Language as a digital biomaker across mental disorders: automatic detection and relation to brain dysfunction
Loading...
Document Type
Document Version
Author
Director
Hinzen, Wolfram
Bel Rafecas, Nuria
Bel Rafecas, Nuria
Tutor
Other authors
Publication Date
Pages
197 p.
Embargo date
2027-01-10T01:00:00Z
Citation
He, R. Language as a digital biomaker across mental disorders: automatic detection and relation to brain dysfunction. Universitat Pompeu Fabra; 2025. handle: http://hdl.handle.net/10803/694572
This citation was generated automatically.
Citation
Doctoral program
Programa de Doctorat en Traducció i Ciències del Llenguatge
Abstract
Language is increasingly regarded as a key readout of mental states and how they change in health and disease. This thesis collects four studies jointly exploring spontaneous speech as a potential digital biomarker of mental disorders. The first study aims at providing a new baseline of computational semantic markers of psychosis, using a variety of large language models in a theory-driven fashion. The second study expands these results with a view to exploring a missing link between semantic changes and brain function, focusing on a group of drug-naïve patients with a first episode of schizophrenia. Together, these first two studies demonstrate structural changes in the organization of the semantic space, as related to a shift in the hierarchical organization of functional networks in the cortex. The final two studies seek to further validate speech as a biomarker in a computational, crosslinguistic, and transdiagnostic scheme, using machine learning. Model accuracies in both a schizophrenia and Alzheimer’s sample exceeded the 80% mark. Overall, these findings further validate spontaneous speech as a biomarker and add further insights into its mechanistic and neurocognitive underpinnings.
El lenguaje se considera cada vez más como un indicador clave de los estados mentales y de cómo cambian en la salud y la enfermedad. Esta tesis recopila cuatro estudios que exploran conjuntamente el habla espontánea como un posible biomarcador digital de trastornos mentales. El primer estudio tiene como objetivo proporcionar una nueva base de marcadores semánticos computacionales de la psicosis, utilizando una variedad de grandes modelos del lenguaje desde una perspectiva teórica. El segundo estudio amplía estos resultados con vistas a explorar un eslabón perdido entre los cambios semánticos y la función cerebral, centrándose en un grupo de pacientes sin tratamiento farmacológico con un primer episodio de esquizofrenia. En conjunto, estos dos primeros estudios demuestran cambios estructurales en la organización del espacio semántico, en relación con un cambio en la organización jerárquica de las redes funcionales corticales. Los dos xii últimos estudios buscan validar aún más el habla como un biomarcador en un esquema computacional, translingüístico y transdiagnóstico, utilizando el aprendizaje automático. Las precisiones de los modelos tanto en una muestra de pacientes con esquizofrenia como de pacientes con Alzheimer superaron 80%. En resumen, estos hallazgos validan el uso del habla espontánea como biomarcador y aportan un mayor entendimiento sobre sus fundamentos mecánicos y neurocognitivos.
El llenguatge és considerat cada cop més com un indicador clau dels estats mentals i de com canvien en la salut i la malaltia. Aquesta tesi recull quatre estudis que exploren conjuntament la parla espontània com a potencial biomarcador digital. El primer estudi té com a objectiu proporcionar una nova base de marcadors semàntics computacionals de la psicosi, utilitzant una varietat de models del llenguatge grans basat en la teoria. El segon estudi amplia aquests resultats amb l'objectiu d'explorar per primera vegada un enllaç entre els canvis semantics i la funció cerebral, centrant-se en un grup de pacients sense tractament farmacològic amb un primer episodi d'esquizofrènia. En conjunt, aquests dos primers estudis demostren canvis estructurals en l'organització de l'espai semàntic, relacionats amb un canvi en l'organització jeràrquica de les xarxes funcionals cerebrals. Els dos últims estudis pretenen validar encara més l'ús de la parla com a biomarcador en un esquema computacional, interlingüístic i transdiagnòstic, mitjançant l'aprenentatge automàtic. Les precisions dels models tant en una mostra de pacients amb esquizofrènia com de pacients amb Alzheimer van superar 80%. En resum, aquests descrobiments validen encara més l'ús de la parla espontània com a biomarcador i amplien els nostres coneixements sobre els seus fonaments mecànics i neurocognitius.
El lenguaje se considera cada vez más como un indicador clave de los estados mentales y de cómo cambian en la salud y la enfermedad. Esta tesis recopila cuatro estudios que exploran conjuntamente el habla espontánea como un posible biomarcador digital de trastornos mentales. El primer estudio tiene como objetivo proporcionar una nueva base de marcadores semánticos computacionales de la psicosis, utilizando una variedad de grandes modelos del lenguaje desde una perspectiva teórica. El segundo estudio amplía estos resultados con vistas a explorar un eslabón perdido entre los cambios semánticos y la función cerebral, centrándose en un grupo de pacientes sin tratamiento farmacológico con un primer episodio de esquizofrenia. En conjunto, estos dos primeros estudios demuestran cambios estructurales en la organización del espacio semántico, en relación con un cambio en la organización jerárquica de las redes funcionales corticales. Los dos xii últimos estudios buscan validar aún más el habla como un biomarcador en un esquema computacional, translingüístico y transdiagnóstico, utilizando el aprendizaje automático. Las precisiones de los modelos tanto en una muestra de pacientes con esquizofrenia como de pacientes con Alzheimer superaron 80%. En resumen, estos hallazgos validan el uso del habla espontánea como biomarcador y aportan un mayor entendimiento sobre sus fundamentos mecánicos y neurocognitivos.
El llenguatge és considerat cada cop més com un indicador clau dels estats mentals i de com canvien en la salut i la malaltia. Aquesta tesi recull quatre estudis que exploren conjuntament la parla espontània com a potencial biomarcador digital. El primer estudi té com a objectiu proporcionar una nova base de marcadors semàntics computacionals de la psicosi, utilitzant una varietat de models del llenguatge grans basat en la teoria. El segon estudi amplia aquests resultats amb l'objectiu d'explorar per primera vegada un enllaç entre els canvis semantics i la funció cerebral, centrant-se en un grup de pacients sense tractament farmacològic amb un primer episodi d'esquizofrènia. En conjunt, aquests dos primers estudis demostren canvis estructurals en l'organització de l'espai semàntic, relacionats amb un canvi en l'organització jeràrquica de les xarxes funcionals cerebrals. Els dos últims estudis pretenen validar encara més l'ús de la parla com a biomarcador en un esquema computacional, interlingüístic i transdiagnòstic, mitjançant l'aprenentatge automàtic. Les precisions dels models tant en una mostra de pacients amb esquizofrènia com de pacients amb Alzheimer van superar 80%. En resum, aquests descrobiments validen encara més l'ús de la parla espontània com a biomarcador i amplien els nostres coneixements sobre els seus fonaments mecànics i neurocognitius.
Keywords
Mental disorders, Language, Lenguaje, Llenguatge, Estats mentals, Estados mentales
Subjects
81
Publisher
Universitat Pompeu Fabra
