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Enregistrement W3157651102 · doi:10.3389/fnagi.2021.635945

Comparing Pre-trained and Feature-Based Models for Prediction of Alzheimer's Disease Based on Speech

2021· article· en· W3157651102 sur OpenAlexaff
Aparna Balagopalan, Benjamin Eyre, Jessica Robin, Frank Rudzicz, Jekaterina Novikova

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Aging Neuroscience · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueSpeech Recognition and Synthesis
Établissements canadiensVector InstituteUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligenceTransfer of learningSpeech recognitionNatural language processingEncoderSet (abstract data type)Feature (linguistics)Speech processingMachine learning

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Introduction: Research related to the automatic detection of Alzheimer's disease (AD) is important, given the high prevalence of AD and the high cost of traditional diagnostic methods. Since AD significantly affects the content and acoustics of spontaneous speech, natural language processing, and machine learning provide promising techniques for reliably detecting AD. There has been a recent proliferation of classification models for AD, but these vary in the datasets used, model types and training and testing paradigms. In this study, we compare and contrast the performance of two common approaches for automatic AD detection from speech on the same, well-matched dataset, to determine the advantages of using domain knowledge vs. pre-trained transfer models. Methods: Audio recordings and corresponding manually-transcribed speech transcripts of a picture description task administered to 156 demographically matched older adults, 78 with Alzheimer's Disease (AD) and 78 cognitively intact (healthy) were classified using machine learning and natural language processing as “AD” or “non-AD.” The audio was acoustically-enhanced, and post-processed to improve quality of the speech recording as well control for variation caused by recording conditions. Two approaches were used for classification of these speech samples: (1) using domain knowledge: extracting an extensive set of clinically relevant linguistic and acoustic features derived from speech and transcripts based on prior literature, and (2) using transfer-learning and leveraging large pre-trained machine learning models: using transcript-representations that are automatically derived from state-of-the-art pre-trained language models, by fine-tuning Bidirectional Encoder Representations from Transformer (BERT)-based sequence classification models. Results: We compared the utility of speech transcript representations obtained from recent natural language processing models (i.e., BERT) to more clinically-interpretable language feature-based methods. Both the feature-based approaches and fine-tuned BERT models significantly outperformed the baseline linguistic model using a small set of linguistic features, demonstrating the importance of extensive linguistic information for detecting cognitive impairments relating to AD. We observed that fine-tuned BERT models numerically outperformed feature-based approaches on the AD detection task, but the difference was not statistically significant. Our main contribution is the observation that when tested on the same, demographically balanced dataset and tested on independent, unseen data, both domain knowledge and pretrained linguistic models have good predictive performance for detecting AD based on speech. It is notable that linguistic information alone is capable of achieving comparable, and even numerically better, performance than models including both acoustic and linguistic features here. We also try to shed light on the inner workings of the more black-box natural language processing model by performing an interpretability analysis, and find that attention weights reveal interesting patterns such as higher attribution to more important information content units in the picture description task, as well as pauses and filler words. Conclusion: This approach supports the value of well-performing machine learning and linguistically-focussed processing techniques to detect AD from speech and highlights the need to compare model performance on carefully balanced datasets, using consistent same training parameters and independent test datasets in order to determine the best performing predictive model.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,007
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,025

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,007
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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.

Tête enseignante Opus0,043
Tête enseignante GPT0,256
Écart entre enseignants0,213 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations92
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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