  s h o wn   in   Fig u r 7 ,   ev alu atio n   m etr ics  s u ch   as  th ar ea   u n d er   th e   cu r v ( AUC)  an d   r ec eiv er   o p er atin g   c h ar ac ter is tic  ( R OC )   clea r ly   d em o n s tr ate  th e f f ec tiv en ess   o f   th is   ar ch itec tu r al  im p r o v em e n t.           Fig u r 7 .   T h co n tr ast b etwe en   HR C N R AE   an d   C DAE       4 . 3 . 2 s et   o f   CP   un it s   W also   r an   two   o th e r   s ch em e s   u s in g   two   b lo ck s   a n d   o n e   b l o ck   f o r   co n tr ast  in   o r d er   to   g e th id ea l   n u m b er   o f   C b lo ck s .   T a b le  3   d is p lay s   th e   f in d in g s .   T h class if icatio n   ass ess m en in d ices'   ac cu r ac y ,   s en s itiv ity ,   s p ec if icity   an d   ar ex am p les  o f   m etr ics  u s ed   in   ev alu atio n .   T h p r o b ab ilit y   th at  th m o d el  wo u ld   ac cu r ately   ca teg o r ize  T an d   ADHD   is   k n o wn   as a cc u r ac y ,   an d   it is   d escr ib ed   as   ( 1 7 )     Ac cu r ac y   T P +   T N/T P+T N +FP+FN   ( 1 7 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Mu lti - la ye r   co n vo lu tio n a a u t o en co d er fo r   r ec o g n iz in g   th r ee - d imen s io n a l     ( Za r in a   B eg u m )   3973   T h lik elih o o d   o f   co r r ec tly   id e n tify in g   ADHD   is   r ep r esen ted   b y   s en s itiv ity ,   wh ich   c o u ld   b e   co m p u te d   as   ( 1 8 )     Sen s itiv ity   T P/TP+FN    ( 1 8 )     Sp ec if icity   is   m ea s u r o f   th e   m o d el' s   ab ilit y   to   ac cu r ately   i d en tify   T a n d   is   ca lcu lated   a s   ( 1 9 )     Sp ec if icity   T N/T N+ FP       ( 1 9 )     T h s tu d y   u s ed   T P,   T N,   FP ,   an d   FN  in d icato r s   to   ass ess   ADHD   ca teg o r izatio n   p e r f o r m an ce .   Usi n g   1 0 , 0 0 0   b o o ts tr ap p e d   s am p les,  ac cu r a cy ,   s en s itiv ity ,   an d   s p ec if icity   wer co m p u te d   with   9 0 co n f id en ce   in ter v als T ab le  3   illu s tr ates  h o ad d itio n al  C b lo ck s   i n cr ea s ed   ac c u r ac y ,   with   th r ee   b lo ck s   y ield in g   7 2 . 4 4 %   ac cu r ac y ,   7 0 . 2 2 % sen s itiv ity ,   an d   7 4 . 1 8 % sp ec if icity .   C o m p u tatio n al  co n s tr ain ts   p r ev en te d   test in g   o f   m o r b lo ck s .       T ab le  3 .   C o m p a r ativ an aly s is   o f   m an y   co n v o lu tio n s   p o o li n g   b lo ck s h n etwo r k ' s   s p ec if ics   S . N o   A c c u r a c y   S e n s i t i v i t y   S p e c i f i c i t y   1   6 9 . 3 9 %   7 1 . 1 4 %   7 0 . 8 8 %   2   7 2 . 2 4 %   7 0 . 4 2 %   7 2 . 1 2 %   3   7 2 . 4 4 %   7 0 . 2 2 %   7 4 . 1 8 %       W ith   its   r esid u al  co n n ec ti o n s   an d   h ier ar ch ical   s tr u ctu r e,   HR C N R AE   p r o v id es  f aster   co n v er g en ce ,   in cr ea s ed   s tab ilit y ,   an d   im p r o v e d   n o is e   s u p p r ess io n ,   m ak in g   it  p er f e ct  f o r   co m p licated   wo r k lo a d s .   