I A E S  I n t e r n at io n al  Jou r n al  of  A r t if ic ia I n t e ll ig e n c e  ( I J - AI )   V ol .   15 , N o.   1 F e br ua r y   2026 , pp.  164 ~ 176   I S S N 2252 - 8938 ,   D O I 10.11591/ ij a i. v 15 .i 1 .pp 164 - 176          164     Jou r n al  h om e page ht tp : // ij ai . ia e s c or e .c om   In t e r p r e t ab l e   a r t i f i c i al  i n t e l l i ge n c e  sy st e m  f or  p e r son al i z e d   c ogn i t i ve  st i m u l at i on       R u b é n  B ae n a - N avar r o 1, 2 , 3 , Y u li e t h  C ar r ia z o - R e gi n o 1, 2, 3 , M a r io  M ac e a - A n aya 1   1 D e pa r t m e nt  of  S ys t e m s  a nd T e l e c om m uni c a t i ons  E ngi ne e r i ng, F a c ul t y of  E ngi ne e r i ng, U ni ve r s i da d de  C ór doba , M ont e r í a , C ol om bi a   2 S ys t e m s  E ngi ne e r i ng P r ogr a m , F a c ul t y of   E ngi ne e r i ng, U ni ve r s i da d C oope r a t i va  de  C ol om bi a , M ont e r í a , C ol om bi a   3 D oc t or a t e  P r ogr a m  i n C om put e r  S c i e nc e , U ni ve r s i da d A m e r i c a na  de  E ur opa , C a nc ún, M e xi c o       A r t ic le  I n f o     A B S T R A C T   A r ti c le  h is to r y :   R e c e iv e J ul   11 2025   R e vi s e D e c   20 2025   A c c e pt e J a n   10 2026       The  growing  need  to  preserve  cognitive  health  in  aging   populatio ns  has  intensified  interest  in  adaptive  digital  intervention s   that  provide  perso nalized  and  interpretable  support.  This   study  presents  a   web - based  co gnitive  stimulation  system  for  older  adults  integrating   multilayer  perc eptron  (MLP)  classifier,  expert - derived  symbolic  rules,  and   explainable  ar tificial  intelligence   (XAI)   techniques,   including  Shapley   additiv expla nations   (SHAP)  and  local  interpretable  model - agnosti explanati ons  (LIME ).  The  platform  was  evaluated  through  24 - week  intervention  involving  150  participants  aged  65  years  and  older,  combining   baseline  cognitive  pr ofiling,  rule - guided  recommendation  logic,  and   neural  prediction  to   s upport  individualize task  allocation.  Compared  with  control  group,  participa nts  in  the  intervention  arm  showed  statistically   significant  improveme nts  in  cogniti ve  outcomes   (p  < 0.05),  with  measurable  gains  in  memor y -   and  attenti on - related  tasks.  The  explainabil ity  component  enabled  exami nation  of  model  behavior  at  the  level  of  individual   features  through  f eature - attribut ion  analysis   and  symbol ic  consist ency  checks,  sup porting   interpreta tion  beyond  aggrega te  performa nce  metrics.  Unlike  appr oaches  dependent  on  high - end  extended  reality   (XR)   infrastruc tures  or  game - centered  interacti on,  the  system   was  implem ented   to  operate  unde low - connectiv ity  conditi ons  and  was  tested  with  participan ts   from  diverse  education al  background s.  This   hybrid  configurat ion   provide an  interpreta ble  basis  for  cognitive  support  in itiatives   adaptable   to  com munity  settings contexts.   K e y w o r d s :   C ogni ti ve  a gi ng   E xp l a i n a b l e   a r ti f i c i a in t e l li g e n c e   H ybr id  m ode ls   L I M E   S ha pl e y a ddi ti ve  e xpl a na ti ons   This is an  open  acce ss artic le unde r the  CC BY - SA   license.     C or r e s pon di n g A u th or :   R ubé n B a e n a - N a va r r o   D e p a r tm e nt  o f   S y s t e m s   a n T e l e c o m m un i c a ti o n s  E n gi n e e r i ng ,  F a c u lt y  of  E ng i ne e r i ng U ni v e r s i d a d   d e   C ór do b a   M ont e r ía C ór doba , C ol om bi a   E m a il r ba e na @ c or r e o.unic or doba .e du.c o       1.   I N T R O D U C T I O N   P opul a ti on  a gi ng  ha s   be c om e   a   de f in in s tr uc tu r a tr e nd  f or   c ont e m por a r he a lt s ys te m s w it di r e c im pl ic a ti ons   f or   th e   or ga ni z a ti on  of   pr e ve nt iv e   a nd  s uppor ti ve   c a r e C ur r e nt   e s ti m a te s   f r om   th e   W or ld   H e a lt O r ga ni z a ti on  in di c a te   th a by  2050  th e   num be r   of   pe opl e   a ge 60  ye a r s   a nd  ol de r   w il s ur pa s s     2.1  bi ll io w or ld w id e   [ 1] .   T hi s   s hi f is   not   m e r e ly   de m og r a phi c   in   na tu r e it   is   a c c om pa ni e by  a   s us ta in e in c r e a s e   in   a g e - r e la te c ogni ti ve   de c li ne   a nd  ne ur ode ge n e r a ti ve   c ondi ti ons w hi c pl a c e s   r e n e w e e m pha s is   on  pr e ve nt iv e   s tr a te gi e s   a im e a pr e s e r vi ng  c ogni ti ve   f unc ti ona li ty   a c r os s   la te r   s ta ge s   of   li f e   [ 2] .   W it hi th is   c ont e xt e m pi r ic a r e s e a r c ha s   c on s is te nt ly   s how th a s tr uc tu r e c ogni ti ve   s ti m ul a ti on,  w he im pl e m e nt e in   a   s u s ta in e a nd  s y s te m a ti c   m a nne r c a n   s uppor m e a s ur a bl e   im pr ove m e nt s   in   e x e c ut iv e   f unc ti ons   s uc h   a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       I nt e r pr e ta bl e  ar ti fi c ia in te ll ig e nc e   s y s t e m  f or  pe r s onal iz e d c og ni ti v e  s ti m ul at io n ( R ubé n B ae na - N av ar r o)   165   m e m or y,  a tt e nt io n,  a nd  pr oc e s s in s pe e [ 3] [ 4] D ig it a te c hnol ogi e s   ha ve   pr ogr e s s iv e ly   e nt e r e th i s   la nds c a pe   a s   e na bl in to ol s la r ge ly   due   to   th e ir   c a pa c it to   s c a le   in te r ve nt io ns   a nd  a da pt   th e m   to   in di vi dua l   pr of il e s   th r ough  a r ti f ic ia in te ll ig e nc e   ( A I ) - ba s e m e c ha ni s m s   [ 5] N e ve r th e le s s ,   a dopt io a m ong  ol de r  a dul ts   r e m a in s   une ve n.   B a r r ie r s   r e l a te to   a c c e s s ib il it y,  u s a bi li ty a n tr us pe r s i s t,   pa r ti c ul a r ly   in   s c e na r io s   w he r e   a lg or it hm ic  de c is io n - m a ki ng i s  opa que  or  w he r e  us e r s  pr e s e nt  he te r oge ne ous  l e ve ls  of  di gi ta li te r a c [ 6] [ 8] T he s e   li m it a ti ons   ha ve   dr iv e gr ow in in te r e s in   a ppr oa c he s   th a c om bi ne   u s e r - c e nt e r e de s ig w it e xpl a in a bl e   a r ti f ic ia in te ll ig e nc e   ( X A I ) a ll ow in s ys te m   b e ha vi or   to   be   s c r ut in iz e a nd  in te r pr e te not   onl by de ve lo pe r s  but  a ls o by e nd u s e r s , c a r e gi ve r s , a nd pr of e s s io na ls   [ 9] , [ 10] .   