Deep Learning Approaches for Classifying Children With and Without Autism Spectrum Disorder Using Inertial Measurement Unit Hand Tracking Data: Comparative Study
Notice bibliographique
Résumé
Background: Autism spectrum disorder (ASD) is a prevalent neurodevelopmental condition that can be quite difficult to diagnose due to a lack of objective diagnostic methods in the currently used behavioral assessments. Recent work has shown that children with ASD have a higher incidence of motor control differences. A compilation of studies indicates that between 50% and 88% of the children with ASD have issues with movement control based on standardized motor assessments or parent-reported questionnaires. Objective: In this study, we assess a variety of deep learning approaches for the classification of ASD, utilizing data collected via inertial measurement unit (IMU) hand tracking during goal-directed arm movements. Methods: IMU hand tracking data were recorded from 41 school-aged children both with and without an ASD diagnosis to track their arm movements during a reach-to-clean up task. The IMU data were then preprocessed using a moving average and z score normalization to prepare the data for deep learning models. We evaluated the effectiveness of different deep learning models using the preprocessed data and a k-fold validation approach, as well as a patient-separated approach. Results: The best result was achieved with a convolutional autoencoder combined with long short-term memory layers, reaching an accuracy of 90.21% and an F1-score of 90.02%. Once the convolutional autoencoder+long short-term memory was determined to be the most effective model for this datatype, it was retrained and evaluated with a patient-separated dataset to assess the generalization capability of the model, achieving an accuracy of 91.87% and an F1-score of 93.66%. Conclusions: Our deep learning approach demonstrates that our models hold potential for facilitating ASD diagnosis in clinical settings. This work validates that there are significant differences between the physical movements of typically developing children and children with ASD, and these differences can be identified by analyzing hand-eye coordination skills. Additionally, we have validated that small-scale models can still achieve a high accuracy and good generalization when classifying medical data, opening the door for future research into diagnostic models that may not require massive amounts of data.
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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 | 0,001 |
| 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 ».