Diagnóstico diferencial baseado em variáveis autonômicas e estrutura do discurso entre transtornos neuropsiquiátricos utilizando aprendizagem de máquina

dc.contributor.advisorSousa, Maria Bernardete Cordeiro de
dc.contributor.advisorIDpt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8488760386226790pt_BR
dc.contributor.authorRebouças, Gleidson Mendes
dc.contributor.authorIDpt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0946274743230243pt_BR
dc.contributor.referees1Nunes, Emerson Arcoverde
dc.contributor.referees1IDpt_BR
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6535963043198482pt_BR
dc.contributor.referees2Cavalcanti, José Rodolfo Lopes de Paiva
dc.contributor.referees2IDpt_BR
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3433564869429006pt_BR
dc.contributor.referees3Miguel, Mario André Leocadio
dc.contributor.referees3IDpt_BR
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9973095281534917pt_BR
dc.contributor.referees4Galdino, Melyssa Kellyane Cavalcanti
dc.contributor.referees4IDpt_BR
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/6286409609641742pt_BR
dc.contributor.referees5Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes
dc.contributor.referees5IDpt_BR
dc.contributor.referees5Latteshttp://lattes.cnpq.br/0649912135067700pt_BR
dc.date.accessioned2021-02-18T22:50:41Z
dc.date.available2021-02-18T22:50:41Z
dc.date.issued2020-01-23
dc.description.abstractThe study of the adaptive nature stress response shows the major participation of physiological mechanisms associated with the hypothalamic-pituitary-adrenal endocrine axis and the Autonomic Nervous System (ANS), in its sympathetic and parasympathetic divisions, as well as the immune system. Individuals with different neuropsychiatric disorders present signs and symptoms that suggest dysregulation of the ANS (dysautonomia) and the expression or form of oral speech. These occurrences are present in other disorders that are part of the psychophysiological spectrum that includes post-traumatic stress disorder (PTSD), anxiety disorder (AD) and obsessive-compulsive disorder (OCD). In this context, the objective of this study was to develop a diagnostic classification mathematical model for PTSD, based on the analysis of autonomic variables and discourse structure. We investigated 298 males aged 22 to 48 years allocated into four groups: PTSD (n = 76), AD (n = 77), OCD (n = 73) and Control (n = 72). The PCL-5, BAI and YBOCS questionnaires were used to obtain the psychometric data related respectively to PTSD, AD and OCD. The SpeechGraphs® software was used to analyze the representation of the word trajectory and to quantitatively characterize the speech complexification. An ECG signal (ADInstruments model PowerLab®) was used to analyze heart rate variability (HRV) and skin conductance (RGP). Machine learning techniques (Decision Tree and Naive Bayes) were employed to obtain the mathematical model. The model generated for PTSD classification based on HRV measurements presented accuracy of 92.3% (p <0.0001) and Kappa index of 89.7% with the generation of a decision algorithm using parasympathetic axis measurements (SDNN and RMSSD) and sympathetic (LF). The model generated for PTSD classification based on autonomic skin conductance (μS) measurements presented 96.6% accuracy (p <0.0001) and 95.4% Kappa index with the generation of a decision algorithm using measurements checked on the second one and 180 of the five-minute. The model generated for PTSD classification based on speech trajectory measurements presented accuracy of 80.9% (p <0.0001) and Kappa index of 71.4% with the generation of a decision algorithm using lexical diversity measures (Nodes), recurrence (RE, PE) and connectivity (LSC, LCC and L3). The classification in levels of severity of the disorder allowed the identification, by the k-means method, of 3 classes (degrees) of elevation for each variable. Models generated with autonomic measurements have better accuracy for PTSD classification and present the potential to be used as a more efficient method for diagnosis, future investigations into risk stratification, severity categorization and follow-up of the clinical evolution of this disorder.pt_BR
