Learning From Others Without Sacrificing Privacy: Simulation Comparing Centralized and Federated Machine Learning on Mobile Health Data
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: The use of wearables facilitates data collection at a previously unobtainable scale, enabling the construction of complex predictive models with the potential to improve health. However, the highly personal nature of these data requires strong privacy protection against data breaches and the use of data in a way that users do not intend. One method to protect user privacy while taking advantage of sharing data across users is federated learning, a technique that allows a machine learning model to be trained using data from all users while only storing a user's data on that user's device. By keeping data on users' devices, federated learning protects users' private data from data leaks and breaches on the researcher's central server and provides users with more control over how and when their data are used. However, there are few rigorous studies on the effectiveness of federated learning in the mobile health (mHealth) domain. OBJECTIVE: We review federated learning and assess whether it can be useful in the mHealth field, especially for addressing common mHealth challenges such as privacy concerns and user heterogeneity. The aims of this study are to describe federated learning in an mHealth context, apply a simulation of federated learning to an mHealth data set, and compare the performance of federated learning with the performance of other predictive models. METHODS: We applied a simulation of federated learning to predict the affective state of 15 subjects using physiological and motion data collected from a chest-worn device for approximately 36 minutes. We compared the results from this federated model with those from a centralized or server model and with the results from training individual models for each subject. RESULTS: In a 3-class classification problem using physiological and motion data to predict whether the subject was undertaking a neutral, amusing, or stressful task, the federated model achieved 92.8% accuracy on average, the server model achieved 93.2% accuracy on average, and the individual model achieved 90.2% accuracy on average. CONCLUSIONS: Our findings support the potential for using federated learning in mHealth. The results showed that the federated model performed better than a model trained separately on each individual and nearly as well as the server model. As federated learning offers more privacy than a server model, it may be a valuable option for designing sensitive data collection methods.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,003 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».