Summary

Een machine learning-benadering voor het ontwerpen van een efficiënte selectieve screening van milde cognitieve stoornissen

Published: January 11, 2020
doi:

Summary

Deze methodologie produceert beslissingsstructuren die gericht zijn op bevolkingsgroepen die gevoeliger zijn voor het lijden van milde cognitieve stoornissen en die nuttig zijn voor een kosteneffectieve selectieve screening van de ziekte.

Abstract

Milde cognitieve stoornissen (MCI) is het eerste teken van dementie bij oudere populaties en zijn vroegtijdige opsporing is cruciaal in onze verouderende samenlevingen. Gemeenschappelijke MCI-tests zijn tijdrovend, zodat willekeurige massale screening niet rendabel zou zijn. Hier beschrijven we een protocol dat gebruikmaakt van machine learning-technieken om snel kandidaten te selecteren voor verdere screening via een op vragen gebaseerde MCI-test. Dit minimaliseert het aantal benodigde middelen voor screening, omdat alleen patiënten die potentieel MCI-positief zijn, verder worden getest.

Deze methodologie werd toegepast in een eerste MCI-onderzoek dat het uitgangspunt vormde voor het ontwerp van een selectieve screening beslissingsstructuur. De eerste studie verzamelde veel demografische en lifestyle variabelen, evenals details over patiënt medicijnen. De korte draagbare mentale status vragenlijst (spmsq) en het mini-mental state onderzoek (mmse) werden gebruikt om mogelijke gevallen van MCI op te sporen. Ten slotte gebruikten we deze methode om een efficiënt proces te ontwerpen voor het classificeren van individuen met risico op MCI. Dit werk biedt ook inzicht in Lifestyle-gerelateerde factoren die verband houden met MCI die kunnen worden ingezet bij de preventie en vroegtijdige opsporing van MCI onder oudere populaties.

Introduction

Bevolking veroudering is het verhogen van de prevalentie van chronische en degeneratieve ziekten, vooral degeneratieve dementia, die naar verwachting meer dan 131.000.000 mensenwereld wijd door 20501treffen. Onder alle degeneratieve dementie, de ziekte van Alzheimer (AD) is de meest voorkomende met een algemene prevalentie in Europa van 6,88%2. Vanwege de steeds dalende onafhankelijkheid van AD-patiënten, moet deze groep steun krijgen zodra de advertentie begint te manifesteren. Daarom is de vroegtijdige opsporing van prodromale tekenen van AD, zoals milde cognitieve stoornissen (MCI), essentieel.

MCI is gedefinieerd als een tussenliggende cognitieve daling stadium overeenkomend met normale veroudering en ernstige verslechtering als gevolg van dementie3. Volgens schattingen van Petersen et al.4is de prevalentie van mci 8,4% onder mensen van 65-69 jaar en bereikt 25,2% voor degenen ouder dan 80 jaar. MCI resultaten in individuen ervaren meer moeilijkheden dan verwacht in de uitvoering van laag niveau cognitieve vaardigheden, vooral die met betrekking tot geheugen en taal, maar interfereert niet met de activiteiten van het dagelijks leven.

Screening is geen synoniem voor diagnose; de diagnose van MCI zal altijd een klinische taak zijn, terwijl screeningsmethoden ons alleen kunnen laten weten dat een patiënt een grotere kans heeft om aan deze pathologie te lijden en dat er een gegrond vermoeden van MCI bestaat dat klinisch moet worden bevestigd. Daarom kunnen eerstelijns gezondheidszorgmedewerkers (artsen, apothekers, verpleegkundigen, enz.) profiteren van de beschikbaarheid van eenvoudige screeningsmethoden (korte cognitieve tests) die in minuten kunnen worden toegepast. Idealiter zouden deze patiënten objectief identificeren met een hoge waarschijnlijkheid van het lijden van een MCI, zodat ze vervolgens klinisch kunnen worden getest door algemene of gespecialiseerde artsen.