T h s im p ler   an d   m o r ef f ec tiv C DAE ,   o n   th o th er   h an d ,   co u ld   h av tr o u b le  with   co m p le x   n o is p atter n s   an d   d ee p er   ar ch itectu r e .   Fig u r e   7   d e m o n s t r ates  th at  HR C NR AE   i s   m o r r esil ien th an   C DAE ,   with   h ig h er   AUC  o f   0 . 7 2   co m p ar ed   to   lo wer   AUC o f   0 . 6 7 .     4 . 4 .     Cho o s ing   t ec hn iqu es f o ex t ra ct ing   s pa t io t em po ra f ea t ures   4. 4 . 1 .   Co ntr a s t   bet wee c o nv o lutio na l LS T M   a nd   c o nv o lutio na l G M U   Usi n g   th s am d atasets ,   th ef f icac y   o f   co n v o lu tio n al   GM an d   co n v o lu tio n al  L STM   was   ev alu ated .   T ab le  4   d em o n s tr a tes  th at  co n v o lu tio n al  GM s u r p ass ed   co n v o lu tio n al  L STM   in   class if icatio n   ac cu r ac y   a n d   s p ec if icity ,   d esp ite  h av in g   a   m ar g in ally   lo wer   s en s itiv ity .   GM h ad   s u p er io r   o v er all  p er f o r m an ce   an d   s tab ilit y ,   p r esu m ab ly   as  r esu lt  o f   L STM 's  co m p lex ity   an d   lar g er   n u m b er   o f   v ar iab les,   wh ich   m ak tr ain in g   m o r ch allen g in g .   L S T attain ed   7 2 . 1 4 ac cu r ac y ,   7 2 . 2 4 s p ec if icity ,   an d   6 8 . 4 4 s en s itiv ity .       T ab le  4 .   C o n v o lu tio n al  L STM   v s .   c o n v o lu tio n al  GM co m p ar is o n   M e t h o d o l o g y   A c c u r a c y   S p e c i f i c i t y   S e n s i t i v i t y   C o n v o l u t i o n a l   LST M   6 8 . 4 4 %   7 2 . 1 4 %   7 2 . 2 4 %   C o n v o l u t i o n a l   G M U   7 2 . 4 4 %   7 5 . 2 6 %   7 0 . 1 5 %       4 . 4 . 2   G M a nd   c o nv o lutio na l G M c o m pa riso n   T h ef f ec tiv e n ess   o f   th e   c o n v o lu ti o n   o p er atio n   is   ass ess ed   b y   co m p ar in g   th e   ef f icien cy   o f   co n v o l u tio n al  GM with   s tan d ar d   GM in   o r d er   to   class if y   ADHD .   T h s am e   test in g   s et  is   u s ed   to   ev alu ate   b o th   m o d els,  an d   t h s am tr ai n in g   s et  is   u s ed   to   tr ain   t h em .   T ab le  5   s h o ws th ex p er im en t' s   r esu lts .       T ab le  5 .   C o m p a r is o n   o f   c o n v o lu tio n al  GM an d   c o n v o l u tio n al  GM U   M e t h o d o l o g y   A c c u r a c y   S e n s i t i v i t y   S p e c i f i c i t y   G M U   6 9 . 8 7 %   6 6 . 2 6 %   7 0 . 8 1 %   C o n v o l u t i o n a l   G M U   7 3 . 2 2 %   7 0 . 1 4 %   7 3 . 1 4 %       4 . 5 .   Co m pa riso n wit h o t her  m et ho ds   T h s u g g ested   alg o r ith m   f o r   class if y in g   ADHD   was  co n tr asted   with   f iv cu ttin g - e d g t ec h n iq u es:  C DAE - Ad aDT   [ 2 3 ] ,   MK L   [ 2 7 ] ,   MD S - SVM   [ 2 8 ] ,   3 D - C NN   [ 1 9 ] ,   a n d   4 D - C NN   [ 2 2 ] .   I n   a cc u r ac y ,   s p ec if icity ,   an d   s en s itiv ity ,   it  o u tp er f o r m e d   MD S - SVM,   3 D - C N N,   MK L ,   an d   4 D - C NN,   as  s ee n   in   T ab le  6 .   