A predictive model for cognitive decline using social determinants of health - 07/01/26

Doi : 10.1016/j.jarlif.2025.100056 
Yingnan He a, Yu Leng a, Ana-Maria Vranceanu b, c, Christine S. Ritchie b, d, Deborah Blacker b, c, e, Sudeshna Das a, b,
a Department of Neurology, Massachusetts General Hospital, Boston, MA, 02114, USA 
b Harvard Medical School, Boston, MA, 02115, USA 
c Department of Psychiatry, Massachusetts General Hospital, Boston, MA, 02114, USA 
d Mongan Institute Center for Optimal Aging and Serious Illness Research and the Division of Palliative Care, Aging, and Geriatric Medicine, Massachusetts General Hospital, Boston, MA, 02114, USA 
e Department of Epidemiology, Harvard T.H. Chan School of Public Health, Boston, MA, 02115, USA 

Corresponding author at: 65 Landsdowne St., Cambridge, MA 02139, USA. 65 Landsdowne St. Cambridge MA 02139 USA

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Abstract

Background

Early diagnosis of Alzheimer’s disease and related dementias (AD/ADRD) is critical but often constrained by limited access to fluid and imaging biomarkers, particularly in low-resource settings.

Objective

To develop and evaluate a predictive model for cognitive decline using survey-based data, with attention to model interpretability and fairness.

Methods

Using data from the Mexican Health and Aging Study (MHAS), a nationally representative longitudinal survey of adults aged 50 and older ( N = 4095), we developed a machine learning model to predict future cognitive scores. The model was trained on survey data from 2003 to 2012, encompassing demographic, lifestyle, and social determinants of health (SDoH) variables. A stacked ensemble approach combined five base models—Random Forest, LightGBM, XGBoost, Lasso, and K-Nearest Neighbors—with a Ridge regression meta-model.

Results

The model achieved a root-mean-square error (RMSE) of 39.25 (95 % CI: 38.12–40.52), representing 10.2 % of the cognitive score range, on a 20 % held-out test set. Features influencing predictions, included education level, age, reading behavior, floor material, mother’s education level, social activity frequency, the interaction between the number of living children and age, and overall engagement in activities. Fairness analyses revealed model biases in underrepresented subgroups within the dataset, such as individuals with 7–9 years of education.

Discussion

These findings highlight the potential of using accessible, low-cost SDoH survey data for predicting risk of cognitive decline in aging populations. They also underscore the importance of incorporating fairness metrics into predictive modeling pipelines to ensure equitable performance across diverse groups.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Mexican health and aging study (MHAS), Cognitive decline, Aging, Social determinants of health (SDoH), Health disparities, predictive modeling, Machine learning, Stacked model, Bias analysis, Interpretable models


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  • Absolute and relative handgrip strength as indicators of cognitive impairment: Evidence from the Mexican cognitive aging study
  • Miguel Ángel Perez-Sousa, Alejandro Cuevas, Miguel Germán Borda, Mikel Izquierdo, Robinson Ramírez-Vélez
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  • Prediction of one-year cognitive decline via self-perceived memory in older adults during the COVID-19 pandemic
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