通過機器學(xué)習(xí)，聯(lián)合言語數(shù)字標(biāo)志物和體液標(biāo)志物可預(yù)測認(rèn)知障礙
Speech digital biomarker combined with fluid biomarkers predict cognitive impairment through machine learning
【亮點】：
由王剛教授團(tuán)隊在《Alzheimers Research & Therapy》（IF=7.6）上發(fā)表語音數(shù)字生物標(biāo)志物與血液生物標(biāo)志物預(yù)測認(rèn)知損傷與大腦病理變化的研究，并成功構(gòu)建了高效、低成本的機器學(xué)習(xí)診斷模型。
1、基于宇測超靈敏單分子免疫檢測技術(shù)；
2、首次在大規(guī)模人群中驗證了語音沉默時間占比（PSD）與阿爾茨海默病核心血液生物標(biāo)志物（GFAP、NfL、p-Tau217）及腦內(nèi)Aβ沉積具有相關(guān)性；
3、認(rèn)知損傷診斷模型：結(jié)合年齡、性別、教育年限、APOE基因型、PSD和血清GFAP，模型診斷認(rèn)知損傷的AUC達(dá)0.928；
4、Aβ狀態(tài)預(yù)測模型：結(jié)合PSD、APOE、P-tau217和人口學(xué)信息，模型預(yù)測PET Aβ 陽性狀態(tài)的AUC達(dá)0.845
5、提出“語音+血液生物標(biāo)志物”的整合篩查策略，兼顧可及性、成本效益與準(zhǔn)確性，有望推動AD早期篩查在基層醫(yī)療中的應(yīng)用。
【摘要】：
背景：
目前阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）早期檢測的方法受限于高成本、侵入性強以及可及性不足，這凸顯了迫切需要一種可獲得、可負(fù)擔(dān)且對患者友好的替代途徑。既往研究表明，語音分析是認(rèn)知障礙（cognitive impairment，CI）早期診斷的有前景工具。然而，語音測試與潛在病理變化之間的相關(guān)性仍未確定，甚至尚不清晰，其臨床應(yīng)用價值也缺乏病理學(xué)驗證。因此，需要通過大樣本分析進(jìn)一步探討二者之間的關(guān)系，并建立能夠診斷認(rèn)知障礙的模型。
方法：
本研究共納入1223名受試者，包括可能的AD或AD患者（n=238）、遺忘型輕度認(rèn)知障礙（amnestic mild cognitive impairment，aMCI）患者（n=461）以及認(rèn)知正常者（cognitively unimpaired，CU）（n=524）。所有參與者均接受了神經(jīng)心理學(xué)測試、“偷餅干”任務(wù)的語音錄制、血清生物標(biāo)志物定量檢測和APOE基因分型，其中部分受試者還接受了Aβ PET成像。采用偏相關(guān)分析（Partial Correlation Analysis）和局部加權(quán)回歸（LOWESS）探討語音數(shù)字生物標(biāo)志物與其他核心AD生物標(biāo)志物之間的相關(guān)性。最后，利用機器學(xué)習(xí)方法（如XGBoost和邏輯回歸）構(gòu)建了認(rèn)知障礙及Aβ狀態(tài)的高性價比預(yù)測模型，并通過SHAP值進(jìn)行特征重要性篩選。
結(jié)果：
不同組別之間的AD生物標(biāo)志物存在顯著差異。值得注意的是，語音數(shù)字生物標(biāo)志物中的靜默持續(xù)時間百分比（percentage of silence duration，PSD）與認(rèn)知水平、血清膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）、神經(jīng)絲輕鏈蛋白（neurofilament light chain，NFL）、磷酸化Tau蛋白217位點（p-Tau217）以及特定腦區(qū)的淀粉樣蛋白沉積呈相關(guān)關(guān)系。此外，研究發(fā)現(xiàn)隨著Aβ沉積不同階段的進(jìn)展，PSD、p-Tau217和GFAP表現(xiàn)出雙階段變化模式?；谏鲜鼋Y(jié)果，構(gòu)建了一個包含PSD、APOE、GFAP及人口學(xué)信息的認(rèn)知障礙機器學(xué)習(xí)診斷模型（AUC=0.928，95% CI 0.897–0.960）。同時，還建立了一個結(jié)合PSD、APOE、p-Tau217及人口學(xué)數(shù)據(jù)的Aβ狀態(tài)分類模型（AUC=0.845，95% CI 0.783–0.907）。
結(jié)論：
將語音數(shù)字標(biāo)志物與血清及其他生物標(biāo)志物相結(jié)合，有助于識別認(rèn)知障礙，代表了AD檢測領(lǐng)域的一個有前景的進(jìn)展。本研究為語音數(shù)字生物標(biāo)志物在AD診斷中的應(yīng)用提供了初步且令人鼓舞的證據(jù)。
