残差间隙感知Transformer：利用ADNI临床与生物标志物历史预测24个月阿尔茨海默病进展
预测阿尔茨海默病（AD）的中期进展极具挑战性：未来临床评分可能仍与基线严重程度挂钩，而生物标志物历史数据往往采样不规则且存在缺失。针对这一问题，来自上海交通大学等机构的研究团队提出了一种残差间隙感知Transformer模型，基于阿尔茨海默病神经影像学倡议（ADNI）的协调数据，预测24个月后的临床痴呆评定量表总和（CDR-SB）变化。相关论文发表于arXiv（编号2605.16319）。
方法概述
研究采用锚点分析框架：以轻度认知障碍（MCI）就诊为锚点，仅使用该锚点之前或当次的临床与生物标志物历史数据，将未来18–30个月窗口内最接近24个月的CDR-SB值与锚点值之差作为预测目标。分析队列包含来自858名参与者的2,600个带标签锚点，对应7,276条纵向记录。
模型架构创新性地结合了混合效应统计参考与基于Transformer的残差学习。混合效应部分通过参与者级别的随机截距捕捉个体基线差异；Transformer部分则利用观测级别的三元组令牌化处理不规则历史数据，并在自注意力机制中引入可学习的非负时间间隙惩罚，以显式建模时间间隔对预测的影响。
性能表现
在重复的参与者级别训练-测试划分下（5个随机种子），该模型在所有报告指标上均取得最佳平均测试性能。与经贝叶斯信息准则（BIC）筛选的线性混合效应基线相比，均方误差（MSE）降低13.1%，预测与观测的相关性提高26.4%。同时，模型在平均误差和相关性上全面优于GRU-D和STraTS两种主流时序预测方法。
行业启示
这项研究为AD的中期进展预测提供了新思路。传统方法常受限于基线数据的静态性以及不规则采样的处理难题。该工作通过“统计锚定+间隙感知残差学习”的混合架构，显著提升了预测精度，有望为临床试验筛选、个性化治疗规划提供更可靠的决策支持。未来，若能在更大规模、多中心数据上验证，并探索与生物标志物动态建模的深度融合，该范式或将成为AD进展预测的重要基准。