Araştırma özeti
Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by
Parkinson Hastalığı ile ilgili Big Data'nın benzersiz bir arşivi, Parkinson İlerleme İşaretçileri Girişimi (PPMI) tarafından toplanır, yönetilir ve dağıtılır. Bu kadar karmaşık ve heterojen Big Data'nın birden fazla kaynaktan entegrasyonu, yaygın nörodejeneratif süreçlerin erken aşamalarını incelemek, ilerlemelerini izlemek ve alternatif tedavilerin etkinliklerini hızlı bir şekilde tanımlamak için benzersiz fırsatlar sunar. Daha önceki birçok insan ve hayvan çalışması Parkinson hastalığı (PD) riskinin travma, genetik, çevre, ko-morbiditeler veya yaşam tarzı ile ilişkisini incelemiştir. Büyük Veri-büyüklüğünün, tutarsızlığının, eksikliğinin, karmaşıklığının, ölçeklerin çokluğunun ve bilgi üreten kaynakların heterojenliğinin belirleyici özellikleri, hepsi veri yönetimi, işleme, görselleştirme ve yorumlama için klasik tekniklere zorluklar oluşturmaktadır. PD sınıflandırması ve tahmini için tamamlayıcı model tabanlı ve modelsiz yaklaşımlar önermek, uygulamak, test etmek ve doğrulamak. Büyük Veri metodolojisini kullanarak PD riskini keşfetmek için, karmaşık PPMI görüntüleme, genetik, klinik ve demografik verileri ortaklaşa işledik.Metodlar ve bulgularÇok kaynaklı verilerin kollektiv gösterimi, karmaşık veri öğelerinin birleştirilmesini ve uyumlaştırılmasını kolaylaştırır. Bu, tüm verilerin ortak modellenmesini sağlayarak, Big Data analytics, tahmin edici sentez ve istatistiksel doğrulamanın geliştirilmesine yol açar. Heterojen PPMI verilerini kullanarak uçtan uca veri karakterizasyonu, manipülasyon, işleme, temizleme, analiz ve doğrulama için kapsamlı bir protokol geliştirdik. Spesifik olarak, biz (i) dengesiz kohortları yeniden dengelemek için yöntemler tanıtıyoruz, (ii) tutarlı ve güçlü fenotipik tahminler üretmek için geniş bir sınıflandırma yöntemleri yelpazesinden yararlanıyoruz ve (iii) yeni verilere dayanarak model parametrelerinin ve tanısal tahminlerin raporlanmasını sağlayan tekrarlanabilir makine öğrenme tabanlı sınıflandırma oluşturuyoruz. Doğru ve güvenilir teşhis tahminleri üretemeyen birkaç tamamlayıcı model tabanlı öngörü yaklaşımı değerlendirdik. Bununla birlikte, birkaç makine öğrenimi tabanlı sınıflandırma yönteminin sonuçları, PPMI deneklerinde Parkinson hastalığını tahmin etmede önemli bir güç olduğunu göstermiştir (kalıcı doğruluk, duyarlılık ve özgüllük %96'yı aşmaktadır, istatistiksel n-kat çapraz doğrulama kullanılarak onaylanmıştır). Klinik (örn., Birleşik Parkinson Hastalığı Değerlendirme Ölçeği (UPDRS) puanları), demografik (örn., yaş), genetik (örn., rs34637584, chr12) ve türetilmiş nörogörüntüleme biyobellentisi (örn., serebellum şekil indeksi) verileri, tahminsel analitik ve tanısal tahmine katkıda bulunabilir. Kohort büyüklüklerinin istatistiksel olarak yeniden dengelenmesinin, özellikle heterojen ve eksik PPMI verilerine dayanan tahminsel analizler için grup farklılıklarının daha iyi bir şekilde ayırt edilmesini sağladığını gözlemledik. UPDRS skorları, Parkinson hastalığının klinik tanımına dayanarak beklenen tanının tahmin edilmesinde kritik bir rol oynar. Uzunlamasına UPDRS verileri olmasa bile, modelsiz makine öğrenimi tabanlı sınıflandırmanın doğruluğu %80'in üzerindedir. Burada geliştirilen yöntemler, yazılımlar ve protokoller açık bir şekilde paylaşılır ve diğer nörodejeneratif bozuklukların (örneğin Alzheimer, Huntington, amyotrofik lateral skleroz) yanı sıra diğer öngörüsel Big Data analitik uygulamalarını incelemek için kullanılabilir.
Özgün kaynak özetini okuyun
BackgroundA unique archive of Big Data on Parkinson's Disease is collected, managed and disseminated by the Parkinson's Progression Markers Initiative (PPMI). The integration of such complex and heterogeneous Big Data from multiple sources offers unparalleled opportunities to study the early stages of prevalent neurodegenerative processes, track their progression and quickly identify the efficacies of alternative treatments. Many previous human and animal studies have examined the relationship of Parkinson's disease (PD) risk to trauma, genetics, environment, co-morbidities, or life style. The defining characteristics of Big Data-large size, incongruency, incompleteness, complexity, multiplicity of scales, and heterogeneity of information-generating sources-all pose challenges to the classical techniques for data management, processing, visualization and interpretation. We propose, implement, test and validate complementary model-based and model-free approaches for PD classification and prediction. To explore PD risk using Big Data methodology, we jointly processed complex PPMI imaging, genetics, clinical and demographic data.Methods and findingsCollective representation of the multi-source data facilitates the aggregation and harmonization of complex data elements. This enables joint modeling of the complete data, leading to the development of Big Data analytics, predictive synthesis, and statistical validation. Using heterogeneous PPMI data, we developed a comprehensive protocol for end-to-end data characterization, manipulation, processing, cleaning, analysis and validation. Specifically, we (i) introduce methods for rebalancing imbalanced cohorts, (ii) utilize a wide spectrum of classification methods to generate consistent and powerful phenotypic predictions, and (iii) generate reproducible machine-learning based classification that enables the reporting of model parameters and diagnostic forecasting based on new data. We evaluated several complementary model-based predictive approaches, which failed to generate accurate and reliable diagnostic predictions. However, the results of several machine-learning based classification methods indicated significant power to predict Parkinson's disease in the PPMI subjects (consistent accuracy, sensitivity, and specificity exceeding 96%, confirmed using statistical n-fold cross-validation). Clinical (e.g., Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS) scores), demographic (e.g., age), genetics (e.g., rs34637584, chr12), and derived neuroimaging biomarker (e.g., cerebellum shape index) data all contributed to the predictive analytics and diagnostic forecasting.ConclusionsModel-free Big Data machine learning-based classification methods (e.g., adaptive boosting, support vector machines) can outperform model-based techniques in terms of predictive precision and reliability (e.g., forecasting patient diagnosis). We observed that statistical rebalancing of cohort sizes yields better discrimination of group differences, specifically for predictive analytics based on heterogeneous and incomplete PPMI data. UPDRS scores play a critical role in predicting diagnosis, which is expected based on the clinical definition of Parkinson's disease. Even without longitudinal UPDRS data, however, the accuracy of model-free machine learning based classification is over 80%. The methods, software and protocols developed here are openly shared and can be employed to study other neurodegenerative disorders (e.g., Alzheimer's, Huntington's, amyotrophic lateral sclerosis), as well as for other predictive Big Data analytics applications.
Bilimsel değerlendirme
Araştırma sorusu
Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.
Yöntem ve örneklem
Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.
Temel bulgular
Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.
Sınırlılıklar
Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.
Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.