R e c e nt   s tu di e s   r e f le c t   a   w id e   s p e c tr um   of   te c hnol ogi c a r e s po ns e s   to   th is   c h a ll e nge r a ngi ng  f r om   c onve r s a ti ona a ge nt s   a nd  s e r io us   ga m e s   to   s e ns or - ba s e s uppor s ys te m s   a nd  e xt e nd e r e a li ty   ( X R )   e nvi r onm e nt s   [ 7] [ 8] ,   [ 11] [ 12] I pa r a ll e l,   a dva nc e s   in   m a c hi ne   le a r ni ng  ha ve   f a c il it a te pr e di c ti ve   a nd  a da pt iv e   m ode ls   c a pa bl e   of   pr oc e s s in g   m ul ti m oda c ogni ti ve   da ta w it e xpl a in a bi li ty   te c hni que s   s uc a s   S ha pl e y   a ddi ti ve   e xpl a n a ti ons   ( S H A P )   a nd  lo c a l   in te r pr e ta bl e   m ode l - a gnos ti c   e xpl a na ti ons   ( L I M E )   in c r e a s in gl a dopt e to   m it ig a te   c onc e r ns   r e la t e to   a lg or it hm ic   opa c it [ 13] [ 15] H ow e ve r a   c r it ic a l   r e a di ng  of   th is   body  of   w or r e ve a ls   pe r s is te nt   f r a gm e nt a ti on.  M a ny  pr opos a ls   pr iv il e ge   pr e di c ti ve   a c c ur a c y   or   c onc e pt ua in nova ti on,  w hi le   f e w e r   in te gr a te   e xpl a in a bl e   m ode li ng,  e xpe r t - in f or m e r e a s oni ng,  a nd  lo ngi tu di na va li da ti on  unde r   a ppl ie c ondi ti ons pa r ti c ul a r ly   in   lo w - r e s our c e   or   c onne c ti vi ty - c ons tr a in e d   s e tt in gs   [ 5] [ 9] [ 11] [ 16] [ 19 ] T s it ua te   th e s e   di f f e r e nc e s   m or e   c le a r ly a   c om pa r a ti ve   s ynt he s i s   of   r e pr e s e nt a ti ve  di gi ta c ogni ti ve  i nt e r ve nt io n s tu di e s  i s  pr ovi de d i n T a bl e  1. T hi s  s ynt h e s is  hi ghl ig ht s  r e c ur r in s tr e ngt hs   a nd   c ons tr a in ts   a c r os s   r e c e nt   pr opos a ls ,   in c lu di ng  s c a la bi li ty   li m it a ti ons   a s s oc ia te d   w it X R - ba s e s ys te m s   [ 7] th e   e nga g e m e nt   be ne f it s   but   r e duc e tr a ns pa r e nc of   ga m e - ba s e or   c onve r s a ti ona pl a tf or m s   [ 8] [ 12] ,   a nd  th e   di a gnos ti c   or ie nt a ti on  of   e xpl a in a bl e   pr e di c ti ve   m ode ls   th a of te r e m a in   r e s tr ic te d   to   r e tr os pe c ti ve  da ta s e t s  or  l a bor a to r y c ont e xt s   [ 13] [ 15 ] . T a ke n t oge th e r , t he s e  pa tt e r ns  unde r s c or e  t he  gr ow in r e le va nc e   of   hybr id   a ppr oa c he s   th a c om bi ne   ne ur a le a r ni ng  w it in te r pr e ta bl e   or   s ym bol ic   r e a s oni ng  a s   a   m e a ns  of  a ddr e s s in g e th ic a l,  c li ni c a l,  a nd u s a bi li ty  r e qui r e m e nt s  i n r e a l - w or ld  de pl oym e nt s   [ 11] , [ 16] [ 19 ] .       T a bl e  1. C om pa r a ti ve   a na ly s is  of  di gi ta c ogni ti ve  i nt e r ve nt io ns  f or  ol de r  a dul ts   S t udy   T e c hnol ogi c a l   c ont r i but i on   P e r s ona l i z a t i on   A r t i f i c i a l   i nt e l l i ge nc e   E xpl a i na bi l i t y   U s e r   va l i da t i on   P r a c t i c a l   a ppl i c a bi l i t y   [ 5]   S ys t e m a t i c  r e vi e w  of   di gi t a l  he a l t h pl a t f or m s   N one   No   No   D oc um e nt - ba s e d onl y   H i gh a s   t he or e t i c a l   s uppor t   [ 7]   XR - ba s e d c ogni t i ve  a nd  phys i c a l  t r a i ni ng pl a t f or m   M e di um   ( ge ne r a l i z e a dj us t m e nt )   Y e s  ( s i m ul a t e s e t t i ngs )   No   C ont r ol l e t r i a l   H i gh w i t a c c e s s  t o X R   [ 8]   M obi l e  ga m e  de s i gn f or   ol de r  a dul t s   H i gh ( a dj us t a bl e   l e ve l s )   No   No   P i l ot   us a bi l i t t e s t   M e di um  i pl a yf ul   e nvi r onm e nt s   [ 9]   F a l l - pr e ve nt i on  m oni t or i ng s ys t e m   H i gh ( phys i c a l   pr of i l i ng)   P a r t i a l  ( s e ns or   i nt e gr a t i on)   No   F unc t i ona l   us a bi l i t t e s t   H i gh i n he a l t dom a i ns   [ 13]   P r e di c t i ve  a r c hi t e c t ur e  f or   A l z he i m e r s  de t e c t i on   N ot  a ppl i c a bl e   Y e s  ( de e l e a r ni ng)   S H A P  a nd L I M E   C l i ni c a l   da t a s e t s   H i gh f or   di a gnos t i c s   [ 14]   S ys t e m a t i c  r e vi e w  of   e xpl a i na bl e  A I  i A l z he i m e r s   N ot  a ppl i c a bl e   Y e s   S H A P  a nd L I M E   N o di r e c t   i nt e r ve nt i on   H i gh f or   c onc e pt ua l   f r a m e w or ks   [ 12]   C onve r s a t i ona l  a ge nt  f or   c ogni t i ve  t r a i ni ng   H i gh ( na t ur a l   i nt e r a c t i on)   N o ( non - a ut onom ous )   N ot  a ddr e s s e d   R e a l - w or l qua l i t a t i ve   s t udy   H i gh i n us e r   e nga ge m e nt   [ 15]   H ybr i d m ode l  f or   c ogni t i ve  de c l i ne   pr e di c t i on   N one   H i gh ( ge ne t i c +   de e p l e a r ni ng)   P a r t i a l   T e s t e d i s i m ul a t i on   L i m i t e d t l a bor a t or y us e   [ 18]   P hys i ot he r a py de c i s i on - s uppor t  s ys t e m   M e di um   Y e s  ( c ont e xt - dr i ve n)   Y e s  ( c us t om   e xpl a na t i ons )   T e s t e d w i t ol de r  a dul t s   H i gh i r e ha bi l i t a t i on   [ 19]   E xpl a i na bl e  he a l t m oni t or i ng pl a t f or m   H i gh ( r e a l - t i m e   c ogni t i ve  t r a c ki ng)   Y e s  ( de e l e a r ni ng+X A I )   S H A P +vis ua l i z a t i on   S i m ul a t e c l i ni c a l   s c e na r i os   H i gh i c ont i nuous   he a l t m oni t or i ng   [ 11]   S ys t e m a t i c  r e vi e w  of   XAI - ba s e d C D S S   N ot  a ppl i c a bl e   Y e s  ( c l i ni c a l   a ppl i c a t i ons )   X A I  a t  m ul t i pl e   l e ve l s   T he or e t i c a l   r e vi e w   H i gh a s  de s i gn  f r a m e w or k   [ 17]   I nt e r pr e t a bl e  M L  m ode l   f or  c ogni t i ve  a gi ng   H i gh ( c ogni t i ve   s e gm e nt a t i on)   Y e s   ( X A I +c l us t e r i ng)   S H A P +int e r pr e t a bl e   c l a s s i f i e r s   R e t r os pe c t i ve  a na l ys i s   M e di um  w i t hi gh pot e nt i a l   P r e s e nt   s t udy   Web - ba s e d a ppl i c a t i on  ( M L P +s ym bol i c   r ul e s +S H A P )   H i gh ( c ogni t i ve   pr of i l i ng)   