Ta metodologia tworzy drzewa decyzyjne, które są skierowane do grup populacji bardziej podatnych na łagodne zaburzenia poznawcze i są przydatne do efektywnych kosztowo selektywnych badań przesiewowych choroby.
Method Article
Ta metodologia tworzy drzewa decyzyjne, które są skierowane do grup populacji bardziej podatnych na łagodne zaburzenia poznawcze i są przydatne do efektywnych kosztowo selektywnych badań przesiewowych choroby.
Łagodne upośledzenie funkcji poznawczych (MCI) jest pierwszą oznaką demencji wśród starszych populacji, a jego wczesne wykrycie jest kluczowe w naszych starzejących się społeczeństwach. Typowe testy MCI są czasochłonne, więc masowe badania przesiewowe nie byłyby opłacalne. W tym miejscu opisujemy protokół, który wykorzystuje techniki uczenia maszynowego do szybkiej selekcji kandydatów do dalszego badania przesiewowego za pomocą testu MCI opartego na pytaniach. Minimalizuje to liczbę zasobów wymaganych do badań przesiewowych, ponieważ tylko pacjenci, którzy są potencjalnie dodatni w MCI, są dalej badani.
Ta metodologia została zastosowana w początkowym badaniu MCI, które stanowiło punkt wyjścia do zaprojektowania selektywnego drzewa decyzyjnego selekcji. We wstępnym badaniu zebrano wiele zmiennych demograficznych i dotyczących stylu życia, a także szczegóły dotyczące leków przyjmowanych przez pacjentów. Krótki Przenośny Kwestionariusz Stanu Psychicznego (SPMSQ) oraz Mini-Badanie Stanu Psychicznego (MMSE) zostały wykorzystane do wykrycia możliwych przypadków MCI. Na koniec wykorzystaliśmy tę metodę do zaprojektowania skutecznego procesu klasyfikacji osób zagrożonych MCI. Praca ta dostarcza również informacji na temat czynników związanych ze stylem życia związanych z MCI, które można wykorzystać w zapobieganiu i wczesnym wykrywaniu MCI wśród populacji starszych.
Starzenie się populacji zwiększa częstość występowania chorób przewlekłych i zwyrodnieniowych, zwłaszcza demencji zwyrodnieniowych, które mają dotknąć ponad 131 milionów ludzi na całym świecie do 2050 roku1. Spośród wszystkich demencji zwyrodnieniowych najczęściej występuje choroba Alzheimera (AD), której ogólna częstość występowania w Europie wynosi 6,88%2. Ze względu na stale zmniejszającą się samodzielność pacjentów z chorobą Alzheimera, grupa ta powinna zacząć otrzymywać wsparcie, gdy tylko choroba Alzheimera zacznie się objawiać. Dlatego niezbędne jest wczesne wykrycie prodromalnych objawów choroby Alzheimera, takich jak łagodne zaburzenia poznawcze (MCI).
MCI jest zdefiniowany jako pośredni etap spadku funkcji poznawczych odpowiadający normalnemu starzeniu się i poważnemu pogorszeniu z powodu demencji3. Według szacunków Petersena i wsp.4, częstość występowania MCI wynosi 8,4% wśród osób w wieku 65-69 lat i sięga 25,2% u osób w wieku powyżej 80 lat. MCI powoduje, że osoby doświadczają więcej trudności niż oczekiwano w realizacji umiejętności poznawczych na niskim poziomie, zwłaszcza tych związanych z pamięcią i językiem, ale nie przeszkadza w czynnościach życia codziennego.
Badanie przesiewowe nie jest równoznaczne z diagnozą; diagnoza MCI zawsze będzie zadaniem klinicznym, podczas gdy metody przesiewowe mogą nas tylko poinformować, że pacjent ma większe prawdopodobieństwo wystąpienia tej patologii i że istnieje uzasadnione podejrzenie MCI, które powinno być potwierdzone klinicznie. W związku z tym pracownicy podstawowej opieki zdrowotnej (lekarze, farmaceuci, pielęgniarki itp.) mogą skorzystać z dostępności prostych metod badań przesiewowych (krótkich testów poznawczych), które można zastosować w ciągu kilku minut. Idealnie byłoby, gdyby obiektywnie identyfikowały one pacjentów z wysokim prawdopodobieństwem wystąpienia MCI, tak aby mogli oni zostać przebadani klinicznie przez lekarzy ogólnych lub wyspecjalizowanych.
Biorąc pod uwagę, że wczesne wykrywanie MCI staje się kluczowym zadaniem w kontekście zdrowia publicznego, ta praca miała na celu określenie, które cechy są przydatne w ukierunkowanej identyfikacji MCI w testach przesiewowych populacji osób starszych. Grupy te byłyby następnie dokładniej badane pod kątem MCI w testach przeprowadzanych przez świadczeniodawców podstawowej opieki zdrowotnej. Metodologia ta zapewnia drzewo decyzyjne z odpowiednimi algorytmami do identyfikacji grup populacji, do których należy kierować reklamy.