Aangezien de vroegtijdige opsporing van MCI in het kader van de volksgezondheid een essentiële taak wordt, heeft dit werk tot doel te bepalen welke kenmerken nuttig zijn bij de gerichte identificatie van MCI bij screeningstests van oudere populaties. Deze groepen zouden dan grondiger worden getest op MCI in tests die worden beheerd door aanbieders van primaire gezondheidszorg. Deze methodologie biedt een beslissingsstructuur met de juiste algoritmen voor het identificeren van de bevolkingsgroepen om te targeten.

Onder deze kenmerken, leeftijd is een van de meest consistente factoren in verband met de ontwikkeling van deze pathologie. Andere relevante kenmerken zijn gerelateerd aan demografische gegevens of lifestyle5. Onder de laatste, sommige studies hebben geïdentificeerd de duur van de dag of nacht slaap als een risicofactor die kan leiden tot de diagnose van MCI5,6,7,8,9. De langdurige consumptie van medicijnen zoals benzodiazepinen, verbruikt door een geschatte 20%-25% van de oudere volwassenen10,11, kan ook invloed hebben op de slaap uren en de ontwikkeling van MCI12,13. Inderdaad, langdurige behandelingen voor chronische ziekten kunnen belangrijke kenmerken zijn nuttig in de pre-selectie van individuen met een hoog risico van lijden aan MCI.

Hier ontwikkelden we op gegevens gebaseerde modellen die gebruikmaken van automatische leeralgoritmen, een beslissingsstructuur en een voorspellend instrument om de efficiëntie van de methodologie voor het opsporen van MCI te vergroten door te discrimineren welke kenmerken een belangrijke rol spelen in de vroege detectie van MCI. De resulterende beslissingsstructuur die hier werd gepresenteerd, werd geproduceerd met behulp van een specifiek cohort van Spaanse patiënten die gebruik maken van communautaire apotheken. Deze methode zou echter ook nuttig zijn onder andere populaties met verschillende kenmerken.

Dit werk werd voltooid in samenwerking met primaire gezondheidszorg en gespecialiseerde artsen. Communautaire apotheken waren ideaal voor het testen van dit algoritme omdat ze dicht bij patiënten, hebben lange openingstijden, en worden vaak bezocht en geraadpleegd. Degeneratieve dementia zijn complexe aandoeningen die niet altijd goed begrepen worden door eerstelijnszorg verstrekkers14. Daarom, betrokken raken bij het proces zal het bewustzijn van mensen die lijden aan MCI en dementia te verhogen.

Protocol

De methodologie die in dit onderzoek wordt toegepast, is eerder gepubliceerd5 in werkzaamheden uitgevoerd aan de Universiteit CEU Cardenal Herrera samen met de Gemeenschap apotheken in de regio van Valencia (Spanje) in verband met de Spaanse vereniging van familie en Gemeenschap apotheek (sefac). Deze huidige studie werd beoordeeld en goedgekeurd door de onderzoekscommissie ethiek op de Universidad CEU Cardenal Herrera (approval No. CEI11/001) in maart 2011. Alle personen die bij de studie betrokk…

Representative Results

De deelnemende apotheken verzamelde gegevens van 728 gebruikers en verzamelde demografische variabelen in aanvulling op de medicijnen voorgeschreven aan de deelnemers. Een univariate logistieke regressie werd uitgevoerd voor alle variabelen34; de fout staafgrafieken in Figuur 3 en Figuur 4 zijn handige grafische weergaven van het betrouwbaarheidsinterval van de quotering ratio (voor kwalitatieve variabelen…

Discussion

Na het zoeken naar termen in verband met MCI in Cochrane studies in de PubMed database, een specifieke vragenlijst werd gemaakt voor deze studie die de meest evidente variabelen gebruikt met een bewezen associatie met MCI. Demografische, levensstijl en sociale factoren, evenals de Farmacotherapie van de patiënt en een aantal relevante pathologieën werden ook geregistreerd. Bovendien zijn de tests SPMSQ en MMSE MCI ook geselecteerd. Belangrijk is dat de SPMSQ niet werd beïnvloed door het onderwijsniveau van de deelneme…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd mogelijk gemaakt door de steun van de know Alzheimer Foundation en hulp van de multimedia productiedienst aan de Universidad CEU Cardenal Herrera, met name Enrique Giner. We willen het werk van alle deelnemende apotheken (SEFAC) en de samenwerkende artsen uit de Society of Primary Care Doctors (SEMERGEN) en Neurology Society (SVN) erkennen die hielpen met de MCI-diagnoses, met name Vicente Gassull, Rafael Sánchez en Jordi Pérez. Tot slot danken wij iedereen die ermee heeft ingestemd deel te nemen aan deze studie.