Y e s  ( va l i da t e w i t h k - f ol d C V )   S H A P +s ym bol i c   l ogi c   150  pa r t i c i pa nt s   24 w e e ks   H i gh i n l ow - c onne c t i vi t e nvi r onm e nt s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll , V ol 15 , N o.  1 F e br ua r y   20 26 164 - 176   166   A ga in s th is   ba c kgr ound,  th e   pr e s e nt   s tu dy  e xa m in e s   how   a   hybr id   a r c hi te c tu r e   c om bi n in g     de e le a r ni ng,  s ym bol ic   r e a s oni ng,  a nd   a lg or it hm ic   e xpl a in a bi li ty   c a s uppor a   pe r s ona li z e d   a nd   s c ie nt if ic a ll va li da te di gi ta in te r ve nt io a im e a s tr e ngt h e ni ng  c ogni ti ve   a bi li ti e s   in   ol de r   a dul ts T he   s ys te m   c om bi n e s   a   m ul ti la ye r   pe r c e pt r on  ( M L P )   w it e xp e r t - de r iv e s ym bol ic   r ul e s   a nd   S H A P - ba s e d   in te r pr e ta bi li ty   m e c ha ni s m s   to   gui de   ta s a ll oc a ti on  in   a   w a th a r e m a in s   in s pe c ta bl e   a th e   le v e of   in di vi dua de c is io ns   [ 13] [ 14] [ 18 ] R a th e r   th a tr e a ti ng  e xpl a in a bi li ty   a s   a a uxi li a r la ye r in te r pr e ta bi li ty   is   e m be dde d   in   th e   pe r s on a li z a ti on  lo gi c   it s e lf a ddr e s s in w e ll - doc um e nt e li m it a ti ons   a s s oc ia te d   w it bl a c k - box mode ls  i n di gi ta he a lt h a nd e duc a ti ona a ppl ic a ti ons   [ 20] [ 25] .   F r om  a i m pl e m e nt a t io n s ta ndp oi nt , t h e   pl a tf or m  w a s  c on c e iv e d   a s  a   l ig h tw e i ght w e b - ba s e d s o lu t io n,   w it h   d e s i gn   c hoi c e s   or ie nt e d   to w a r a c c e s s ib il i ty   a nd  r e du c e c om put a t io n a l   o ve r he a d T hi s   c o nf i gur a ti on   a ll ow s   d e pl o ym e nt   on  m id - r a n ge   d e vi c e s   a nd  s u ppo r t s   p ot e nt i a i nt e gr a ti on  w it I o T - e n a b le e nv ir on m e nt s   w it h ou im p os in hi g in f r a s tr u c t ur a r e qui r e m e n ts   [ 24] ,   [ 26] .   E va l ua ti o w a s   c on du c t e d   t hr ou gh   a   24 - w e e k   f ie l d s tu dy i nvo lv i ng 1 50  ol d e r  a du lt  p a r ti c i pa nt s c o m bi ni n s ta t is t ic a a n a l ys i s  of  c og ni t iv e  ou tc om e s   w it h p os hoc   e x a m in a ti on   of   m od e l   b e h a v io r   [ 2 7] ,   [ 28] .   T he   e x c lu s iv e   u s e   of   a no nym iz e d   i nt e r a c t io n   da ta to g e t he r   w it th e   a b s e n c e   of   i nv a s iv e   or   c l in i c a pr o c e dur e s a li gn s   th e   s t udy   w it in t e r na ti o na gu id e li ne s   f or   m i ni m a l - r i s k   r e s e a r c a n A I - b a s e s tu di e s   i nvo lv i ng   hu m a p a r t ic ip a nt s   [ 29] ,   [ 3 0] T he s e   c o ndi ti o ns   a r e   p a r ti c u la r ly   r e l e v a nt   f or   pu bl i c   h e a lt h,  a d ul e d u c a t io n,  a n t e l e - r e ha bi l it a ti o c ont e x ts   in   w h ic i nf r a s tr u c tu r a l   c on s tr a i nt s   a nd  d ig i ta l  i ne qu a li t li m i a c c e s s  t o   s p e c ia li z e d i nt e r v e nt io ns   [ 3 1 ] [ 34] .   I th is   s e ns e th e   c ont r ib ut io of   th e   s tu dy  is   pr im a r il m e th odol ogi c a l.   B br in gi ng  to ge th e r   a da pt iv e   pe r s ona li z a ti on,  e xpe r t - in f or m e s ym bol ic   r e a s oni n g,  a nd  e xpl a in a bl e   m ode li ng  w it hi a   s in gl e   ope r a ti ona f r a m e w or k,  th e   pr opos e a ppr oa c h   m ove s   be yon pur e ly   pr e di c ti ve   d e s ig ns   a nd   e m pha s iz e s   de pl oya bi li ty   unde r   r e a l - w o r ld   c ondi ti ons T hi s   or ie nt a ti on   pr ovi de s   a   c ont e xt - a w a r e   ba s is   f or   f ut ur e   di gi ta l   c ogni ti ve  i nt e r ve nt io ns  a nd r e la te d a ppl ic a ti ons  f oc u s e d on he a lt hy a gi ng.       2.   M E T H O D   T he   m e th odol ogi c a de s ig a dopt e in   th is   s tu dy  w a s   de f in e t a ll ow   a   c ont r ol le a nd  r e pr oduc ib le   e va lu a ti on of  a  non - in va s iv e  di gi ta c ogni ti ve  i nt e r ve nt io n a im e d a ol de r  a dul ts . R a th e r  t ha n pur s ui ng c li ni c a in f e r e nc e th e   m e th odol ogi c a e m pha s i s   w a s   pl a c e on  o bs e r vi ng  m e a s ur a bl e   c h a nge s   in   c ogni ti ve   pe r f or m a nc e   a nd  in te r a c ti on  be ha vi or   ove r   ti m e unde r   c ondi ti ons   th a c oul be   r e pl ic a te u s in e xpl ic it ly   de f in e va r ia bl e s   a nd  va li da ti on  pr oc e dur e s T hi s   a ppr oa c c o m bi ne s   AI   te c hni que s hum a n - c e nt e r e de s ig de c is io ns a nd  qua nt it a ti ve   pr e - pos a s s e s s m e nt   w it hi a e xpe r im e nt a f r a m e w or a li gne w it r e c e nt   pr a c ti c e s   in   di gi ta he a lt a nd  XAI   r e s e a r c [ 5] [ 13] [ 18] T he   f ol lo w in s ubs e c ti on s   de s c r ib e   th e   m ode li ng   r a ti ona le th e   te c hni c a im pl e m e nt a ti on  of   th e   s ys te m a nd   th e   a na ly ti c a pr oc e dur e s   us e to   e va lu a te   pe r f or m a nc e  a nd i nt e r pr e ta bi li ty .     2.1.    G e n e r al  ap p r oac h  an d  j u s t if ic at io n  of  t h e  h yb r id  m od e l   T he   s tu dy   w a s   m ot iv a te by  th e   n e e to   c on s tr uc a   di gi ta c ogni ti ve   in te r ve nt io th a c oul be   s im ul ta ne ous ly   in te r pr e ta bl e a c c e s s ib le a nd  e m pi r ic a ll te s t a bl e   in   r e a l - w or ld   c ondi ti ons   in vol vi ng  ol de r   a dul ts P r e vi ous   r e s e a r c h   ha s   doc um e nt e d   th e   li m it a ti ons   of   opa que   bl a c k - box  m ode ls   in   he a lt h - r e la te de c is io s uppor t,   pa r ti c ul a r ly   w he r e c om m e nda ti ons   a f f e c vu ln e r a bl e   popula ti ons F or   th is   r e a s on,  a   hy br id   m ode li n s tr a t e gy  w a s   s e le c t e d,  c om bi ni ng  a   M L P   w it s y m bo li c   r e a s oni ng  a nd  S H A P - ba s e e xpl a in a bi li ty .   T hi s   c hoi c e   r e s po nds   t e vi d e nc e   hi ghl i ght in th e   im por t a nc e   of   tr a c e a bi li ty   a nd  u s e r - c e nt e r e tr a n s p a r e n c w he n m a c hi ne   le a r ni ng m ode l s   a r e  a ppl i e d t o t a bul a r  c ogni ti v e   a nd be h a vi or a d a ta   [ 1 3] [ 15] , [ 1 8] , [ 21] [ 23] .   