摘要
研究目的
痴呆表现为记忆减退、认知障碍及语言问题等症状。阿尔茨海默病(AD)等早期筛查对干预至关重要。当前神经心理学评估耗时且资源密集,病理评估则具侵入性且成本高昂。本研究采用成本效益高的数据驱动方法,探索不同痴呆亚组在疾病进展中的关键认知特征。
研究方法
基于阿尔茨海默病神经影像倡议(ADNI)数据库的ADAS-Cog13评估数据,采用特征-特征相关性分析、排列特征重要性(PFI)及机器学习算法,分析从基线诊断到36个月期间认知正常-轻度认知障碍(CN-MCI)及MCI-AD两个群体的认知特征。
研究结果
特征-特征分析显示:词语回忆、延迟回忆与识别任务在CN-MCI和MCI-AD组间呈强相关性,而命名、指令理解和意象性失用症任务相关性低,提示其反映不同的DSM-5认知领域,适合作为早期筛查指标。PFI分析表明,延迟词语回忆是早期进展的核心认知标记,而定向能力在后期凸显,反映执行功能和注意力衰退的转变。
研究结论
本研究揭示了ADAS-Cog13认知特征间的动态关系,展示了数据驱动机器学习方法在识别痴呆进展标记物中的应用价值。
引言
痴呆表现为记忆障碍、语言紊乱、心理改变及日常活动受损。全球患病率持续上升,英国预计到2040年将达到160万人。研究重点转向数据驱动技术改善痴呆诊断,特别是通过人工智能和机器学习方法开发经济可靠的筛查工具。
主要早期评估指标包括记忆、思维等认知能力。认知能力下降可提示AD等早期状况。DSM-5诊断标准包含六个认知领域中的显著衰退及日常功能受损两大要素。虽然已有研究探索认知特征与痴呆诊断的关系,但通过机器学习识别疾病进展特征的研究仍较少。特征选择技术可降低数据维度,定位临床相关认知项。区分不同痴呆亚组的认知特征尤其重要,因MCI等前驱状态的评估更具挑战性。
研究方法
采用ADNI数据库的ADAS-Cog13数据,包含词语回忆、命名等13项认知任务。评分范围0-85,高分表示功能受损。通过特征-特征相关性分析(排除目标类别)和PFI方法,分析两个纵向队列:
- CN-MCI组:141名参与者(744次观察)
- MCI-AD组:385名参与者(1,765次观察)
数据预处理采用SMOTE技术平衡类别分布,CN-MCI组重采样后含3,198条数据(49.3%进展案例),MCI-AD组含5,982条数据(48.7%进展案例)。
分析结果
相关性分析
- CN-MCI组:词语回忆与延迟回忆相关性(r=0.69)显著,与识别任务呈中度相关
- MCI-AD组:记忆与理解任务相关性增强
- 差异特征:命令理解、命名及意象性失用症呈现弱相关性,映射至DSM-5的语言、感知运动等不同认知领域
排列特征重要性(PFI)
- CN-MCI组:延迟词语回忆(决策树模型)、词语识别重要性排名前3
- MCI-AD组:定向能力(时间/空间认知)重要性上升,数字划销(注意力)和物体命名持续出现
互信息分析
- CN-MCI组:记忆相关任务占主导(词语回忆、延迟回忆)
- MCI-AD组:命令理解与语言任务预测价值提升
结论
本研究系统识别了ADAS-Cog13中的认知进展标记物:
- 早期阶段:词语识别保持高预测价值
- 中期转化:延迟回忆重要性下降,定向能力作用增强
- 整体规律:认知衰退从特定记忆损伤向多领域衰退演变
研究局限性包括:
- 仅采用ADAS-Cog13认知数据
- 数据样本代表性受限
- 未建模时间动态变化
未来需整合神经影像、生物标志物等多源数据,并引入时序建模技术提升临床决策水平。
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