Supplementary Material for: Harnessing Speech-Derived Digital Biomarkers to Detect and Quantify Cognitive Decline Severity in Older Adults
Notice bibliographique
Résumé
Introduction: Current cognitive assessments suffer from floor/ceiling and practice effects, poor psychometric performance in mild cases, and repeated assessment effects. This study explores the use of digital speech analysis as an alternative tool for determining cognitive impairment. The study specifically focuses on identifying the digital speech biomarkers associated with cognitive impairment and its severity. Methods: We recruited older adults with varying cognitive health. Their speech data, recorded via a wearable-microphone during the reading aloud of a standard passage, were processed to derive digital biomarkers such as timing, pitch, and loudness. Cohen's D effect size highlighted group differences, and correlations were drawn to the Montreal Cognitive Assessment (MoCA). A stepwise approach using a Random Forest model was implemented to distinguish cognitive states using speech data and predict MoCA scores based on highly correlated features. Results: The study comprised 59 participants, with 36 demonstrating cognitive impairment and 23 serving as cognitively intact controls. Among all assessed parameters, similarity, as determined by Dynamic Time Warping (DTW), exhibited the most substantial positive correlation (rho=0.529, p<0.001), while timing parameters, specifically the ratio of extra words, revealed the strongest negative correlation (rho=-0.441, p<0.001) with MoCA scores. Optimal discriminative performance was achieved with a combination of four speech parameters: total pause time, speech to pause ratio, similarity via DTW, and ratio of extra words. Precision and balanced accuracy scores were found to be 84.3 ± 1.5% and 75.0 ± 1.4%, respectively. Discussion: Our research proposes that reading-derived speech data facilitates the differentiation between cognitively impaired individuals and cognitively intact, age-matched older adults. Specifically, parameters based on timing and similarity within speech data provide an effective gauge of cognitive impairment severity. These results suggest speech analysis as a viable digital biomarker for early detection and monitoring of cognitive impairment, offering novel approaches in dementia care.
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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 | 0,002 | 0,018 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,666 | 0,242 |
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 ».