M e th odol ogi c a ll y,  th e   pr oc e s s   unf ol de in   s u c c e s s iv e   s ta ge s :   in it ia in te r f a c e   de s ig in f or m e by  us e r - c e nt e r e c r it e r ia I nt e gr a ti on  of   e xpe r t - de f in e s ym bol ic   r ul e s a ut om a te d   pe r s ona li z a ti on  th r ough  n e ur a pr e di c ti on,  a nd  s ubs e que nt   in te r pr e ta ti on  of   m ode out put s   us in X A I   te c hni que s F ig ur e   s um m a r iz e s   th is   s e que nc e ,   il lu s tr a ti ng  th e   pr ogr e s s io f r om   pr obl e m   f or m ul a t io to   c om put a ti ona a na ly s is   a nd  c ogni ti ve   out c om e  i nt e r pr e ta ti on.     2.2.    A p p li c at io n  d e ve lo p m e n t  an d  f u n c t io n al  ar c h it e c t u r e   T he   a ppl ic a ti on  w a s   de ve lo pe a s   a   c r os s - pl a tf or m   w e to ol   in te nde to   a c c om m oda te   he te r oge ne ous   le ve ls   of   di gi ta li te r a c a m ong  o ld e r   us e r s D e s i gn  de c is io n s   pr io r it iz e vi s ua s im pl i c it y,   r e duc e i nt e r a c ti on   c om pl e xi ty ,   a n s ta b le   na vi ga ti o p a tt e r n s w it h   th e   a im   of   m in im i z in g   c og ni ti v e   a nd  ope r a ti ona lo a dur in r e pe a te d s e s s io n s T he s e   d e s i gn  c hoi c e s   w e r e   it e r a ti ve ly   r e f in e th r ough  u s e r - c e nt e r e d   s e s s i ons c ons is t e nt   w it e vi d e nc e   in di c a ti ng   th a t   a c c e s s ib il it a nd   in t e r a c ti on  c la r it y   in f lu e nc e   s u s ta in e d   e nga g e m e nt  a nd out c om e   s ta bi l it y i di gi t a c ogni ti v e  i nt e r ve nt i ons   [ 6] [ 9] , [ 13] , [ 2 3] , [ 24] , [ 35] , [ 36] .   F r om   a   te c hni c a l   s ta ndpoint th e   ba c ke nd  w a s   im pl e m e nt e u s i ng  D ja ngo  3.2   w it P yt hon  3.9,   w hi le   th e   f r ont e nd  r e li e on  H T M L 5,  C S S 3,  a nd J a va S c r ip t.   A da pt iv e   s e s s io ge n e r a ti on  w a s   s uppor te th r ough  a n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       I nt e r pr e ta bl e  ar ti fi c ia in te ll ig e nc e   s y s t e m  f or  pe r s onal iz e d c og ni ti v e  s ti m ul at io n ( R ubé n B ae na - N av ar r o)   167   M L P - ba s e r e c om m e nda ti on  m odul e ,   c om pl e m e nt e d   by  a   r ul e - ba s e e ngi n e   gr ounde in   e s t a bl is he d   ne ur ops yc hol ogi c a pr in c ip le s F ig ur e s   a nd  il lu s tr a te   th e   r e gi s tr a ti on  in te r f a c e   a nd  r e pr e s e nt a ti ve   c ogni ti ve   a c ti vi ti e s r e f le c ti ng  th e   a ppl ic a ti on  of   us e r - c e nt e r e d   de s ig c r it e r ia   th r oughout  de ve lo pm e nt T he   c om pl e te   te c hni c a a r c hi te c tu r e c ove r in da ta   in ge s ti on,  pr e di c ti ve   m ode li ng,  s ym bol ic   c ons tr a in ts a nd   S H A P - ba s e d e xpl a in a bi li ty is  pr e s e nt e d i n F ig ur e  4.             F ig ur e  1. F lo w c ha r of  t he  m e th odol ogi c a pr oc e s s  f or  t he   de ve lo pm e nt  a nd e va lu a ti on of  t he  w e b a ppl ic a ti on i n ol de r  a dul ts     F ig ur e  2. R e gi s tr a ti on s c r e e n of  t he   w e b a ppl ic a ti on           F ig ur e  3. C ogni ti ve  a c ti vi ti e s  i n t he  w e b a ppl ic a ti on           F ig ur e  4. P ip e li ne  i nt e gr a ti ng da ta  f us io n, m a c hi ne  l e a r ni ng mode ls , S H A P  e xpl a in a bi li ty , a nd pe r s ona li z e c ogni ti ve  i nt e r ve nt io ns       2.3.  P op u la t io n  an d  e xp e r im e n t al  p r ot oc ol   T he   s tu dy  in vol ve 150  pa r ti c ip a nt s   a g e 65  ye a r s   a nd  ol de r r e c r ui te th r ough  pur pos iv e   s a m pl in a nd  s c r e e n e f or   e li gi bi li ty   us in th e   m in i - m e nt a s ta t e   e xa m i na ti on  ( M M S E ) P a r ti c ip a nt s   w e r e   a s s ig ne to   a in te r ve nt io gr oup  ( n= 69)   or   a   c ont r o gr oup  ( n= 81)   f ol lo w in s tr a ti f ic a ti on  by  a ge   a nd  e duc a ti ona le ve l   to   r e duc e   ba s e li ne   im ba la n c e   [ 27] T h e   in te r ve nt io gr oup   c om pl e te a   24 - w e e c ogni ti ve   s ti m ul a ti on  pr ogr a m   de li ve r e th r ough  th e   w e a ppl ic a ti on,  w he r e a s   th e   c ont r ol   gr oup  f ol lo w e th e   s a m e   a s s e s s m e nt   s c he dul e  but  r e c e iv e d non - pe r s ona li z e d a c ti vi ti e s  w it hout  a da pt iv e  t a s k a ll oc a ti on.   T h e   a n a ly ti c a l   da ta s e t   i nc lu d e d   onl y   no n - i nv a s iv e   v a r i a bl e s ,   s u c h   a s   s oc io de m ogr a p hi c   a tt r i but e s ,   ba s e li ne   a nd   p o s t - i nt e r v e nt io c o gni ti v e   s c or e s a n d   in te r a c ti o i nd ic a to r s   de r iv e d   f r o m   s ys te m   lo g s T hi s   s e le c t io n   is   c o n s i s t e nt   w it e s t a b li s h e d   a ppr o a c he s   i th e   e v a lu a t io n   of   di gi t a l   h e a lt h   a nd   e du c a ti on a in t e r v e nt io ns w h e r e   b e h a v io r a l   e ng a g e m e nt   a nd   pr e po s t   c o gni t iv e   c h a n ge   c on s t it u te s   pr i m a r a n a l yt i c a di m e n s i on s   [ 5] [ 7] ,  [ 1 3] [ 22] , [ 32] T h e   M M S E   w a s  a dm i ni s t e r e d pr io r   to   gr o up  a s s ig nm e nt  t o  e n s ur e   c o gni ti v e   e li gi b il it y,  a n d o nl y  p a r ti c i pa nt s  w it h in  t he  nor m a c og ni t iv e  r a ng e  w e r e  i n c l ud e [ 28] , [ 3 7] R a nd om i z a ti on  w a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll , V ol 15 , N o.  1 F e br ua r y   20 26 164 - 176   168   im pl e m e n te d u s in g   a  c om put e r - ba s e d   g e n e r a t or  a f t e r  s tr a ti f ic a t io n,   a nd  a ll   v a r i a b le s   u s e d   i n   s ub s e q ue nt   a na ly s e s   w e r e   de r iv e d  f r om  b a s e li n e   a s s e s s m e n ts po s t - in t e r v e n ti o s c or e s , a nd  r e c o r d e in t e r a c ti o da t a   [ 27] .       2.4.  Hyb r id  m od e an d  i n t e gr at e d  e xp la in a b il it y   T he   c om put a ti ona a r c hi te c tu r e   w a s   or ga ni z e a r ound  a   hybr id   f r a m e w or in te gr a ti ng  ne ur a l   pr e di c ti on,  s ym bol ic   r e a s oni ng,  a nd  e xpl a in a bl e   m a c hi ne   le a r ni ng.  