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

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. Directr...

Full description

Autores:
Moguilner, Sebastian
Birba, Agustina
Fittipaldi, Sol
Gonzalez-Campo, Cecilia
Tagliazucchi, Enzo
Reyes, Pablo
Matallana, Diana
Parra, Mario A
Slachevsky, Andrea
Farías, Gonzalo
Matallana, Diana
Tipo de recurso:
Article of investigation
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Pontificia Universidad Javeriana
Repositorio:
Repositorio Universidad Javeriana
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:repository.javeriana.edu.co:10554/63856
Acceso en línea:
https://iopscience.iop.org/journal/1741-2552
http://hdl.handle.net/10554/63856
https://doi.org/10.1088/1741-2552/ac87d0
Palabra clave:
neuroimagen multimodal
neurodegeneración
armonización
selección de características
aprendizaje automático
Multimodal neuroimaging
neurodegeneration
harmonization
feature selection
machine learning
Rights
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Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
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description 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.
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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.Q1Q1Abstract 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.https://orcid.org/0000-0001-6529-7077https://scholar.google.com/citations?hl=es&user=kaGongoAAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdatehttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000055000Revista Internacional - IndexadaSiPDFapplication/pdfengneuroimagen multimodalneurodegeneraciónarmonizaciónselección de característicasaprendizaje automáticoMultimodal neuroimagingneurodegenerationharmonizationfeature selectionmachine learningMulti-feature computational framework for combined signatures of dementia in underrepresented settingsMulti-feature computational framework for combined signatures of dementia in underrepresented settingsArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1118Journal of Neural Engineering194ORIGINALMulti-feature.pdfMulti-feature.pdfapplication/pdf2322385http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/63856/1/Multi-feature.pdfc75e2e3a4290468a9b0730e0d56de8dcMD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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