Materials

caret Max Kuhn R package
rpart Terry Therneau, Beth Atkinson, Brian Ripley R package
SPMSQ in Spanish Farmaceuticoscomunitarios.org http://farmaceuticoscomunitarios.org/anexos/vol11_n1/ANEXO1.pdf
SPMSQ in English geriatrics.stanford.edu https://geriatrics.stanford.edu/culturemed/overview/assessment/assessment_toolkit/spmsq.html
MMSE in Spanish Farmaceuticoscomunitarios.org http://farmaceuticoscomunitarios.org/anexos/vol11_n1/ANEXO2.pdf
MMSE in English oxfordmedicaleducation.com http://www.oxfordmedicaleducation.com/geriatrics/mini-mental-state-examination-mmse/

References

  1. . World Alzheimer report 2016: improving healthcare for people living with dementia: coverage, quality and costs now and in the future Available from: https://scholar.google.com/scholar.bib?q=info:mEGpcpLHEIMJ:scholar.google.com (2016)
  2. Niu, H., Álvarez-Álvarez, I., Guillén-Grima, F., Aguinaga-Ontoso, I. Prevalence and incidence of Alzheimer’s disease in Europe: A meta-analysis. Neurología (English Edition). 32 (8), 523-532 (2017).
  3. Petersen, R. C., et al. Mild Cognitive Impairment: Clinical Characterization and Outcome. Archives of Neurology. 56 (3), 303 (1999).
  4. Petersen, R. C., et al. Practice guideline update summary: Mild cognitive impairment: Report of the Guideline Development, Dissemination, and Implementation Subcommittee of the American Academy of Neurology. Neurology. 90 (3), 126-135 (2018).
  5. Climent, M. T., Vilaplana, A. M., Arnedo, A., Vilar, J., Moreno-Royo, L. Life styles associated cognitive impairment. Study from the community pharmacy [Estilos de vida asociados a deterioro cognitivo. Estudio preliminar desde la farmacia comunitaria]. Revista de Investigacion Clinica. 65 (6), 500-509 (2013).
  6. Faubel, R., et al. Usual sleep duration and cognitive function in older adults in Spain. Journal of Sleep Research. 18 (4), 427-435 (2009).
  7. Benito-León, J., Louis, E. D., Bermejo-Pareja, F. Cognitive decline in short and long sleepers: A prospective population-based study (NEDICES). Journal of Psychiatric Research. 47 (12), 1998-2003 (2013).
  8. Ramos, A. R., et al. Association between Sleep Duration and the Mini-Mental Score: The Northern Manhattan Study. Journal of Clinical Sleep Medicine. 9 (7), 669 (2013).
  9. Gabelle, A., et al. Excessive Sleepiness and Longer Nighttime in Bed Increase the Risk of Cognitive Decline in Frail Elderly Subjects: The MAPT-Sleep Study. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 312 (2017).
  10. Fernández, M., et al. Prevalence of dementia in the elderly aged above 65 in a district in the Basque Country. Revista de Neurologia. 46 (2), 89-96 (2008).
  11. Velert Vila, J., et al. Suitability of the use of benzodiazepines prescribed by the pharmacist in the elderly. A doctor-pharmacist collaboration study. Atención Primaria. 44 (7), 402-410 (2012).
  12. Ranstam, J., et al. Impaired cognitive function in elderly men exposed to benzodiazepines or other anziolytics. The European Journal of Public Health. 7 (2), 149-152 (1997).
  13. Airagnes, G., Pelissolo, A., Lavallée, M., Flament, M., Limosin, F. Benzodiazepine Misuse in the Elderly: Risk Factors, Consequences, and Management. Current Psychiatry Reports. 18 (10), 89 (2016).