T he   pr e di c ti ve   c om pone nt   c ons is te of   a M L P   tr a in e on  ta bul a r   f e a tu r e s   to   e s ti m a te   th e   pr oba bi li ty   of   a c hi e vi ng  a   m e a ni ngf ul   c ogni ti ve   im pr ove m e nt   r e la ti ve   to   ba s e li ne T hi s   f o r m u la t io e na bl e s   th e   c a p tu r e   of   nonl in e a r   r e la t io ns hi p s   be tw e e d e m o gr a ph ic   va r i a b le s in it i a c o gn it iv e  s c or e s , a n d e ng a g e m e n p a tt e r ns w it h out  a s s um in g c l in i c a c a u s a li t [ 2 5] [ 26] [ 2 8] .   M ode pa r a m e te r s   w e r e   opt im iz e u s in a   K - f ol c r os s - va li da ti on  s c he m e   to   pr om ot e   ge ne r a li z a ti on  a nd   r e duc e  va r ia nc e T he  opt im iz a ti on pr oc e s s  i s  f or m a li z e d i n ( 1) .     =  1 ( , ) = 1   ( 1)     W he r e   θ   de not e s   th e   m ode p a r a m e te r s   is   th e   tr a in in s e in   t he   k - th   f ol d a nd  L   is   th e   lo s s   f unc ti on   us e d dur in g opti m iz a ti on.   E a c ne ur on  in   th e   ne twor pr oc e s s e s   in put s   th r ough  a   nonl in e a r   a c ti va ti on  a ppl ie to   a   w e ig ht e d   s um  of  f e a tu r e s , a s  de s c r ib e d i n ( 2) .     = (  = 1 + )   ( 2)     W he r e     a r e  t he  i nput s    th e  w e ig ht s   th e  bi a s  t e r m , a nd  σ  t he  a c t iv a ti on f unc ti on.   T he   s ym bol ic   r e a s oni ng  la ye r   w a s   im pl e m e nt e d   th r ough  a   r ul e - ba s e d   s ys t e m   de r iv e d   f r om   ne ur ops yc hol ogi c a pa tt e r ns ,   c ons tr a in in ta s r e c om m e nda ti o ns   by  e nf or c in s e m a nt ic   a li gnm e nt   b e twe e n   us e r   pr of il e s   a nd  c ogni ti ve   dom a in s T hi s   m e c ha ni s m   c om pl e m e nt s   th e   pr e di c ti ve   s ig na w it in te r pr e ta bl e   de c is io lo gi c A lg or it hm   s um m a r iz e s   th e   n e ur o - s ym bol ic   a c ti vi ty   s e l e c ti on  pr oc e s s a nd  th e   c om pl e te   hybr id  a r c hi te c tu r e  i s  i ll us tr a te d i n F ig ur e  5.     A lg or it hm  1 .   P e r s ona li z e a c ti vi ty  r e c om m e nda ti on w it h hybr id  ne ur o - s ym bol ic  r e a s oni ng   I nput U s e r  da ta  ( a ge , e duc a ti on, M M S E  s c or e , s e s s io n hi s to r y)   O ut put E xpl a in a bl e  pe r s ona li z e d c ogni ti ve  a c ti vi ty   1.   A na ly z e  t he  us e r s  ba s e li ne  pr of il e  us in g t he  t r a in e d M L P  m ode l.   2.   E s ti m a te  t he  pr oba bi li ty  of  i m pr ove m e nt  i n t a r ge te d c ogni ti ve  d om a in s .   3.   A ppl y s ym bol ic  r ul e s  t o a s s e s s  s e m a nt ic  c ons i s te nc y be twe e n t a s k r e c om m e nda ti ons   a nd us e r  a tt r ib ut e s .   4.   C om put e  f e a tu r e - le ve c ont r ib ut io ns  us in g S H A P .   5.   D is pl a y l oc a e xpl a na ti on s  a nd c la s s if y t he m  a s :   i)   A li gne d w it h ne ur ops yc hol ogi c a knowle dge .   ii)   I nc ons is te nt r e qui r e s  r ul e  r e f in e m e nt .   6.   A s s ig n t he  c ogni ti ve  t a s k a nd r e gi s te r  us e r  f e e dba c k.   7.   U pda te   s y s te m   be li e f s   a nd   lo de te c te in c on s is te nc ie s   f or   of f li ne   r e vi e w a ny  m ode r e tr a in in i s   pe r f or m e d outs id e  t he  e xpe r im e nt a e va lu a ti on pha s e  t o pr e s e r v e  a na ly ti c a va li di ty .           F ig ur e  5. D a ta - le ve l   f us io n a nd hybr id  c ogni ti ve  m ode li ng pipe li ne  w it h e xpl a in a bl e  a nd  r ul e - ba s e   de c is io n s uppor t       2.5.  Com p u t at io n al  an al ys is  an d  p e r f or m an c e   m e t r ic s   T he   pr e di c ti ve   pi pe li ne   w a s   im pl e m e nt e d   in   P yt hon   u s in g   th e   S c ik it - l e a r n   li br a r y   [ 38] m od e pe r f or m a n c e   w a s   e v a lu a t e u s in pr e c is io n,  r e c a ll F 1 - s c or e a nd  th e   a r e a   und e r   th e   c ur v e   ( A U C )   [ 5] [ 7] C ogni ti ve   im pr ov e m e nt   w a s   ope r a ti on a li z e a s   P e r c e nt a ge _I m pr ove m e nt de f in e a s   th e   r e l a ti v e   c ha ng e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       I nt e r pr e ta bl e  ar ti fi c ia in te ll ig e nc e   s y s t e m  f or  pe r s onal iz e d c og ni ti v e  s ti m ul at io n ( R ubé n B ae na - N av ar r o)   169   be twe e p os t - in te r v e nt io a nd  b a s e li n e   s c or e s F or   c la s s if ic a ti on,  pa r t ic ip a nt s   w e r e   la be l e a s   e xhi bi ti ng  s ig ni f i c a nt   im pr ov e m e nt   w he n   th e ir   pe r c e n ta g e _i m pr ov e m e n e x c e e de d   a   th r e s hol d e f in e d   w it hi e a c tr a in in g f ol a s  t he  c ont r ol - gr ou p m e a n pl u s  one   s t a nda r de vi a t io n, pr e v e nt in g i nf or m a ti on l e a ka ge T he   A U C   w a s  c om put e d  us in a  pa ir w is e   c om p a r is o n be t w e e n po s it i ve   a n d ne g a ti v e  pr e d ic ti o ns ,  a s  d e s c r ib e d  i n ( 3) .     = 1   ×   ( > )   = 1   = 1   ( 3)     W he r e   I   is   th e   in di c a to r   f unc ti on  th a t   e qua ls   if   th e   s c or e   f or   p os it iv e   in s ta n c e   is   gr e a te r   th a n   f or   ne ga ti ve   in s ta nc e   N  i s  t he  numbe r  of  s a m pl e s  i n e a c h gr oup.   P os hoc   e xpl a in a bi li ty   a na ly s is   w a s   c onduc te us in S H A P   to   qua nt if f e a tu r e - le ve c ont r ib ut io ns   to   m ode out put s R e s ul ts   w e r e   vi s ua li z e th r ough  w a te r f a ll   pl ot s   a nd  he a tm a ps   a s   s how in   F ig ur e   6,  e na bl in in di vi dua l - le ve in te r pr e ta ti on  c ons is te nt   w it c ur r e nt   X A I   pr a c ti c e s   [ 18] [ 21] .   T e xpl or e   he te r oge ne it in   in te r ve nt io r e s pon s e a   hi e r a r c hi c a c lu s te r i ng  a lg or it hm   w a s   a ppl ie d   to   pos t - in te r ve nt io im pr ove m e nt   a nd  e nga ge m e nt   pr of il e s T he   r e s ul ti ng  c lu s t e r   m a p   as   s how n   in   F ig ur e   7,  hi ghl ig ht s   di f f e r e nt ia te r e s pons e   pa tt e r ns   a s s oc ia t e w it a ge   a nd  e duc a t io na le ve l,   in   li ne   w it h   pr e vi ous   e vi de nc e   on   va r ia bi li ty  a nd pla s ti c it y i n c ogni ti ve  a gi ng  [ 15] , [ 23] .           