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Explainable AI for Parkinson’s Disease Prediction: A Machine Learning Approach with Interpretable Models - 06/09/25

Doi : 10.1016/j.retram.2025.103541 
Adebimpe O. Esan a, David B. Olawade b, c, d, e, , Afeez A. Soladoye a, Bolaji A. Omodunbi a, Ibrahim A. Adeyanju a, Nicholas Aderinto f
a Department of Computer Engineering, Federal University, Oye-Ekiti, Nigeria 
b Department of Allied and Public Health, School of Health, Sport and Bioscience, University of East London, London, United Kingdom 
c Department of Research and Innovation, Medway NHS Foundation Trust, Gillingham ME7 5NY, United Kingdom 
d Department of Public Health, York St John University, London, United Kingdom 
e School of Health and Care Management, Arden University, Arden House, Middlemarch Park, Coventry, CV3 4FJ, United Kingdom 
f Department of Medicine and Surgery, Ladoke Akintola University of Technology, Ogbomoso, Nigeria 

Corresponding author.
Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Saturday 06 September 2025
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

HIGHLIGHT

Explainable AI enhances clinical trust in Parkinson’s predictive models.
Random Forest achieves best predictive performance for Parkinson’s Disease.
SHAP clarifies global importance of PD features like UPDRS and cognition.
LIME provides clear, patient-specific explanations of model predictions.
Functional assessment scores strongly influence PD model predictions.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background

: Parkinson’s Disease (PD) is a chronic, progressive neurological disorder with significant clinical and economic impacts globally. Early and accurate prediction remains challenging with traditional diagnostic methods due to subjectivity, delayed diagnosis, and variability. Machine Learning (ML) approaches offer potential solutions, yet their clinical adoption is hindered by limited interpretability. This study aimed to develop an interpretable ML model for early and accurate PD prediction using comprehensive multimodal datasets and Explainable Artificial Intelligence (XAI) techniques.

Methods

The study applied five ML algorithms: Support Vector Machine (SVM), K-Nearest Neighbors (KNN), Logistic Regression (LR), Random Forest (RF), XGBoost, and a stacked ensemble method to a publicly available dataset (n=2105) from Kaggle. Data encompassed demographic, medical history, lifestyle, clinical symptoms, cognitive, and functional assessments with specific inclusion/exclusion criteria applied. Preprocessing involved normalization, Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOTE), and Sequential Backward Elimination (SBE) for feature selection. Model performance was evaluated via accuracy, precision, recall, F1-score, and Area Under Curve (AUC). The best-performing model (RF with feature selection) was interpreted using SHAP and LIME methods.

Results

: Random Forest combined with Backward Elimination Feature Selection achieved the highest predictive accuracy (93%), precision (93%), recall (93%), F1-score (93%), and AUC (0.97). SHAP and LIME analyses indicated UPDRS scores, cognitive impairment, functional assessment, and motor symptoms as primary predictors, enhancing clinical interpretability.

Conclusion

: The study demonstrated the effectiveness of an interpretable RF model for accurate PD prediction. Integration of ML and XAI significantly improves clinical decision-making, diagnosis timing, and personalized patient care.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Parkinson’s Disease, Machine Learning, Explainable Artificial Intelligence, Predictive Modeling, Clinical Decision-Making


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