  14. Alacreu, M., et al. Importance of Increasing Modifiable Risk Factors Knowledge on Alzheimer’s Disease Among Community Pharmacists and General Practitioners in Spain. Frontiers in Pharmacology. 10, 860 (2019).
  15. Cohen, J. . Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences. , (2013).
  16. Nardi, P. M. . Doing Survey Research: A Guide To Quantitative Methods. , (2018).
  17. Sabater Hernández, D., Silva Castro, M. M., Faus Dáder, M. J. . Método Dáder: guía de seguimiento farmacoterapéutico. , (2017).
  18. Pfeiffer, E. A Short Portable Mental Status Questionnaire for the Assessment of Organic Brain Deficit in Elderly Patients. Journal of the American Geriatrics Society. 23 (10), 433-441 (1975).
  19. Folstein, M. F., Folstein, S. E., McHugh, P. R. “Mini-mental state.” A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. Journal of Psychiatric Research. 12 (3), 189-198 (1975).
  20. Buschke, H., et al. Screening for dementia with the memory impairment screen. Neurology. 52 (2), 231-238 (1999).
  21. Verghese, J., et al. Picture-based memory impairment screen for dementia. Journal of the American Geriatrics Society. 60 (11), 2116-2120 (2012).
  22. Nasreddine, Z. S., et al. The Montreal Cognitive Assessment, MoCA: A Brief Screening Tool For Mild Cognitive Impairment. Journal of the American Geriatrics Society. 53 (4), 695-699 (2005).
  23. Kaya, D., et al. The Saint Louis University Mental Status Examination Is Better than the Mini-Mental State Examination to Determine the Cognitive Impairment in Turkish Elderly People. Journal of the American Medical Directors Association. 17 (4), e11-e15 (2016).
  24. O’Caoimh, R., et al. Comparison of the quick mild cognitive impairment (Qmci) screen and the SMMSE in screening for mild cognitive impairment. Age and Ageing. 41 (5), 624-629 (2012).
  25. Cullen, B., ONeill, B., Evans, J. J., Coen, R. F., Lawlor, B. A. A review of screening tests for cognitive impairment. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry. 78 (8), 790-799 (2007).
  26. Martínez de la Iglesia, J., et al. Adaptación y validación al castellano del cuestionario de Pfeiffer (SPMSQ) para detectar la existencia de deterioro cognitivo en personas mayores e 65 años. Medicina Clínica. 117 (4), 129-134 (2001).
  27. Blesa, R., et al. Clinical validity of the ‘mini-mental state’ for Spanish speaking communities. Neuropsychologia. 39 (11), 1150-1157 (2001).
  28. . pwr: Basic Functions for Power Analysis Available from: https://cran.r-project.org/web/packages/pwr/index.html (2018)
  29. . rpart: Recursive Partitioning and Regression Trees Available from: https://cran.r-project.org/web/packages/rpart (2018)
  30. . ATC/DDD Index Available from: https://www.whocc.no/atc_ddd_index (2018)
  31. Kuhn, M., Johnson, K. . Applied Predictive Modeling. 26, (2013).
  32. Kuhn, M. Building Predictive Models in R Using the caret Package. Journal of Statistical Software. 28 (5), 1-26 (2008).
  33. Climent, M. T., Pardo, J., Muñoz-Almaraz, F. J., Guerrero, M. D., Moreno, L. Decision Tree for Early Detection of Cognitive Impairment by Community Pharmacists. Frontiers in Pharmacology. 9, 1-12 (2018).

Play Video

Cite This Article
Muñoz-Almaraz, F. J., Climent, M. T., Guerrero, M. D., Moreno, L., Pardo, J. A Machine Learning Approach to Design an Efficient Selective Screening of Mild Cognitive Impairment. J. Vis. Exp. (155), e59649, doi:10.3791/59649 (2020).

View Video