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Enregistrement W4390905267 · doi:10.1109/tase.2024.3350894

A Novel Hybrid Ordinal Learning Model With Health Care Application

2024· article· en· W4390905267 sur OpenAlexfundno aff
Lujia Wang, Hairong Wang, Yi Su, Fleming Lure, Jing Li

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Automation Science and Engineering · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineHealth Professions
ThématiqueArtificial Intelligence in Healthcare
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNational Institutes of HealthH. Lundbeck A/SServierEisaiGenentechIXICOBanner Alzheimer’s FoundationNorthern California Institute for Research and EducationUniversity of Southern CaliforniaBiogenBioClinicaMeso Scale DiagnosticsU.S. Department of DefenseAlzheimer's Disease Neuroimaging InitiativeNovartis Pharmaceuticals CorporationPfizerEli Lilly and CompanyBristol-Myers SquibbNational Institute on AgingAlzheimer's AssociationCanadian Institutes of Health ResearchNational Science Foundation
Mots-clésComputer scienceHOLArtificial intelligenceMachine learningOrdinal regressionSet (abstract data type)Interval (graph theory)Focus (optics)Data miningMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Ordinal learning (OL) is a type of machine learning models with broad utility in health care applications such as diagnosis of different grades of a disease (e.g., mild, modest, severe) and prediction of the speed of disease progression (e.g., very fast, fast, moderate, slow). This paper aims to tackle a situation when precisely labeled samples are limited in the training set due to cost or availability constraints, whereas there could be an abundance of samples with imprecise labels. We focus on imprecise labels that are intervals, i.e., one can know that the a sample belongs to an interval of labels but cannot know which unique label it has. This situation is quite common in health care datasets due to limitations of the diagnostic instrument, sparse clinical visits, or/and patient dropout. Limited research has been done to develop OL models with imprecise/interval labels. We propose a new Hybrid Ordinal Learner (HOL) to integrate samples with both precise and interval labels to train a robust OL model. We also develop a tractable and efficient optimization algorithm to solve the HOL formulation. We compare HOL with several recently developed OL methods on four benchmarking datasets, which demonstrate the superior performance of HOL. Finally, we apply HOL to a real-world dataset for predicting the speed of progressing to Alzheimer’s Disease (AD) for individuals with Mild Cognitive Impairment (MCI) based on a combination of multi-modality neuroimaging and demographic/clinical datasets. HOL achieves high accuracy in the prediction and outperforms existing methods. The capability of accurately predicting the speed of progression to AD for each individual with MCI has the potential for helping facilitate more individually-optimized interventional strategies.Note to Practitioners—Machine learning (ML) algorithms have been widely adopted to support disease diagnosis and prognosis. In some situations, the outcome variable of interest is on an ordinal scale, i.e., it includes several classes with a natural order. For example, the variable of interest can be the grade of a disease as mild, moderate, or severe; or it can be the progression speed of a disease as very fast, fast, moderate, or slow. Ordinal learning (OL) is the type of ML algorithms for ordinal variable prediction. Most existing OL algorithms can only include samples with precise labels in training. However, it is common to have samples with imprecise/interval labels, i.e., we know that a sample belongs to a range of classes/labels but do not know which specific class/label it belongs to. This situation can happen due to a variety of different reasons such as use of less accurate diagnostic instrument under cost or availability constraints, sparse clinical assessment, and patient dropout. We propose a Hybrid Ordinal Learner (HOL) to integrate samples with both precise and interval labels to train a robust OL model. HOL is evaluated using four public benchmarking datasets and shows superior performance compared to existing methods. Also, we apply HOL to a real-world dataset for predicting the speed of progressing to Alzheimer’s Disease (AD) for individuals with Mild Cognitive Impairment (MCI). MCI is the prodromal stage of AD. Individuals with MCI show noticeable signs of memory loss and cognitive declines, but these symptoms are not severe enough to interfere their independent living. HOL achieves high accuracy in predicting the speed of progressing to AD for each MCI subject (e.g., the speed of ‘very fast’‘, fast’‘, moderate’, or ‘slow), which could potentially help facilitate the development of more individually-optimized interventional strategies.

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)0,003
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,016

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,007
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0020,003
Science ouverte0,0030,002
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0050,001

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 Opus0,054
Tête enseignante GPT0,395
Écart entre enseignants0,342 · 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

Citations7
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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