Neuro-Oracle:軌跡(トラジェクトリ)を考慮した説明可能なエージェント型RAGによるてんかん手術予後予測

arXiv cs.LG / 2026/4/17

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要点

  • 本論文は、薬剤抵抗性てんかんの術後発作転帰予測を、単一の術前スキャンではなく縦断的MRI変化を用いて改善するための、3段階のエージェント型RAGフレームワーク「Neuro-Oracle」を提案しています。
  • Neuro-Oracleはまず、3Dサイアミーズコントラスト学習エンコーダで術前から術後までのMRI差分を512次元のコンパクトな軌跡ベクトルに蒸留し、その後最近傍探索で集団アーカイブから類似する過去の外科的軌跡を検索します。
  • 続いて、検索された根拠に基づいて量子化されたLlama-3-8B推論エージェントが自然言語の予後を生成し、単なるスコア予測ではなく説明可能性を目指します。
  • EPISURGデータセット(N=268の縦断的に対応する症例)で5-fold層化交差検証を行った結果、軌跡ベース手法はAUC 0.834〜0.905を達成し、単時点ResNet-50ベースライン(AUC 0.793)を上回りました。
  • 言語を用いるNeuro-Oracleエージェントは識別的な軌跡分類器と同等のAUC(0.867)を示し、著者の監査プロトコルでは幻覚が観測されなかった一方、代理ラベル運用や表現が切除腔の解剖学的特徴(部位など)に学習し得る点から、さらなる検証の必要性も指摘しています。

Abstract

薬剤抵抗性てんかんにおける術後発作転帰の予測は、臨床上の課題である。従来の深層学習アプローチは、縦断的な形態変化を欠落させたまま、術前の静的な単一時点スキャンを用いて動作する。われわれは、3段階からなる枠組み Neuro-Oracle を提案する。すなわち、(i) 3D Siameses 対比エンコーダにより、術前から術後へのMRI変化を、コンパクトな512次元の軌跡ベクトルへと蒸留する;(ii) 人口アーカイブから最近傍探索によって、過去に類似した外科手術の軌跡を検索する;(iii) 量子化された Llama-3-8B 推論エージェントを用いて、検索されたエビデンスに基づく自然言語の予後を合成する。評価は、公開されている EPISURG データセット(N{=}268 の縦断的に対応付けられた症例)を用い、5-fold の層化交差検証で実施する。真の発作寛解スコアは利用できないため、切除タイプに基づく臨床的な代理ラベルを用いる。われわれは、ネットワーク表現が、真の予後形態計測というよりも、切除空洞の解剖学的特徴(すなわち側頭部か非側頭部か)を学習してしまう可能性があることを認めている。したがって本評価は、現時点では主に、軌跡を考慮した検索アーキテクチャの概念実証として機能する。軌跡ベースの分類器は、単一時点 ResNet-50 のベースライン(0.793)と比較して、AUC が 0.834 から 0.905 の範囲で得られる。Neuro-Oracle エージェント(M5)は、純粋に識別的な軌跡分類器の AUC(0.867)に匹敵し、監査プロトコルにおいて観測された幻覚がゼロである状態で、構造化された根拠を生成する。軌跡空間における Siameses Diversity Ensemble(M6)の分類器は、言語モデルのオーバーヘッドなしで AUC=0.905 を達成する。