Wśród tych cech, wiek jest jednym z najbardziej konsekwentnych czynników związanych z rozwojem tej patologii. Inne istotne cechy są związane z demografią lub stylem życia5. Wśród tych ostatnich niektóre badania zidentyfikowały czas trwania snu w ciągu dnia lub nocy jako czynnik ryzyka, który może prowadzić do diagnozy MCI5,6,7,8,9. Długotrwałe spożywanie leków, takich jak benzodiazepiny, spożywane przez około 20%-25% osób starszych10,11, może również wpływać na godziny snu i rozwój MCI12,13. Rzeczywiście, przedłużone leczenie chorób przewlekłych może być ważnymi cechami przydatnymi we wstępnej selekcji osób z wysokim ryzykiem zachorowania na MCI.
Tutaj opracowaliśmy modele oparte na danych, które wykorzystują algorytmy automatycznego uczenia się, drzewo decyzyjne i narzędzie predykcyjne, aby zwiększyć skuteczność metodologii wykrywania MCI poprzez rozróżnienie, które cechy odgrywają ważną rolę we wczesnym wykrywaniu MCI. Przedstawione tutaj drzewo decyzyjne zostało opracowane przy użyciu określonej kohorty hiszpańskich pacjentów korzystających z aptek lokalnych. Jednak metoda ta byłaby również przydatna w przypadku innych populacji o różnych cechach.
Ta praca została wykonana we współpracy z podstawową opieką zdrowotną i wyspecjalizowanymi lekarzami. Apteki lokalne były idealne do testowania tego algorytmu, ponieważ znajdują się blisko pacjentów, mają długie godziny otwarcia i są często odwiedzane i konsultowane. Demencje zwyrodnieniowe to złożone schorzenia, które nie zawsze są dobrze rozumiane przez lekarzy podstawowej opieki zdrowotnej14. Dlatego zaangażowanie się w ten proces zwiększy świadomość osób cierpiących na MCI i demencję.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Metodologia zastosowana w tym badaniu została wcześniej opublikowana5 w pracy przeprowadzonej na Uniwersytecie CEU Cardenal Herrera wraz z aptekami lokalnymi w regionie Walencji (Hiszpania) związanymi z Hiszpańskim Towarzystwem Farmacji Rodzinnej i Społecznej (SEFAC). Niniejsze badanie zostało ocenione i zatwierdzone przez Komitet ds. Etyki Badań Naukowych na Uniwersytecie CEU Cardenal Herrera (nr zatwierdzenia. CEI11/001) w marcu 2011 r. Wszystkie osoby biorące udział w badaniu wyraziły pisemną świadomą zgodę na udział zgodnie z Deklaracją Helsińską.
1. Wybór czynników związanych z łagodnym upośledzeniem poznawczym
2. Wygląd kwestionariuszy
3. Wybór testów do badania przesiewowego MCI
4. Rekrutacja podmiotu

Rysunek 1: Schemat blokowy badania naukowego i proponowanego selektywnego badania przesiewowego. Lewa strona reprezentuje wstępne badanie, którego dane zostały przeanalizowane za pomocą technik uczenia maszynowego w celu zaproponowania selektywnego badania przesiewowego w celu wczesnego wykrycia MCI pokazanego w prawym panelu. Ten rysunek został zmodyfikowany z Climent34. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
5. Szkolenie dla badaczy farmaceutycznych
6. Projekt badania

7. Interdyscyplinarna sieć komunikacyjna, farmaceuci, lekarze podstawowej opieki zdrowotnej i specjaliści

Rysunek 2: Protokół działań w ramach podstawowej opieki zdrowotnej. Przykład działań podstawowej opieki zdrowotnej, które należy rozważyć w celu wczesnego wykrycia MCI, zanim pacjent zostanie skierowany na diagnostykę lekarską przez specjalistów. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
8. Analiza statystyczna i wstępne przetwarzanie
UWAGA: Przed zastosowaniem technik uczenia maszynowego wymagany jest etap przygotowawczy, aby przekształcić oryginalne dane w nowy zestaw danych zgodnie z ostatecznym celem badania i procedurami, które należy zastosować. W przypadku tej transformacji należy wziąć pod uwagę kilka rzeczy, w tym charakterystykę algorytmów. Dzieje się tak, ponieważ niektóre z nich są wrażliwe na brak zmienności lub udostępnianie informacji między kolumnami, chociaż algorytmy używane do generowania drzew decyzyjnych są szczególnie odporne na te problemy. Ta początkowa faza ma na celu kategoryzację zmiennych jakościowych i zebranie wartości z wystarczającą liczbą przypadków dla każdej zmiennej. Aby badania przesiewowe były skuteczne, ważne jest, aby wybrać zmienne, których akwizycja okazała się łatwa i dokładna. Uczestnicy są wybierani na podstawie krótkiego wywiadu, w którym użyte algorytmy zostały ograniczone do modelu białej skrzynki, co ułatwia sprawdzenie kryteriów stosowanych do podjęcia decyzji, czy dana osoba powinna przystąpić do testu. Sugerujemy użycie pakietu rpart29 w oprogramowaniu R dla tych algorytmów i zaimplementowanie partycjonowania rekurencyjnego.