F ig ur e  6. P r oc e s s  of  S H A P - ba s e e xpl a in a bi li ty  i n m a c hi ne  l e a r ni ng mode ls           F ig ur e  7. H e a tm a p a na ly s is  of  c ogni ti ve  i m pr ove m e nt  a c r os s  a g e , ge nde r , a nd e duc a ti ona le v e s ubgr oups       2.6.    E t h ic al  c on s id e r at io n s   T he   s tu dy   a dhe r e to   in te r na ti ona e th ic a s ta nd a r ds   f or   n on - in va s iv e   r e s e a r c h,   in c lu di ng  th e   D e c la r a ti on  of   H e l s in ki th e   B e lm ont   R e por t,   a nd  th e   U N E S C O   U ni ve r s a l   D e c la r a ti on  on   B io e th ic s   a nd   H um a R ig ht s N c li ni c a pr oc e dur e s   or   bi om e di c a da ta   c ol le c ti on  w e r e   in vol ve d,  a nd  th e   in te r ve nt io pos e no   f or e s e e a bl e   r is to   pa r ti c ip a nt s   [ 30] [ 39] P a r ti c ip a ti on  w a s   vol unt a r y,  w it in f or m e c on s e nt   obt a in e a nd  e le c tr oni c a ll r e c or de d.  O nl a nonymi z e in te r a c ti on  da ta   w e r e   s to r e a nd  a na ly z e d,  e n s ur in c om pl ia nc e  w it h c onf id e nt ia li ty  a nd da ta  pr ot e c ti on pr in c ip le s   [ 29] . G iv e n t he s e  c ha r a c te r is ti c s , t he  s tu dy w a s   c onduc te unde r   a   m in im a l - r is f r a m e w or c ons i s te nt   w it c ur r e nt   gui da nc e   f or   e th ic s   r e vi e w   in   di gi ta he a lt h a nd e duc a ti ona r e s e a r c [ 29] , [ 30 ] , w it h  i nt e r na a udi ts   c onf ir m in g a li gnm e nt  w it h pr opo r ti ona li ty  a nd   in s ti tu ti ona pol ic ie s   [ 40] .       3.   R E S U L T S  A N D  D I S C U S S I O N   T he   pos t - in te r ve nt io a s s e s s m e nt   c onduc te a f te r   th e   24 - w e e pe r io s how e c le a r   di f f e r e nc e s   in   c ogni ti ve   im pr ove m e nt   be twe e n   pa r ti c ip a nt s   a ll oc a te to   th e   in te r ve nt io gr oup  a nd  th os e   in   th e   c ont r ol   gr oup.  R e s ul ts   f r om   th e   in de pe nd e nt   s a m pl e s   t - te s in di c a te a   s ta ti s ti c a ll y   s ig ni f ic a nt   s e pa r a ti on  in   im pr ove m e nt   s c or e s   ( p< 0.05) poi nt in to   a   s ta bl e   a s s oc ia t io be twe e s us ta in e in te r a c ti on  w it th e   pe r s ona li z e di gi ta a ppl ic a ti on  a nd  hi ghe r   ob s e r ve c ogni ti ve   ga in s   a m ong  ol de r   a dul ts T he s e   obs e r va ti ons   a r e   c ons is te nt   w it pr e vi ous   e vi de nc e   s ugg e s ti ng  th a th e   e f f e c ti ve ne s s   of   te c hnol ogy - ba s e c ogni ti ve   in te r ve nt io ns  i s  c lo s e ly  l in ke d t o c ont in ui ty  of  us e  a nd  e nga ge m e nt  i nt e ns it [ 4] , [ 12] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll , V ol 15 , N o.  1 F e br ua r y   20 26 164 - 176   170   F r om   a   qua nt it a ti ve   s ta ndpoint pa r ti c ip a nt s   a s s ig ne to   th e   in t e r ve nt io gr oup  a c hi e ve a a ve r a ge   c ogni ti ve   im pr ove m e nt   of   37% ,   w he r e a s   th e   c ont r ol   gr oup   e xh ib it e a   m e a in c r e a s e   of   a ppr oxi m a te ly   10% .   A s   il lu s tr a te in   F ig ur e   8,  th e   di s tr ib ut io of   pe r c e nt a ge   im pr ove m e nt s   r e ve a ls   a   m a r ke r ig ht w a r di s pl a c e m e nt   f or   th e   in te r ve nt io gr oup,  r e f le c ti ng  a   hi ghe r   c onc e nt r a ti on  of   pos it iv e   out c om e s   unde r   a da pt iv e   di gi ta s ti m ul a ti on  r a th e r   th a s por a di c   or   non - pe r s ona li z e e xpos ur e .   A ddi ti ona in s ig ht   is   pr ovi de by  F ig ur e   9,  w hi c h   pr e s e nt s   a   c om pa r a ti ve   boxplot   of   c ogni ti v e   im pr ove m e nt   a c r os s   gr oups .   T h e   s e pa r a ti on  obs e r ve in   c e nt r a te nde nc a nd  di s p e r s io be twe e th e   in te r ve nt io a nd  c ont r ol   c ondi ti ons   a li gns   w it th e   in f e r e nt ia a na ly s is   a nd  s ugg e s ts   th a th e   de te c te d   di f f e r e nc e s   a r e   not   dr iv e by  is ol a te c a s e s I m por ta nt ly th is  pa tt e r n r e m a in s  obs e r va bl e  w h e n e duc a ti ona le v e is  not  us e d a s  a   s tr a ti f ic a ti on c r it e r io n.   T e m por a dyna m ic s   of   c ogni ti ve   pe r f or m a nc e   a r e  s how in   F ig ur e   10.  O ve r   th e   24 - w e e pe r io d,  th e   in te r ve nt io gr oup  f ol lo w e a   s te a di ly   a s c e ndi ng  tr a je c to r y,  w it a   not ic e a bl e   a c c e le r a ti on   a f te r   th e   in it ia l   w e e ks   of   e xpos ur e B c ont r a s t,   th e   c ont r ol   gr oup  di s pl a ye a   m or e   gr a dua pr ogr e s s io th a te nde to   s ta bi li z e   e a r li e r W hi le   c a u s a in f e r e nc e   i s   not   im pl ie d,  th is   di ve r ge nc e   s ugge s ts   th a a d a pt iv e   s e qu e nc in a nd   pe r s ona li z a ti on ma y pl a y a  r ol e  i n s u s ta in in g e nga ge m e nt   a nd i nc r e m e nt a im pr ove m e nt  ove r  t im e .           F ig ur e  8. D is tr ib ut io n of  pe r c e nt a ge  i m pr ove m e nt  i n c ogni ti ve  s c or e s             F ig ur e  9. C om pa r is on of  pe r c e nt a ge  i m pr ove m e nt  i c ogni ti ve  s c or e s     F ig ur e  10. E vol ut io n o f  c ogni ti ve  s c or e s  ove r  24  w e e ks       A   de s c r ip ti ve   s ubgr oup  a na ly s is   w a s   c onduc te to   e xpl or e   di f f e r e nc e s   a s s oc ia te w it e duc a ti ona l   le ve l.   A s   s um m a r iz e in   T a bl e   2,  pa r ti c ip a nt s   w it hi ghe r   e d uc a ti ona a tt a in m e nt   e xhi bi te s li ght ly   gr e a te r   a bs ol ut e   ga in s   in   po s t - pr e   c ogni ti ve   s c or e s   a c r os s   bot s tu dy  a r m s T he s e   va lu e s   a r e   r e por te to   c ha r a c te r iz e   obs e r ve d t e nde nc ie s  a nd a r e  not  i nt e nde d t s uppor in de pe nde nt  i nf e r e nt ia c la im s .   R e la ti ons hi ps   a m ong  c ogni ti ve   im pr ove m e nt   a nd   be ha vi or a va r ia bl e s   w e r e   f ur th e r   e xa m in e d   th r ough  c or r e la ti on  a na ly s is .   