Sim-to-Real Domain Adaptation for Early Alzheimer’s Detection from Handwriting Kinematics Using Hybrid Deep Learning

2026

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/s26010298
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by cognitive and motor decline. Early detection remains challenging, as traditional neuroimaging and neuropsychological assessments often fail to capture subtle, preclinical changes. Recent advances in digital health and artificial intelligence (AI) offer new opportunities to identify non-invasive biomarkers of cognitive impairment. In this study, we propose an AI-driven framework for early AD based on handwriting motion data captured using a sensor-integrated Smart Pen. The system employs an inertial measurement unit (MPU-9250) to record fine-grained kinematic and dynamic signals during handwriting and drawing tasks. Multiple machine learning (ML) algorithms-Logistic Regression, Support Vector Machine (SVM), Random Forest (RF), and k-Nearest Neighbors (kNN)-and deep learning (DL) architectures, including one-dimensional Convolutional Neural Networks (1D-CNN), Long Short-Term Memory (LSTM), and a hybrid CNN-BiLSTM network, were systematically evaluated. To address data scarcity, we implemented a Sim-to-Real Domain Adaptation strategy, augmenting the training set with physics-based synthetic samples. Results show that classical ML models achieved moderate diagnostic performance (AUC: 0.62-0.76), while the proposed hybrid DL model demonstrated superior predictive capability (accuracy: 0.91, AUC: 0.96). These findings underscore the potential of motion-based digital biomarkers for the automated, non-invasive detection of AD. The proposed framework represents a cost-effective and clinically scalable informatics solution for digital cognitive assessment.