An Urban Population Health Observatory for Disease Causal Pathway Analysis and Decision Support: Underlying Explainable Artificial Intelligence Model
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Many researchers have aimed to develop chronic health surveillance systems to assist in public health decision-making. Several digital health solutions created lack the ability to explain their decisions and actions to human users. OBJECTIVE: This study sought to (1) expand our existing Urban Population Health Observatory (UPHO) system by incorporating a semantics layer; (2) cohesively employ machine learning and semantic/logical inference to provide measurable evidence and detect pathways leading to undesirable health outcomes; (3) provide clinical use case scenarios and design case studies to identify socioenvironmental determinants of health associated with the prevalence of obesity, and (4) design a dashboard that demonstrates the use of UPHO in the context of obesity surveillance using the provided scenarios. METHODS: The system design includes a knowledge graph generation component that provides contextual knowledge from relevant domains of interest. This system leverages semantics using concepts, properties, and axioms from existing ontologies. In addition, we used the publicly available US Centers for Disease Control and Prevention 500 Cities data set to perform multivariate analysis. A cohesive approach that employs machine learning and semantic/logical inference reveals pathways leading to diseases. RESULTS: In this study, we present 2 clinical case scenarios and a proof-of-concept prototype design of a dashboard that provides warnings, recommendations, and explanations and demonstrates the use of UPHO in the context of obesity surveillance, treatment, and prevention. While exploring the case scenarios using a support vector regression machine learning model, we found that poverty, lack of physical activity, education, and unemployment were the most important predictive variables that contribute to obesity in Memphis, TN. CONCLUSIONS: The application of UPHO could help reduce health disparities and improve urban population health. The expanded UPHO feature incorporates an additional level of interpretable knowledge to enhance physicians, researchers, and health officials' informed decision-making at both patient and community levels. INTERNATIONAL REGISTERED REPORT IDENTIFIER (IRRID): RR2-10.2196/28269.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,004 | 0,015 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,003 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,001 |
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.
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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».