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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48733| ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-2477-6893 |
| Tipo do documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso Embargado |
| Término do embargo: | 2027-12-01 |
| Título: | Efeitos dos Canabinoides no Tremor Parkinsoniano e interações medicamentosas: análise por inteligência artificial explicável dos dados Fox Insight |
| Título(s) alternativo(s): | Effects of Cannabinoids on Parkinsonian Tremor and drug–drug interactions: an explainable artificial intelligence analysis of Fox Insight data |
| Autor(es): | Souza, Leandro Rodrigues da Silva |
| Primeiro orientador: | Pereira, Adriano Alves |
| Primeiro coorientador: | Andrade, Adriano de Oliveira |
| Primeiro membro da banca: | Pereira, Adriano Alves |
| Segundo membro da banca: | Oliveira, Iraides Moraes |
| Terceiro membro da banca: | Nóbrega, Lígia Reis |
| Quarto membro da banca: | Furtado, Daniel Antônio |
| Quinto membro da banca: | Cury, Lacordaire Kemel Pimenta |
| Resumo: | A doença de Parkinson constitui a segunda condição neurodegenerativa mais prevalente mundialmente, afetando 1-2% da população acima de 65 anos, com tremor presente em 70% dos casos. Os tratamentos farmacológicos convencionais apresentam limitações em 30-40% dos pacientes, estabelecendo necessidade de alternativas terapêuticas. Esta tese teve como objetivo desenvolver metodologia de inteligência artificial explicável para personalização do uso de cannabis medicinal no tratamento do tremor parkinsoniano, quantificando determinantes da heterogeneidade individual na resposta terapêutica. A metodologia empregou análise baseada em valores SHAP (SHapley Additive exPlanations) aplicada a 2.616 registros da plataforma Fox Insight, estruturados em três datasets progressivos: SINGLE (n=973, cannabis isolada), FULL_NUMERICO (n=931, grupos farmacológicos), e FULL_GFEM (n=931, características individuais detalhadas). Os modelos de machine learning alcançaram métricas de performance elevadas: SINGLE (LightGBM) com acurácia 96,31%, precision 96,33%, recall 96,31%, F1-score 96,31% e especificidade 96,03%; FULL_NUMERICO (LightGBM) com acurácia 97,42%, precision 97,47%, recall 97,42%, F1-score 97,42% e especificidade 97,07%; FULL_GFEM (XGBoost) com acurácia 97,42%, precision 97,54%, recall 97,42%, F1-score 97,42% e especificidade 96,91%, demonstrando que interpretabilidade não compromete performance preditiva quando arquitetura é adequadamente projetada. Os resultados quantificaram oito achados principais: (1) dimorfismo sexual pronunciado, com mulheres apresentando valores SHAP médios de +1,52 ± 0,48 (taxa de melhora 94,1%) versus homens -0,93 ± 0,37 (taxa 38,5%), estabelecendo magnitude de 2,44x na probabilidade de resposta favorável; (2) identificação de seis perfis distintos através de clustering, com 55% dos pacientes apresentando taxas de melhora elevadas (89% a 100%) e valores SHAP entre +1,94 e +2,57; (3) padrão etário não-linear em U invertido, com grupo crítico 60-70 anos (n=559, 60% da amostra) apresentando pior resposta (taxa 38,8%) e recuperação parcial em 70-80 anos (taxa 76,2%, n=181); (4) hierarquia de vias de administração quantificada por MASV (Mean Absolute SHAP Value): óleo (0,705) > sublingual (0,4959) > comida (0,657 Classe 1), demonstrando importância superior à dose; (5) janelas terapêuticas ótimas bifásicas para THC (1,5-2,5 mg/dia, MASV = 0,2888) e CBD (2-4 mg/dia, MASV = 0,2654), validando empiricamente que doses supra-terapêuticas reduzem eficácia; (6) sinergia quantificada com inibidores MAO-B (MASV = 0,4485), superior a interações com levodopa (MASV = 0,2506) e outros dopaminérgicos (MASV = 0,2454); (7) frequência ótima moderada de 3-5 vezes/semana, superior a uso contínuo diário; (8) curva de aprendizado terapêutico com otimização em 2-3 anos e possível tolerância após >3 anos. Os achados foram operacionalizados em nomograma clínico prospectivo que estratifica pacientes em cinco categorias preditivas, com concordância de 87,3% com clusters fenotípicos. A análise computacional através de clustering identificou diferença nas taxas de melhora entre subgrupos com resposta elevada (89-100%, n=513) e população geral (66,4%, n=931), sugerindo potencial para personalização terapêutica baseada em características clínicas identificáveis, hipótese que requer confirmação em estudos clínicos futuros. Esta investigação estabelece novo padrão metodológico para pesquisa em medicina de precisão neurológica, fornecendo ferramentas computacionais e conhecimento quantitativo para identificação prospectiva de subgrupos com probabilidade elevada de benefício, otimização de regime terapêutico individualizado, e estabelecimento de expectativas baseadas em características mensuráveis do paciente. |
