Explainable Identification of Dementia From Transcripts Using Transformer Networks

痴呆 可解释性 计算机科学 人工智能 二元分类 机器学习 鉴定(生物学) 自然语言处理 语音识别 认知心理学 心理学 支持向量机 疾病 医学 生物 病理 植物
作者
Loukas Ilias,Dimitris Askounis
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:26 (8): 4153-4164 被引量:43
标识
DOI:10.1109/jbhi.2022.3172479
摘要

Alzheimer's disease (AD) is the main cause of dementia which is accompanied by loss of memory and may lead to severe consequences in peoples' everyday life if not diagnosed on time. Very few works have exploited transformer-based networks and despite the high accuracy achieved, little work has been done in terms of model interpretability. In addition, although Mini-Mental State Exam (MMSE) scores are inextricably linked with the identification of dementia, research works face the task of dementia identification and the task of the prediction of MMSE scores as two separate tasks. In order to address these limitations, we employ several transformer-based models, with BERT achieving the highest accuracy accounting for 87.50%. Concurrently, we propose an interpretable method to detect AD patients based on siamese networks reaching accuracy up to 83.75%. Next, we introduce two multi-task learning models, where the main task refers to the identification of dementia (binary classification), while the auxiliary one corresponds to the identification of the severity of dementia (multiclass classification). Our model obtains accuracy equal to 86.25% on the detection of AD patients in the multi-task learning setting. Finally, we present some new methods to identify the linguistic patterns used by AD patients and non-AD ones, including text statistics, vocabulary uniqueness, word usage, correlations via a detailed linguistic analysis, and explainability techniques (LIME). Findings indicate significant differences in language between AD and non-AD patients.

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