F ig ur e   11  de pi c ts   c or r e la ti on  he a t m a ps   f or   bot gr oups F ig ur e   11( a )   r e pr e s e nt s   th e   c ont r ol   gr oup,   w he r e a s   F ig ur e   11( b )   r e pr e s e nt s   th e   in te r ve nt io gr oup.   W it h in   th e   in te r ve nt io gr oup,   a   s tr ong  pos it iv e   c or r e la ti on  ( r = 0.72)   w a s   id e nt if ie be twe e im pr ove m e nt   s c or e s   a nd  th e   pr opor ti on  o f   c om pl e te di gi ta ta s k s T hi s   a s s oc ia ti on  s ugge s t s   th a hi ghe r   a dhe r e nc e   le ve l s   te nd  to   c oi nc id e   w it gr e a t e r   obs e r ve d ga in s , i n l in e  w it h pr e vi ous   f in di ngs  e m pha s iz in g e nga ge m e nt  a s  a  r e le va nt  be ha vi or a di m e ns io n i n   di gi ta c ogni ti ve  i nt e r ve nt io ns   [ 25] , [ 41] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       I nt e r pr e ta bl e  ar ti fi c ia in te ll ig e nc e   s y s t e m  f or  pe r s onal iz e d c og ni ti v e  s ti m ul at io n ( R ubé n B ae na - N av ar r o)   171   T a bl e  2. M e a n a nd  s ta nda r d de vi a ti on of  a bs ol ut e  c ogni ti ve   s c o r e  i m pr ove m e nt  by e duc a ti ona le ve l   G r oup   E duc a t i ona l  l e ve l   M e a n i m pr ove m e nt   S t a nda r d de vi a t i on   I nt e r ve nt i on   B a s i c  or   l ow e r   8.7   0.50   I nt e r ve nt i on   H i ghe r   9.2   0.40   C ont r ol   B a s i c  or   l ow e r   5.5   0.45   C ont r ol   H i ghe r   5.9   0.35           ( a )   ( b)     F ig ur e  1 1 C or r e la ti o h e a tm a p s  of   c o g ni ti v e   im pr ov e m e nt   v a r i a bl e s ( a )   c on tr ol   gr o u p   a nd   ( b)   i nt e r v e n ti o gr ou p       T he  pr e di c ti ve  c a pa c it y of  t he  M L P  m ode w a s  a s s e s s e d us in g s tr a ti f ie d K - f o ld  c r os s - va li da ti on w it h   out - of - f o ld  pr e di c ti ons . A s  s how n i n F ig ur e  12, the  m ode r e a c he d a n A U C  of  0.91, indi c a ti ng a  s tr ong a bi li ty   to   di s c r im in a te   be twe e pa r ti c ip a nt s   w it hi ghe r   a nd   lo w e r   le ve ls   of   c ogni ti ve   im p r ove m e nt T hi s   pe r f or m a nc e   is   c om pa r a bl e   to a nd  in   s om e   c a s e s   e xc e e d s ,   va lu e s   r e por te in   r e c e nt   s tu di e s   a ppl yi ng  e xpl a in a bl e  m a c hi ne  l e a r ni ng t o s m a ll  s tr uc tu r e d c ogni ti ve  da ta s e ts   [ 3] , [ 14] , [ 15] .   T c ont e xt ua l iz e   th i s   r e s ul t,   t he   M L P   m ode w a s   c om p a r e w it s up por ve c to r   m a c hi ne   ( S V M )   a nd  r a ndom f or e s ( R F )  c la s s if ie r s T a bl e  3  s um m a r i z e s  t h e  c om pa r a ti ve  m e tr i c s . A c r os s  a c c ur a c y , r e c a ll , F 1 - s c or e ,   a nd  A U C th e   hy br id   M L P   c onf ig ur a ti on  c on s i s te nt ly   o ut pe r f or m e th e   a lt e r n a ti v e   m o de l s s up por ti ng   it s   s ui ta bi li ty  f or  a d a pt iv e  c ogni ti v e  p e r s o na li z a ti o n w it hi n t h e  e xpe r im e nt a l  c on di ti on s   c on s id e r e [ 41] ,  [ 42] .   F ig ur e   13  p r ovi de s   a   s tr uc tu r a r e p r e s e nt a ti on  of   th e   M L P   a r c hi te c tu r e   e m pl oye in   th is   s tu dy,   hi ghl ig ht in in te r a c ti ons   be twe e de m ogr a phi c   va r ia bl e s ba s e li ne   c ogni ti ve   s c or e s a nd  hi dde la ye r s T hi s   c onf ig ur a ti on  s uppor ts   nonl in e a r   a da pt a ti on  of   ta s r e c om m e nda ti ons W hi le   r e m a in in c om pa ti bl e   w it e xpl a in a bi li ty  m e c ha ni s m s  t ha a ll ow  i ns pe c ti on of  i nt e r na de c i s io n pa th w a ys   [ 24] , [ 38] , [ 43] .           F ig ur e   12 R e c e iv e r   op e r a ti ng  c h a r a c te r i s ti c   c ur ve   of  t h e   M L P  m ode f or   c o gni ti v e   im pr ov e m e nt  c la s s if ic a t io n   us in g  o ut - of - f ol d pr e di c ti o n s  ( A U C   =  0. 91)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll , V ol 15 , N o.  1 F e br ua r y   20 26 164 - 176   172   T a bl e  3. C om pa r is on of  m a c hi n e  l e a r ni ng mode ls   M ode l   A c c ur a c y ( % )   R e c a l l  ( % )   F1 - s c or e   AUC   M L P   87.2   85.1   86.0   0.91   S V M   84.5   82.3   83.2   0.88   RF   85.9   83.7   84.5   0.89           F ig ur e  13. S tr uc tu r a di a gr a m  o f  t he  M L P  m ode a ppl ie d t o c ogni ti ve  pe r s ona li z a ti on       R e s pons e   he te r oge ne it w a s   e xpl or e th r ough  hi e r a r c hi c a c l us te r in g.  A s   il lu s tr a te in   F ig u r e   14,   hi gh - im pr ove m e nt   pr of il e s   w e r e   m or e   f r e que nt ly   a s s oc ia te w i th   younge r   a ge   r a nge s   a nd  hi ghe r   e duc a ti ona l   le ve ls T h e   s e gm e nt e he a tm a r e ve a ls   di f f e r e nt ia te r e s pons e   pa tt e r ns   th a m a in f or m   f ut ur e   s tr a ti f ie or   a da pt iv e  i nt e r ve nt io n de s ig ns .           F ig ur e  14. He a tm a p of  c ogni ti ve  i m pr ove m e nt  by a ge , ge nde r , a nd e duc a ti ona le ve l       T a ke to ge th e r th e   r e s ul ts   in di c a te   c ons is te nt   pa tt e r ns   of   c ogni ti ve   im pr ove m e nt   f ol lo w in th e   im pl e m e nt a ti on  of   a   pe r s ona li z e di gi ta in te r ve nt io gui de by  a   hybr id   AI   f r a m e w or k.  A lt hough  th e   obs e r ve di f f e r e nc e s   a r e   s ta ti s ti c a ll s ig ni f ic a nt   a nd  br oa dl y   a li gne w it tr e nds   r e por te in   th e   li te r a tu r e th e ir   in te r pr e ta ti on  s houl r e m a in   w it hi th e   s c op e   of   a ppl ie a nd  e xpl or a to r r e s e a r c h.   I s s ue s   r e la te to     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       I nt e r pr e ta bl e  ar ti fi c ia in te ll ig e nc e   s y s t e m  f or  pe r s onal iz e d c og ni ti v e  s ti m ul at io n ( R ubé n B ae na - N av ar r o)   173   lo ng - te r m   s us ta in a bi li ty r e te nt io o f   ga in s a nd  tr a ns f e r a bi li ty   to   na tu r a li s ti c   c li ni c a or   c om m uni ty   s e tt in gs   r e m a in  ope n f or  f ur th e r  i nve s ti ga ti on  [ 20 ] , [ 21] [ 23] , [ 28] .   F r om   a a r c hi te c t u r a pe r s pe c ti ve ,   th e   o pe r a t io n a in te g r a ti o o f   a   M L P e xpe r t - dr iv e s y m b ol ic   r e a s o ni ng a n S H A P - ba s e e xp la in a b i li ty   di s ti ngu is he s   t he   p r op os e d   a p pr oa c h   f r om   p r i or   n on - c l in ic a l   c ogn it iv e   s t im ul a ti on  s ys te m s .   