Ho wev er ,   in   s p ec if icity ,   it  p er f o r m e d   s o m ewh at  wo r s th an   C DAE - Ad aDT ,   m o s lik ely   as  r esu lt  o f   v ar iatio n s   in   g en er aliza tio n   ac r o s s   d if f er en t   s ites .   Fig u r 8   s h o ws a  g r ap h ic  co m p ar is o n   o f   th ese  f i n d in g s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 Au g u s t   20 25 3 9 6 5 - 3976   3974   T ab le  6 .   R esu lts   o f   class if icati o n   o n   th ADHD - 2 0 0   d ataset  u s in g   d if f er en t m eth o d s   M e t h o d   4D - C N N   M D S - S V M   3D - C N N   C D A E   M K L   O u r   me t h o d   A c c u r a c y   6 1 . 5 4 %   6 2 . 8 1 %   6 9 . 1 5 %   7 1 . 3 0 %   7 2 . 6 4 %   7 4 . 2 4 %   S p e c i f i c i t y   7 1 . 2 1 %   6 8 . 1 2 %   ---   5 8 . 2 4 %   7 0 . 2 8 %   7 8 . 2 6 %   S e n s i t i v i t y   4 1 . 3 3 %   2 7 . 2 7 %   ---   7 1 . 1 0 %   6 9 . 2 4 %   7 1 . 1 5 %           Fig u r 8 .   C o m p a r in g   t h r esu l ts   o f   v ar io u s   m et h o d s       4.   CO NCLU SI O   T h f o u r - d im en s io n al   d ata   r ec o r d ed   u s in g   f u n ctio n al   m ag n etic  r eso n an ce   im ag i n g   i n   th r e s tin g   s tate  (rs - f MRI)   in co r p o r ates  o n e - d im en s io n al  tem p o r al  in f o r m a tio n   alo n g s id th r ee - d im e n s io n al  s p atial  d etails.   T r ad itio n al  m eth o d s   o f ten   r e d u ce   th is   4 d ata  to   2 o r   3 f o r m ats  f o r   ca teg o r izatio n ,   i m ay   ca u s a   s u b s tan tial  lo s s   o f   i n f o r m atio n .   W p r o v id e   a   n o v el  class if icatio n   m eth o d   to   a d d r ess   t h is   p r o b lem .   T h at   u tili ze s   H R C N R AE   an d   co n v o lu tio n al  GM U,   ef f ec tiv ely   p r eser v in g   th c o m p r e h en s iv 4 s tr u ctu r o f   rs - f MRI  im ag es.  T h r o u g h   th u tili za tio n   o f   th tem p o r al   an d   s p atial  d y n am ics   p r esen in   th d ata,   o u r   ap p r o ac h   im p r o v es  th m o d el' s   ca p ac ity   to   p r ec is ely   d etec ADHD .   T h r esu lts   o f   th ex p er im en ts   s h o th at  th s u g g ested   m eth o d   f u n ctio n s   well  in   cr o s s - s ite  class if icatio n   task s ,   g r ea tly   in cr ea s in g   th class if icatio n   ac cu r ac y   o f   AD HD.   W h ile  th is   s tu d y   f o cu s es  o n   ADHD ,   f u tu r r esear ch   will  aim   to   b r o a d en   th ap p licatio n   o f   th is   m eth o d o lo g y   to   o t h e r   n eu r o d e v elo p m e n tal  d is o r d er s ,   th er eb y   en h an cin g   its   g en er aliza b ilit y   an d   p o ten tial im p ac t w ith in   th f ie ld .       ACK NO WL E DG E M E NT   Ou r   r esear ch   en d ea v o r s   wer g r ea tly   aid ed   b y   th r eso u r c es  an d   in v alu ab le  s u p p o r p r o v id ed   b y   VI T - AP U n iv er s ity ,   f o r   wh ich   we  ar g r atef u l.       F UNDING   I NF O R M A T I O N   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Z ar in B eg u m                               Kar ee m u lla  Sh aik                                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.