Multi-feature computational framework for combined signatures of dementia in underrepresented settings

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Date
2022-08-25Authors
Moguilner, SebastianBirba, Agustina
Fittipaldi, Sol
Gonzalez-Campo, Cecilia
Tagliazucchi, Enzo
Reyes, Pablo
Matallana, Diana
Parra, Mario A
Slachevsky, Andrea
Farías, Gonzalo
Matallana, Diana
Corporate Author(s)
Pontificia Universidad Javeriana. Facultad de Medicina. Instituto de Envejecimiento
Type
Artículo de revista
ISSN
1741-2552
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Metadata
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English Title
Multi-feature computational framework for combined signatures of dementia in underrepresented settingsResumen
Objetivo. El diagnóstico diferencial de la variante conductual de la demencia frontotemporal (bvFTD) y
La enfermedad de Alzheimer (EA) sigue siendo un desafío en grupos subrepresentados y subdiagnosticados,
incluidos los latinos, ya que los biomarcadores avanzados rara vez están disponibles. Directrices recientes para el estudio de
demencia destacan el papel fundamental de los biomarcadores. Por lo tanto, nuevos complementarios rentables
Se requieren enfoques en entornos clínicos. Acercarse. Desarrollamos un marco novedoso basado en un
clasificador de aprendizaje automático que aumenta el gradiente, ajustado por la optimización bayesiana, en una función múltiple
enfoque multimodal (que combina imágenes demográficas, neuropsicológicas y de resonancia magnética)
(IRM) y electroencefalografía/datos de conectividad de IRM funcional) para caracterizar
neurodegeneración utilizando la armonización del sitio y la selección de características secuenciales. Evaluamos 54
DFTvc y 76 pacientes con EA y 152 controles sanos (HC) de un consorcio latinoamericano
(ReDLat). Resultados principales. El modelo multimodal arrojó una alta clasificación de área bajo la curva
(pacientes con DFTvc frente a HC: 0,93 (±0,01); pacientes con EA frente a HC: 0,95 (±0,01); DFTvv frente a EA
pacientes: 0,92 (±0,01)). El enfoque de selección de características filtró con éxito información no informativa
marcadores multimodales (de miles a decenas). Resultados. Probado robusto contra multimodal
heterogeneidad, variabilidad sociodemográfica y datos faltantes. Significado. El modelo con precisión
subtipos de demencia identificados utilizando medidas fácilmente disponibles en entornos subrepresentados, con un
rendimiento similar al de los biomarcadores avanzados. Este enfoque, si se confirma y replica, puede
complementar potencialmente las evaluaciones clínicas en los países en desarrollo.
Abstract
Abstract
Objective. The differential diagnosis of behavioral variant frontotemporal dementia (bvFTD) and
Alzheimer’s disease (AD) remains challenging in underrepresented, underdiagnosed groups,
including Latinos, as advanced biomarkers are rarely available. Recent guidelines for the study of
dementia highlight the critical role of biomarkers. Thus, novel cost-effective complementary
approaches are required in clinical settings. Approach. We developed a novel framework based on a
gradient boosting machine learning classifier, tuned by Bayesian optimization, on a multi-feature
multimodal approach (combining demographic, neuropsychological, magnetic resonance imaging
(MRI), and electroencephalography/functional MRI connectivity data) to characterize
neurodegeneration using site harmonization and sequential feature selection. We assessed 54
bvFTD and 76 AD patients and 152 healthy controls (HCs) from a Latin American consortium
(ReDLat). Main results. The multimodal model yielded high area under the curve classification
values (bvFTD patients vs HCs: 0.93 (±0.01); AD patients vs HCs: 0.95 (±0.01); bvFTD vs AD
patients: 0.92 (±0.01)). The feature selection approach successfully filtered non-informative
multimodal markers (from thousands to dozens). Results. Proved robust against multimodal
heterogeneity, sociodemographic variability, and missing data. Significance. The model accurately
identified dementia subtypes using measures readily available in underrepresented settings, with a
similar performance than advanced biomarkers. This approach, if confirmed and replicated, may
potentially complement clinical assessments in developing countries.
Keywords
neuroimagen multimodalneurodegeneración
armonización
selección de características
aprendizaje automático
Link to the resource
https://iopscience.iop.org/journal/1741-2552Source
Journal of Neural Engineering; Volumen 19 Número 4 , Páginas 1 - 18 (2022)
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