A Stable and Scalable Digital Composite Neurocognitive Test for Early Dementia Screening Based on Machine Learning: Model Development and Validation Study
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Dementia has become a major public health concern due to its heavy disease burden. Mild cognitive impairment (MCI) is a transitional stage between healthy aging and dementia. Early identification of MCI is an essential step in dementia prevention. OBJECTIVE: Based on machine learning (ML) methods, this study aimed to develop and validate a stable and scalable panel of cognitive tests for the early detection of MCI and dementia based on the Chinese Neuropsychological Consensus Battery (CNCB) in the Chinese Neuropsychological Normative Project (CN-NORM) cohort. METHODS: CN-NORM was a nationwide, multicenter study conducted in China with 871 participants, including an MCI group (n=327, 37.5%), a dementia group (n=186, 21.4%), and a cognitively normal (CN) group (n=358, 41.1%). We used the following 4 algorithms to select candidate variables: the F-score according to the SelectKBest method, the area under the curve (AUC) from logistic regression (LR), P values from the logit method, and backward stepwise elimination. Different models were constructed after considering the administration duration and complexity of combinations of various tests. Receiver operating characteristic curve and AUC metrics were used to evaluate the discriminative ability of the models via stratified sampling cross-validation and LR and support vector classification (SVC) algorithms. This model was further validated in the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative phase 3 (ADNI-3) cohort (N=743), which included 416 (56%) CN subjects, 237 (31.9%) patients with MCI, and 90 (12.1%) patients with dementia. RESULTS: Except for social cognition, all other domains in the CNCB differed between the MCI and CN groups (P<.008). In feature selection results regarding discrimination between the MCI and CN groups, the Hopkins Verbal Learning Test-5 minutes Recall had the best performance, with the highest mean AUC of up to 0.80 (SD 0.02) and an F-score of up to 258.70. The scalability of model 5 (Hopkins Verbal Learning Test-5 minutes Recall and Trail Making Test-B) was the lowest. Model 5 achieved a higher level of discrimination than the Hong Kong Brief Cognitive test score in distinguishing between the MCI and CN groups (P<.05). Model 5 also provided the highest sensitivity of up to 0.82 (range 0.72-0.92) and 0.83 (range 0.75-0.91) according to LR and SVC, respectively. This model yielded a similar robust discriminative performance in the ADNI-3 cohort regarding differentiation between the MCI and CN groups, with a mean AUC of up to 0.81 (SD 0) according to both LR and SVC algorithms. CONCLUSIONS: We developed a stable and scalable composite neurocognitive test based on ML that could differentiate not only between patients with MCI and controls but also between patients with different stages of cognitive impairment. This composite neurocognitive test is a feasible and practical digital biomarker that can potentially be used in large-scale cognitive screening and intervention studies.
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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 | 0,017 | 0,018 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 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 ».