| Abstract: | Parkinson’s disease constitutes the second most prevalent neurodegenerative condition worldwide, affecting 1-2% of the population over 65 years of age, with tremor present in 70% of cases. Conventional pharmacological treatments present limitations in 30-40% of patients, establishing the need for therapeutic alternatives. This thesis aimed to develop an explainable artificial intelligence methodology for personalizing medical cannabis use in treating parkinsonian tremor, quantifying determinants of individual heterogeneity in therapeutic response. The methodology employed analysis based on SHAP (SHapley Additive exPlanations) values applied to 2,616 records from the Fox Insight platform, structured in three progressive datasets: SINGLE (n=973, isolated cannabis), FULL_NUMERICO (n=931, pharmacological groups), and FULL_GFEM (n=931, detailed individual characteristics). Machine learning models achieved elevated performance metrics: SINGLE (LightGBM) with accuracy 96.31%, precision 96.33%, recall 96.31%, F1-score 96.31%, and specificity 96.03%; FULL_NUMERICO (LightGBM) with accuracy 97.42%, precision 97.47%, recall 97.42%, F1-score 97.42%, and specificity 97.07%; FULL_GFEM (XGBoost) with accuracy 97.42%, precision 97.54%, recall 97.42%, F1-score 97.42%, and specificity 96.91%, demonstrating that interpretability does not compromise predictive performance when architecture is adequately designed. Results quantified eight main findings: (1) pronounced sexual dimorphism, with women presenting mean SHAP values of +1.52 ± 0.48 (improvement rate 94.1%) versus men -0.93 ± 0.37 (rate 38.5%), establishing a magnitude of 2.44x in the probability of favorable response; (2) identification of six distinct profiles through clustering, with 55% of patients presenting elevated improvement rates (89% to 100%) and SHAP values between +1.94 and +2.57; (3) non-linear inverted-U age pattern, with critical group 60-70 years (n=559, 60% of sample) presenting worse response (rate 38.8%) and partial recovery in 70-80 years (rate 76.2%, n=181); (4) hierarchy of administration routes quantified by MASV (Mean Absolute SHAP Value): oil (0.705) > sublingual (0.4959) > food (0.657 Class 1), demonstrating importance superior to dose; (5) bifasic optimal therapeutic windows for THC (1.5-2.5 mg/day, MASV = 0.2888) and CBD (2-4 mg/day, MASV = 0.2654), empirically validating that supra-therapeutic doses reduce efficacy; (6) quantified synergy with MAO-B inhibitors (MASV = 0.4485), superior to interactions with levodopa (MASV = 0.2506) and other dopaminergics (MASV = 0.2454); (7) moderate optimal frequency of 3-5 times/week, superior to continuous daily use; (8) therapeutic learning curve with optimization in 2-3 years and possible tolerance after >3 years. Findings were operationalized in a clinical nomogram that stratifies patients into five predictive categories, with 87.3% concordance with phenotypic clusters. Computational analysis through clustering identified difference in improvement rates between subgroups with elevated response (89-100%, n=513) and general population (66.4%, n=931), suggesting potential for therapeutic personalization based on identifiable clinical characteristics, hypothesis requiring confirmation in future clinical studies. This investigation establishes a new methodological standard for research in precision neurological medicine, providing computational tools and quantitative knowledge for prospective identification of subgroups with high probability of benefit, individualized therapeutic regimen optimization, and establishment of expectations based on measurable patient characteristics. |
| Palavras-chave: | Doença de Parkinson Tremor Canabinoides Inteligência Artificial Explicável SHAP Medicina Personalizada Parkinson’s Disease Cannabinoids Explainable Artificial Intelligence Personalized Medicine |
| Área(s) do CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA |
| Assunto: | Engenharia biomédica |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Biomédica |
| Referência: | SOUZA, Leandro Rodrigues da Silva. Efeitos dos Canabinoides no Tremor Parkinsoniano e interações medicamentosas: análise por inteligência artificial explicável dos dados Fox Insight. 2025. 198 f. Tese (Doutorado em Engenharia Biomédica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.634. |
| Identificador do documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.634 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48733 |
| Data de defesa: | 1-Dez-2025 |
| Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): | ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades. |
| Aparece nas coleções: | TESE - Engenharia Biomédica |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| EfeitosCanabinoidesTremor.pdf Até 2027-12-01 | Tese | 26.9 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir Solictar uma cópia |
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