Development and accuracy of a novel machine learning model to detect toddlers’ physical activity and sedentary time using accelerometers: Little Movers Activity Analysis
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Objective: (1) develop and test a novel, open-source, supervised machine learning model to detect toddlers’ physical activity (PA) and sedentary time (SED); (2) compare this novel machine learning model to existing cut-point methods to analyse toddlers’ PA (independent sample cross-validation of existing methods). Methods: We recruited 111 healthy toddlers to attend two semi-structured lab visits while wearing an ActiGraph wGT3X-BT accelerometer. Sessions were video recorded and manually annotated using a modified Children’s Activity Rating Scale to determine a ground truth of toddler activity. We extracted 40 time and frequency domain features from the raw accelerations (across 6 different epochs ranging from 1-60s) and trained 4 gradient boosted tree machine learning models. Models were assessed using accuracy, F1 scores, and confusion matrices. For the validation of existing methods, we calculated accuracy, F1, and mean absolute differences (MAD) in total PA (TPA) and moderate-to-vigorous PA (MVPA) estimation. Results: The 5s epoch performed best with the recommended models classifying non-volitional movement (NVM)/SED/TPA and NVM/SED/light PA (LPA)/MVPA reaching an 82% and 74% accuracy with MAD of 3.0 and 3.2min/hour, respectively. Independent sample cross-validation found accuracies from 33-73% and MAD ranging from 7.6-18.6min/hour in TPA and 10.7-25.8min/hour in MVPA. Conclusions: We recommend the NVM/SED/TPA or NVM/SED/LPA/MVPA models given alignment with toddler TPA guidelines and MVPA link to health outcomes, respectively. We additionally present an open-access, user-friendly interface for using these models that does not require coding knowledge. This study presents a substantial step forward toward comprehensive and accessible measurement of toddlers’ physical activity. Summary Box What is already known on this topic - Current methods used to assess toddlers’ physical activity (PA) and sedentary time (SED) face challenges with low accuracies and inabilities to detect non-volitional movement (NVM, e.g., being carried). Machine learning methods are promising but existing methods have been validated using small samples and the algorithms are not openly available. What this study adds – Open-source machine learning models to detect toddlers’ PA, SED, and NVM that outperform existing available cut-point methods, including an easy-to-use interface to apply these models to raw accelerometer data. How this study might affect research, practice or policy – We provide an easy-to-use, open access tool for researchers, clinicians, and beyond to use machine learning to more accurately detect toddlers’ volitional PA and SED. This will allow for more accurate quantifications of PA that can be linked to health outcomes and inform toddler PA guidelines.
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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 | 0,004 |
| 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 | 0,001 |
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.
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 ».