Development and Validation of a Machine Learning Method Using Vocal Biomarkers for Identifying Frailty in Community-Dwelling Older Adults: Cross-Sectional Study
Notice bibliographique
Résumé
Background: The two most commonly used methods to identify frailty are the frailty phenotype and the frailty index. However, both methods have limitations in clinical application. In addition, methods for measuring frailty have not yet been standardized. Objective: We aimed to develop and validate a classification model for predicting frailty status using vocal biomarkers in community-dwelling older adults, based on voice recordings obtained from the picture description task (PDT). Methods: We recruited 127 participants aged 50 years and older and collected clinical information through a short form of the Comprehensive Geriatric Assessment scale. Voice recordings were collected with a tablet device during the Korean version of the PDT, and we preprocessed audio data to remove background noise before feature extraction. Three artificial intelligence (AI) models were developed for identifying frailty status: SpeechAI (using speech data only), DemoAI (using demographic data only), and DemoSpeechAI (combining both data types). Results: Our models were trained and evaluated on the basis of 5-fold cross-validation for 127 participants and compared. The SpeechAI model, using deep learning-based acoustic features, outperformed in terms of accuracy and area under the receiver operating characteristic curve (AUC), 80.4% (95% CI 76.89%-83.91%) and 0.89 (95% CI 0.86-0.92), respectively, while the model using only demographics showed an accuracy of 67.96% (95% CI 67.63%-68.29%) and an AUC of 0.74 (95% CI 0.73-0.75). The SpeechAI model outperformed the model using only demographics significantly in AUC (t4=8.705 [2-sided]; P<.001). The DemoSpeechAI model, which combined demographics with deep learning-based acoustic features, showed superior performance (accuracy 85.6%, 95% CI 80.03%-91.17% and AUC 0.93, 95% CI 0.89-0.97), but there was no significant difference in AUC between the SpeechAI and DemoSpeechAI models (t4=1.057 [2-sided]; P=.35). Compared with models using traditional acoustic features from the openSMILE toolkit, the SpeechAI model demonstrated superior performance (AUC 0.89) over traditional methods (logistic regression: AUC 0.62; decision tree: AUC 0.57; random forest: AUC 0.66). Conclusions: Our findings demonstrate that vocal biomarkers derived from deep learning-based acoustic features can be effectively used to predict frailty status in community-dwelling older adults. The SpeechAI model showed promising accuracy and AUC, outperforming models based solely on demographic data or traditional acoustic features. Furthermore, while the combined DemoSpeechAI model showed slightly improved performance over the SpeechAI model, the difference was not statistically significant. These results suggest that speech-based AI models offer a noninvasive, scalable method for frailty detection, potentially streamlining assessments in clinical and community settings.
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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 | 0,021 | 0,022 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».