9. Algorytmy do tworzenia drzewa decyzyjnego
UWAGA: Algorytmy uczenia maszynowego muszą być odpowiednio sparametryzowane, aby przewidzieć, które osoby mogą mieć pozytywny wynik testu MCI. Jednym z głównych problemów podczas badań przesiewowych pod kątem choroby jest to, że oczekuje się, że pierwotne dane będą niezrównoważone (tj. niewiele pozytywnych przypadków w porównaniu z negatywnymi). Aby uzyskać modele ze zrównoważonymi danymi, użyliśmy techniki zwanej próbkowaniem w dół lub próbkowaniem losowym, aby wyrównać częstotliwość z częstotliwością najniższej klasy częstotliwości31. Skuteczne badania przesiewowe wymagają również maksymalnego zmniejszenia liczby wyników fałszywie ujemnych (tj. zwiększenia czułości selekcji uczestników cierpiących na MCI). Jedną z technik stosowanych w celu osiągnięcia większej czułości jest wprowadzenie kar w obliczaniu wskaźnika zanieczyszczeń Giniego (tj. indeksu używanego przez algorytm do wyboru najlepszego podziału dla drzewa decyzyjnego)32.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Uczestniczące apteki zebrały dane od 728 użytkowników i zebrały zmienne demograficzne oprócz leków przepisanych uczestnikom. Dla wszystkich zmiennych przeprowadzono jednowymiarową regresję logistyczną34; wykresy słupkowe błędów pokazane na Rysunek 3 i Rysunek 4 są wygodnymi graficznymi reprezentacjami przedziału ufności ilorazu szans (dla zmiennych jakościowych) i przedziału ufności współczynnika regresji logistyczn...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Po wyszukaniu terminów związanych z MCI w badaniach Cochrane w bazie danych PubMed, stworzono specjalny kwestionariusz dla tego badania, w którym wykorzystano najbardziej oczywiste zmienne o udowodnionym związku z MCI. Zarejestrowano również czynniki demograficzne, styl życia i czynniki społeczne, a także farmakoterapię pacjenta i niektóre istotne patologie. Dodatkowo wybrano również testy SPMSQ oraz MMSE MCI. Co ważne, poziom wykształcenia uczestników nie miał wpływu na SPMSQ. Farmaceuci zostali przeszkoleni w zakresie ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była możliwa dzięki wsparciu Fundacji Know Alzheimer i pomocy działu produkcji multimediów na Universidad CEU Cardenal Herrera, zwłaszcza Enrique Ginera. Chcielibyśmy wyrazić uznanie dla pracy wszystkich aptek uczestniczących w projekcie (SEFAC) oraz współpracujących lekarzy ze Towarzystwa Lekarzy Podstawowej Opieki Zdrowotnej (SEMERGEN) i Towarzystwa Neurologii (SVN), którzy pomogli w diagnozowaniu MCI, w szczególności Vicente Gassulla, Rafaela Sáncheza i Jordiego Péreza. Na koniec dziękujemy wszystkim, którzy zgodzili się wziąć udział w tym badaniu.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| daszek | Max Kuhn | R pakiet | |
| rpart | Terry Therneau, Beth Atkinson, Brian Ripley | R pakiet | |
| SPMSQ w języku hiszpańskim | Farmaceuticoscomunitarios.org | http://farmaceuticoscomunitarios.org/anexos/vol11_n1/ANEXO1.pdf | |
| SPMSQ po polsku | geriatrics.stanford.edu | https://geriatrics.stanford.edu/culturemed/overview/assessment/assessment_toolkit/spmsq.html | |
| MMSE po hiszpańsku | Farmaceuticoscomunitarios.org | http://farmaceuticoscomunitarios.org/anexos/vol11_n1/ANEXO2.pdf | |
| MMSE w języku angielskim | oxfordmedicaleducation.com | http://www.oxfordmedicaleducation.com/ geriatria/mini-badanie-stanu-psychicznego-mmse/ |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission