Nouvelle approche numérique pour détecter Parkinson
La recherche met en avant une appli web pour détecter le Parkinson tôt avec des appareils courants.
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Table des matières
- Symptômes moteurs et méthodes de diagnostic actuelles
- Le passage aux solutions numériques
- Le rôle des scanners cérébraux
- L'étude et la méthodologie
- Collecte de données et analyse des caractéristiques
- Entraînement du modèle
- Recrutement et testing des participants
- Résultats et observations
- Limitations de l'étude
- Directions futures
- Conclusion
- Source originale
La Maladie de Parkinson (MP) est une condition qui touche beaucoup de gens, avec plus d'un million de cas aux États-Unis seulement. Chaque année, environ 90 000 nouvelles personnes sont diagnostiquées avec cette maladie. La MP se manifeste avec des Symptômes moteurs et non moteurs qui peuvent perturber la vie quotidienne. Par exemple, un problème courant est la micrographie, où une personne développe une écriture petite et serrée. Comme il n'y a pas de test officiel pour la MP, le diagnostic repose souvent sur l'observation des symptômes, ce qui fait que de nombreux cas sont soit manqués, soit mal diagnostiqués. Cela peut rendre difficile le début de traitements efficaces.
En plus, les tests existants qui pourraient aider à diagnostiquer la MP peuvent être coûteux et nécessitent un équipement spécial. Donc, il y a clairement un besoin de nouvelles façons plus simples et accessibles pour repérer la MP, surtout que le diagnostic précoce peut mener à de meilleurs traitements et une meilleure qualité de vie.
Symptômes moteurs et méthodes de diagnostic actuelles
La MP affecte particulièrement les mouvements volontaires, surtout ceux des mains. Les neurologues diagnostiquent généralement la condition en regardant l'historique médical d'une personne, faisant des examens physiques, et en observant comment elle se déplace. Récemment, certains chercheurs ont commencé à utiliser des smartphones pour aider à détecter la MP, en se basant sur des comportements comme des modèles de frappe inhabituels ou des mouvements de souris erratiques.
Bien que ces découvertes soient prometteuses, de nombreuses études précédentes ont rencontré des problèmes d'accessibilité. Par exemple, certains tests nécessitaient des capteurs portables spéciaux, qui ne sont pas faciles d'accès pour tout le monde. Bien que les chercheurs s'orientent progressivement vers des méthodes numériques réalisables à domicile, ils dépendent encore souvent d'outils de laboratoire complexes.
Le passage aux solutions numériques
Certaines applications mobiles ont été développées pour tester le mouvement, mais beaucoup de personnes âgées peuvent ne pas se sentir à l'aise d'utiliser des smartphones comparé aux ordinateurs. Des études montrent que les personnes âgées sont généralement plus familières avec les ordinateurs, ce qui permet une participation plus facile et une collecte de données plus précise.
Un domaine de recherche intéressant examine comment taper sur un clavier pourrait aider à repérer des signes de MP. Dans une étude, les chercheurs ont utilisé une méthode appelée neuroQWERTY, qui surveille la vitesse et la précision de la frappe pour détecter les symptômes de la MP. Cette méthode a montré des résultats prometteurs en milieu clinique et à domicile.
Cependant, il y a eu peu de recherches sur la façon dont utiliser une souris pour tracer des chemins spécifiques peut aider à détecter la MP. Alors que certaines études précédentes portaient sur le dessin avec des tablettes, utiliser une souris pourrait être plus accessible pour beaucoup de gens.
Le rôle des scanners cérébraux
D'autres chercheurs ont étudié les changements cérébraux chez les personnes atteintes de MP. Certains se sont intéressés à comment certaines zones du cerveau se détériorent avec le temps. En examinant ces changements, ils ont découvert que la perte de signaux cérébraux spécifiques peut indiquer la MP des années après un diagnostic.
Ces études soulignent le potentiel d'utiliser des appareils numériques ordinaires pour recueillir des données utiles sur la fonction motrice des personnes atteintes de MP. Notre objectif était de développer une Application Web pour faciliter la passation de tests liés aux mouvements des doigts et des mains.
L'étude et la méthodologie
Notre recherche visait à créer un test en ligne simple et économique pour la détection de la MP, qui pourrait être effectué sur des appareils courants. Nous avons recruté des Participants, y compris ceux diagnostiqués avec la MP et ceux sans. Le processus comprenait l'utilisation d'une application web qui enregistrait comment les participants interagissaient avec leur clavier et leur souris.
Pour évaluer le mouvement, nous avons conçu des tests impliquant la frappe sur le clavier et le traçage de souris le long de chemins spécifiés. La vitesse de frappe, la précision et la précision des mouvements de souris de chaque participant ont été enregistrées. Nous avons collecté des données sur la capacité des participants à suivre les chemins définis et à réagir aux prompts.
Collecte de données et analyse des caractéristiques
Pendant les tests, nous avons recueilli de nombreuses caractéristiques liées à la performance de chaque participant sur le clavier et la souris. Par exemple, nous avons mesuré la stabilité de leurs mains lors du traçage de lignes et la rapidité avec laquelle ils répondaient aux prompts. Nous avons également noté toutes les erreurs, qui pouvaient montrer des signes de mouvements involontaires.
Globalement, nous avons rassemblé un total de 17 caractéristiques clés à analyser. Celles-ci incluaient à quel point les participants maintenaient leur position en traçant des formes, leur vitesse de réponse aux prompts de touches, et le nombre d'erreurs commises durant les tâches de frappe.
Entraînement du modèle
Nous avons ensuite utilisé l'Apprentissage automatique pour créer un modèle capable de distinguer entre les individus avec et sans MP selon les données collectées. Ce modèle a analysé six caractéristiques importantes qui se sont avérées être des indicateurs significatifs de la MP.
