Machine Learning-Based Prediction Models for Cognitive Decline Progression: A Comparative Study in Multilingual Settings Using Speech Analysis - 21/11/24

Doi : 10.14283/jarlife.2024.6 
B. Ceyhan 1, S. Bek 2, T. Onal-Suzek 1,
1 Department of Bioinformatics, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Mugla Sitki Kocman University, Mugla 48000, Turkiye 
2 Department of Neurology, Faculty of Medicine, Mugla Sitki Kocman University, Mugla 48000, Turkiye 

* Corresponding Author: Tugba Onal-Suzek, 1 Department of Bioinformatics, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Mugla Sitki Kocman University, Mugla 48000, Turkiye Department of Bioinformatics Graduate School of Natural and Applied Sciences Mugla Sitki Kocman University Mugla 48000 Turkiye

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Abstract

Background

Mild cognitive impairment (MCI) is a condition commonly associated with dementia. Therefore, early prediction of progression from MCI to dementia is essential for preventing or alleviating cognitive decline. Given that dementia affects cognitive functions like language and speech, detecting disease progression through speech analysis can provide a cost-effective solution for patients and caregivers.

DESIGN-PARTICIPANTS

In our study, we examined spontaneous speech (SS) and written Mini Mental Status Examination (MMSE) scores from a 60-patient dataset obtained from the Mugla University Dementia Outpatient Clinic (MUDC) and a 153-patient dataset from the Alzheimer’s Dementia Recognition through Spontaneous Speech (ADRess) challenge. Our study, for the first time, analyzed the impact of audio features extracted from SS in distinguishing between different degrees of cognitive impairment using both an Indo-European language and a Turkic language, which exhibit distinct word order, agglutination, noun cases, and grammatical markers.

RESULTS

When each machine learning model was tested on its respective trained language, we attained a 95% accuracy using the random forest classifier on the ADRess dataset and a 94% accuracy on the MUDC dataset employing the multilayer perceptron (MLP) neural network algorithm. In our second experiment, we evaluated the effectiveness of each language-specific machine learning model on the dataset of the other language. We achieved accuracies of 72% for English and 76% for Turkish, respectively.

CONCLUSION

These findings underscore the cross-language potential of audio features for automated tracking of cognitive impairment progression in MCI patients, offering a convenient and cost-effective option for clinicians or patients.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Spontaneous speech, machine learning, dementia, mild cognitive impairment, mental status and dementia tests


Plan


 How to cite this article: B. Ceyhan, S. Bek, T. Önal-Süzek. Machine Learning-Based Prediction Models for Cognitive Decline Progression: A Comparative Study in Multilingual Settings Using Speech Analysis. J Aging Res & Lifestyle 2024;13:43-50; http://dx.doi.org/10.14283/jarlife.2024.6


© 2024  © 2024 THE AUTHORS. Published by Elsevier Masson SAS on behalf of SERDI Publisher. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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P. 43-50 - janvier 2024 Retour au numéro
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