dc.description.resumoO estudo da natureza adaptativa da resposta ao estresse evidencia a participação principal de mecanismos fisiológicos associados ao eixo endócrino hipotálamo-pituitária-adrenal e do Sistema Nervoso Autônomo (SNA), nas suas divisões simpática e parassimpática, bem como do sistema imune. Indivíduos com diferentes transtornos neuropsiquiátricos apresentam sinais e sintomas que sugerem desregulação do SNA (disautonomia) e na expressão ou forma do discurso oral. Estas ocorrências se apresentam em outros transtornos que fazem parte do espectro psicofisiológico que inclui o Transtorno de Estresse Pós-traumático (TEPT) o Transtorno de Ansiedade (TA) e o Transtorno obsessivo compulsivo (TOC). Neste contexto, o objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo matemático classificador de diagnóstico para o TEPT, baseado na análise de variáveis autonômicas e estrutura do discurso. Foram investigados 298 indivíduos do sexo masculino com idades entre 22 e 48 anos alocados em quatro grupos: TEPT (n = 76), TA (n = 77), TOC (n = 73) e Controle (n = 72). Os questionários PCL-5, BAI e YBOCS foram utilizados para obter os dados psicométricos relacionadas respectivamente ao TEPT, TA e TOC. O software SpeechGraphs® foi empregado para analisar a representação da trajetória de palavras e caracterizar quantitativamente a complexificação do discurso. Um sinal de ECG (ADInstruments modelo PowerLab®) foi utilizado para análise da variabilidade da frequência cardíaca (VFC) e da condutância de pele (RGP). Técnicas de machine learning (Decision Tree e Naive Bayes) foram empregadas para se obter o modelo matemático. O modelo gerado para classificação do TEPT baseado em medidas da VFC apresentou acurácia de 92,3% (p < 0,0001) e índice Kappa de 89,7% com a geração de um algoritmo de decisão utilizando medidas do eixo parassimpático (SDNN e RMSSD) e simpático (LF). O modelo gerado para classificação do TEPT baseado em medidas autonômicas de condutância de pele (μS) apresentou acurácia de 96,6% (p < 0,0001) e índice Kappa de 95,4% com a geração de um algoritmo de decisão utilizando medidas verificadas no segundo um e 180 da janela de cinco minutos. O modelo gerado para classificação do TEPT baseado em medidas de trajetória do discurso apresentou acurácia de 80,9% (p < 0,0001) e índice Kappa de 71,4% com a geração de um algoritmo de decisão utilizando medidas de diversidade lexical (Nodes), recorrência (RE, PE) e conectividade (LSC, LCC e L3). A classificação em níveis de severidade do transtorno permitiu a identificação, pelo método k-means, de 3 classes (graus) de elevação para cada variável. Os modelos gerados com medidas autonômicas apresentaram melhor precisão para a classificação do TEPT e apresentam o potencial de serem utilizados como um método mais eficiente para diagnóstico, futuras investigações sobre estratificação de risco, categorização da gravidade e acompanhamento da evolução clínica deste transtorno.pt_BR
dc.identifier.citationREBOUÇAS, Gleidson Mendes. Diagnóstico diferencial baseado em variáveis autonômicas e estrutura do discurso entre transtornos neuropsiquiátricos utilizando aprendizagem de máquina. 2020. 127f. Tese (Doutorado em Neurociências) - Instituto do Cérebro, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/31556
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM NEUROCIÊNCIASpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectSistema nervoso autônomopt_BR
dc.subjectFalapt_BR
dc.subjectModelos teóricospt_BR
dc.subjectTranstorno de estresse pós-traumáticopt_BR
dc.subjectTranstorno de ansiedade e transtorno obsessivo-compulsivopt_BR
dc.titleDiagnóstico diferencial baseado em variáveis autonômicas e estrutura do discurso entre transtornos neuropsiquiátricos utilizando aprendizagem de máquinapt_BR
dc.title.alternativeDifferential diagnosis based on autonomic variables and speech structure among neuropsychiatric disorders using machine learningpt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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