Machine Learning Approaches for Cognitive Disorder Detection using Administrative Health Data
Notice bibliographique
Résumé
Background: Cognitive disorders, like mild cognitive impairment (MCI) and dementia, are major public health issues, yet early detection is often delayed. Administrative health data offers a potential resource for early detection and population-level surveillance of cognitive disorders, but traditional rule-based algorithms and standard statistical approaches have poor performance with MCI detection and differentiating severity of cognitive disorders. Machine learning (ML) may offer improved capabilities compared to previous approaches. Objective: This thesis aimed to develop and evaluate ML algorithms using linked administrative health data (AHD) and specialist clinical data to 1) distinguish individuals with no cognitive disorders (NCD) from dementia and NCD from MCI, and 2) perform multiclass classification (NCD vs. MCI vs. dementia) against specialist diagnoses. Methods: This cross-sectional study linked PROMPT specialist diagnoses (reference standard) with up to 5 years of AHD from Alberta physician claims, hospitalizations, emergency visits, and prescriptions for 1,789 individuals between 2010-2023. Six ML models (logistic regression, random forest, gradient boosting, support vector machine, extreme gradient boosting, stacking ensemble) were trained and evaluated, primarily using 'definite' diagnoses as the cognitive outcomes. Performance was assessed using balanced accuracy, using bootstrapping to compute confidence intervals. Permutation feature importance was used to identify key predictors. Results: ML models achieved reasonable performance differentiating NCD from dementia with a balanced accuracy up to 0.86 (95% CI: 0.79-0.92). Performance was reduced for MCI vs. NCD classification with a balanced accuracy up to 0.71 (95% CI: 0.62-0.79). Multiclass classification yielded intermediate results, with balanced accuracy values up to 0.79 (CI: 0.74-0.84). Including 'possible' diagnoses appeared to reduce performance, particularly for the NCD versus MCI analysis. There were no statistical differences between ML models and a standard rule-based algorithm or between different ML models for objective 1 or objective 2. Key predictors of model performance included physician claims codes 331 (cerebral degeneration) and 290 (senile/presenile dementias). Conclusion: Machine learning algorithms applied to Canadian AHD can identify individuals who are clinically diagnosed with dementia with reasonable accuracy and is comparable to rule- based methods. However, reliably detecting MCI using AHD alone remains challenging. ML holds potential for dementia surveillance but requires richer AHD or novel features for identification of cognitive disorders.
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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 | 0,016 | 0,040 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,006 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| 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 ».