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Enregistrement W4388446898 · doi:10.1001/jamanetworkopen.2023.42203

Algorithmic Fairness of Machine Learning Models for Alzheimer Disease Progression

2023· article· en· W4388446898 sur OpenAlexfundaboutno aff
Chenxi Yuan, Kristin A. Linn, Rebecca A. Hubbard

Notice bibliographique

RevueJAMA Network Open · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueDementia and Cognitive Impairment Research
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNational Institute on AgingCanadian Institutes of Health Research
Mots-clésLogistic regressionMachine learningNeuropsychologyOddsArtificial intelligenceNeuroimagingSupport vector machineCohortOdds ratioMedicineNeuropsychological testingDiseasePsychologyGerontologyComputer scienceCognitionInternal medicinePsychiatry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Importance: Predictive models using machine learning techniques have potential to improve early detection and management of Alzheimer disease (AD). However, these models potentially have biases and may perpetuate or exacerbate existing disparities. Objective: To characterize the algorithmic fairness of longitudinal prediction models for AD progression. Design, Setting, and Participants: This prognostic study investigated the algorithmic fairness of logistic regression, support vector machines, and recurrent neural networks for predicting progression to mild cognitive impairment (MCI) and AD using data from participants in the Alzheimer Disease Neuroimaging Initiative evaluated at 57 sites in the US and Canada. Participants aged 54 to 91 years who contributed data on at least 2 visits between September 2005 and May 2017 were included. Data were analyzed in October 2022. Exposures: Fairness was quantified across sex, ethnicity, and race groups. Neuropsychological test scores, anatomical features from T1 magnetic resonance imaging, measures extracted from positron emission tomography, and cerebrospinal fluid biomarkers were included as predictors. Main Outcomes and Measures: Outcome measures quantified fairness of prediction models (logistic regression [LR], support vector machine [SVM], and recurrent neural network [RNN] models), including equal opportunity, equalized odds, and demographic parity. Specifically, if the model exhibited equal sensitivity for all groups, it aligned with the principle of equal opportunity, indicating fairness in predictive performance. Results: A total of 1730 participants in the cohort (mean [SD] age, 73.81 [6.92] years; 776 females [44.9%]; 69 Hispanic [4.0%] and 1661 non-Hispanic [96.0%]; 29 Asian [1.7%], 77 Black [4.5%], 1599 White [92.4%], and 25 other race [1.4%]) were included. Sensitivity for predicting progression to MCI and AD was lower for Hispanic participants compared with non-Hispanic participants; the difference (SD) in true positive rate ranged from 20.9% (5.5%) for the RNN model to 27.8% (9.8%) for the SVM model in MCI and 24.1% (5.4%) for the RNN model to 48.2% (17.3%) for the LR model in AD. Sensitivity was similarly lower for Black and Asian participants compared with non-Hispanic White participants; for example, the difference (SD) in AD true positive rate was 14.5% (51.6%) in the LR model, 12.3% (35.1%) in the SVM model, and 28.4% (16.8%) in the RNN model for Black vs White participants, and the difference (SD) in MCI true positive rate was 25.6% (13.1%) in the LR model, 24.3% (13.1%) in the SVM model, and 6.8% (18.7%) in the RNN model for Asian vs White participants. Models generally satisfied metrics of fairness with respect to sex, with no significant differences by group, except for cognitively normal (CN)-MCI and MCI-AD transitions (eg, an absolute increase [SD] in the true positive rate of CN-MCI transitions of 10.3% [27.8%] for the LR model). Conclusions and Relevance: In this study, models were accurate in aggregate but failed to satisfy fairness metrics. These findings suggest that fairness should be considered in the development and use of machine learning models for AD progression.

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 enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,735
Score d'incertitude au seuil0,400

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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.

Tête enseignante Opus0,072
Tête enseignante GPT0,383
Écart entre enseignants0,311 · 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 tête enseignante, 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

Citations42
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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