Après avoir réalisé plusieurs tests et cycles d'entraînement, nous avons obtenu un modèle qui fonctionnait bien, avec une précision moyenne d'environ 74%. Cela signifie que notre méthode pouvait identifier avec précision un nombre significatif d'individus atteints de MP par rapport à ceux qui ne l’étaient pas.
Recrutement et testing des participants
Les participants ont été recrutés auprès de diverses organisations axées sur le soutien à la MP. Ils ont eu l'occasion de passer le test soit en personne lors d'événements, soit à distance via un lien. Nous avons veillé à recueillir des informations démographiques tout en permettant aux participants de confirmer leur statut, ce qui a aidé à minimiser les erreurs.
L'échantillon était composé de 31 participants, avec un mélange d'âges et d'horizons. Nous avons reconnu que la taille de l'échantillon était petite, ce qui rendait plus difficile de tirer des conclusions générales, mais cela a servi de première étape vers des recherches futures.
Résultats et observations
Les résultats ont indiqué des différences claires de performance entre ceux atteints de MP et ceux qui ne l’étaient pas. Par exemple, bien que les deux groupes aient complété les tâches de traçage à la souris, les participants ayant la MP montraient souvent des mouvements plus irréguliers et moins précis que leurs homologues.
Ces insights suggèrent que surveiller comment les doigts et les mains bougent peut être une méthode utile pour identifier la MP. Notre recherche soutient l'idée que des appareils quotidiens peuvent jouer un rôle important dans la collecte de données précieuses pour le dépistage de la MP.
Limitations de l'étude
Bien que promettante, notre étude a des limitations. Utiliser différents appareils pourrait entraîner des variations dans les résultats, certains participants n'étant peut-être pas familiers avec leur technologie, ce qui pourrait fausser les données. De plus, nous avons réalisé les tests à distance, ce qui a parfois signifié que les participants n'ont pas suivi exactement les procédures comme prévu.
Une autre limitation était la différence d'âge entre les deux groupes, les participants sans MP étant en moyenne plus jeunes. Des recherches supplémentaires devraient considérer ces facteurs pour tirer des conclusions plus fiables.
Directions futures
Nous voyons un grand potentiel pour l'apprentissage automatique afin d'avancer la compréhension des maladies liées au mouvement comme la MP. En créant des tests standardisés que les individus peuvent facilement réaliser, nous pourrions aider à évaluer une gamme de problèmes de santé.
Des études futures pourraient également bénéficier d'une base de participants plus diversifiée et pourraient impliquer une surveillance en temps réel pour améliorer l'exactitude et la fiabilité des données. De plus, fusionner différents types de données pourrait améliorer l'efficacité globale des tests et mener à des percées dans l'identification de la MP.
Conclusion
Notre étude représente un pas important vers le développement d'une méthode plus accessible et simple pour détecter la maladie de Parkinson. En s'appuyant sur la technologie courante, nous pouvons améliorer les capacités des outils de dépistage existants, ce qui pourrait mener à des diagnostics plus précoces et plus précis pour ceux affectés par cette condition.
Titre: Parkinson's Disease Recognition using a Gamified Website: Machine Learning Feasibility Study
Résumé: BackgroundParkinsons Disease (PD) affects millions globally, causing motor function impairments. Early detection is vital, and diverse data sources aid diagnosis. We focus on lower arm movements during keyboard and trackpad/touchscreen interactions, which serve as reliable indicators of PD. Previous works explore keyboard tapping and unstructured device monitoring, and we attempt to further these works with our structured tests taking account 2D hand movement in addition to finger tapping. Our feasibility study utilizes keystroke and mouse movement data from a structured online test conducted remotely combined with self-reported PD status to create a predictive model for detecting PD presence. ObjectiveThrough analysis of finger tapping speed and accuracy through keyboard input and 2-dimensional hand movement through mouse input, we differentiate between PD and non-PD participants. This comparative analysis enables us to establish clear distinctions between the two groups and explore the feasibility of using motor behavior to predict the presence of the disease. MethodsParticipants were recruited via email by the Hawaii Parkinsons Association (HPA) and directed to a web application for the tests. The 2023 HPA symposium was also used as a forum to recruit participants and spread information about our study. The application recorded participant demographics, including age, gender, and race, as well as PD status. We conducted a series of tests to assess finger tapping, using on-screen prompts to request key presses of constant and random keys. Response times, accuracy, and unintended movements resulting in accidental presses were recorded. Participants performed a hand movement test consisting of tracing straight and curved on-screen ribbons using a trackpad or mouse, allowing us to evaluate stability and precision of two-dimensional hand movement. From this tracing, the test collected and stored insights concerning lower arm motor movement. ResultsOur formative study included 31 participants, 18 without PD and 13 with PD, and analyzed their lower limb movement data collected from keyboards and computer mice. From the dataset, we extracted 28 features and evaluated their significances using an ExtraTreeClassifier predictor. A Random Forest model was trained using the six most important features identified by the predictor. These selected features included insights into precision and movement speed derived from keyboard tapping and mouse tracing tests. This final model achieved an average F1-score of 0.7311 ({+/-}0.1663) and an average accuracy of 0.7429 ({+/-}0.1400) over 20 runs for predicting the presence of PD. ConclusionThis preliminary feasibility study suggests the possibility of utilizing technology-based limb movement data to predict the presence of PD, demonstrating the practicality of implementing this approach in a cost-effective and accessible manner. In addition, this study demonstrates that structured mouse movement tests can be used in combination with finger tapping to detect PD.
Auteurs: Peter Washington, S. K. Parab, J. Boster
Dernière mise à jour: 2023-08-24 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.08.22.23294440
Source PDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.08.22.23294440.full.pdf
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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