W h il e   e a c c o m p one nt   ha s   b e e e xa m in e in de pe n de n tl in   e a r li e r   w o r k ,   th e ir   c om bi ne a pp li c a t io e na bl e s   bot a d a p ti v e   pe r s o na l i z a ti on  a nd  tr a ns pa r e nt   in s pe c t io o f   m ode l   be ha vi o r r e s p on di n to   i nc r e a s i ng   de m a n ds   f o r   i nt e r p r e ta bi l it in   he a l th - r e la te d   a n e duc a t io n a l   A I   s ys te m s   [ 13 ] [ 1 8] [ 2 2] .   W it r e s pe c t   t pr e di c t iv e   pe r f o r m a nc e th e   m ode a c hi e ve a c c u r a c y r e c a ll ,     F1 - s c o r e a n A U C   va l ue s   t ha f a ll   w i th in   th e   uppe r   r a n ge   r e p or te in   c om pa r a b le   in ve s ti ga ti o ns   us in g   s tr uc t ur e c ogn it iv e   da ta   [ 1 5] [ 24 ] [ 27 ] A th e   s a m e   t im e t h e s e   r e s ul ts   m us be   in te r p r e te i l ig ht   o f   t he   s tu d y’ s   m o de r a te   s a m pl e   s iz e s i x - m o nt h   in te r ve nt io h or iz o n a nd   c on t r o ll e d ig it a de pl oy m e n t.   B r o a de r   ge ne r a l iz a ti on   w il l   de pe n on   f u tu r e   s t ud ie s   de s ig ne d   t o   e va lu a te   r o bus tn e s s   a c r os s   pop ul a ti ons   w it h   f u nc t io na l  di ve r s i ty , c ul tu r a l  va r ia b il it y, a nd  he te r og e ne ous   te c hno lo gi c a c on di ti ons .   E duc a ti ona le ve e m e r ge a s   a   r e le va nt   m ode r a ti ng  f a c to r w it hi ghe r   a ve r a ge   ga in s   ob s e r ve a m ong  pa r ti c ip a nt s   w it hi ghe r   e duc a ti ona a tt a in m e nt T hi s   te nde nc a li gns   w it e s ta bl is he di s c us s io ns   on   c ogni ti ve   r e s e r ve   a nd  di f f e r e nt ia r e s pons iv e ne s s   to   c ogni ti ve   s ti m ul a ti on  [ 3] [ 23] [ 41 ] N e ve r th e le s s th e   pr e s e nc e   of   m e a s ur a bl e   im pr ove m e nt s   a m ong  pa r ti c ip a nt s   w i th   ba s ic   e duc a ti ona le ve ls   s ugge s ts   th a th e   s ys te m   r e ta in s   a   de gr e e   of   f unc ti ona a da pt a bi li ty   th a m a be   r e le va nt   f or   vul ne r a bl e   popula ti ons pr ovi de th a ba s e li ne  c ondi ti ons  of  a c c e s s ib il it y a nd digi ta in c lu s io n a r e  e ns ur e [ 6] , [ 12] .   A not he r   di m e ns io of   in te r e s t   is   th e   a s s oc ia ti on   be twe e n   pl a tf or m   a dhe r e nc e   a nd   obs e r ve c ogni ti ve   im pr ove m e nt   w it hi th e   in te r ve nt io gr oup.   S uppor te by  c or r e la ti on  a nd  he a tm a a na ly s e s th is   r e la ti ons hi p   in di c a te s   th a f r e que nc a nd  c ont in ui ty   of   us e   a r e   m e a ni ngf ul ly   r e la te to   out c om e   va r ia bi li ty A lt houg h   c a us a li ty   c a nnot   be   in f e r r e d,  th e   f in di ngs   r e in f or c e   th e   im por ta nc e   of   in c or por a ti ng  be ha vi or a us a g e   in di c a to r s  i nt o pr e di c ti ve  m ode li ng f r a m e w or ks  f or  di gi ta c ogn it iv e  i nt e r ve nt io ns   [ 9] , [ 10] .   F in a ll y,  f r om   th e   s ta ndpoint   of   a lg or it hm ic   t r a ns pa r e nc y,  th e   a ppl ic a ti on  of   S H A P   to   vi s ua li z e   f e a tu r e - le ve c ont r ib ut io ns   r e p r e s e nt s   a   s ubs ta nt iv e   m e th odol ogi c a a dva nt a ge T hi s   c a pa bi li ty   e na bl e s   e xpe r t   in s pe c ti on  of   m ode d e c is io n s   a nd   f a c il it a te s   a li gnm e nt   be tw e e a lg or it hm ic   out put s   a nd   dom a in   knowle dg e a ddr e s s in p e r s is te nt   c onc e r ns   r e ga r di ng  opa c it in   A I - a s s is te d   c ogni ti ve   a nd   e duc a ti ona s y s te m s   [ 13] [ 14] T he   c om pl e m e nt a r us e   of   c lu s te r in te c hni que s   f ur th e r   s uppor ts   th e   id e nt if ic a ti on  of   r e s pons e   pr of il e s ope ni ng  a ve nue s   f or   m or e   f in e ly   a da pt iv e   s ys t e m s   c a pa bl e   of   a dj us ti ng  in te r ve nt io s tr a te gi e s   to   in di vi dua c ogni ti ve  t r a je c to r ie s .   O ve r a ll w hi le   th is   s tu dy  do e s   not   a im   to   of f e r   de f in it iv e   s ol ut i ons it s   m e th odol ogi c a c onf ig ur a ti on,  e m pi r ic a gr ounding,  a nd  in te gr a ti ve   de s ig c ont r ib ut e   to   th e   gr ow in body  of   w or on  XAI   a ppl ie to   c ogni ti ve   he a lt h.  T he   f in di ngs   il lu s tr a te   th a it   is   f e a s ib le   to   de ve lo te c hni c a ll r obus a nd  in te r pr e ta bl e   di gi ta in te r ve nt io ns   w it hout   in tr oduc in g   e xc e s s iv e   c om put a ti ona c om pl e xi ty F ut ur e   r e s e a r c m a e xt e nd   th is   f r a m e w or by  e xpl or in a lt e r na ti ve   le a r ni ng  pa r a di g m s in c lu di ng  uns up e r vi s e d,  s e que nt ia l,   or   r e in f or c e m e nt - ba s e d a ppr oa c he s a s  l ongi tu di na us a g e  pa tt e r ns   c ont in ue  t o e vol ve .       4.   C O N C L U S I O N   T hi s   w or s how s   th a it   is   te c hni c a ll a nd  c onc e pt ua ll vi a bl e   to   e m be a   hybr id   AI   a r c hi te c tu r e   w it hi a   non - c li ni c a di gi ta c ogni ti ve   in te r ve nt io a im e a ol de r   a dul ts w it hout   s a c r if ic in in te r pr e ta bi li t y   or  pr a c ti c a f e a s ib il it y. R a th e r  t ha n e m pha s iz in g i s ol a te d pe r f or m a nc e  i ndi c a to r s , t he  c ont r ib ut io n of  t he  s tu dy  li e s   in   de m ons tr a ti ng  how   ne ur a pr e di c ti on,  s ym bol ic   r e a s oni n g,  a nd  e xpl a in a bi li ty   c a be   a r ti c ul a te in to   a   c ohe r e nt   m e th odol ogi c a c onf ig ur a ti on  th a s uppor ts   a da pt iv e   p e r s ona li z a ti on  w hi le   r e m a in in a c c e s s ib le   a nd   tr a ns pa r e nt T he   e m pi r ic a e vi de nc e   obt a in e s ugge s ts   th a t   s uc a a ppr oa c c a s us ta in   m e a ni ngf ul   c ogni ti ve   c ha nge   und e r   c ont r ol le c ondi ti ons a lt hough  it s   s c ope   r e m a in s   c ondi ti one d   by  th e   s tu dy  de s ig n,  s a m pl e   s iz e , a nd  in te r ve nt io dur a ti on.  I th is   s e ns e th e   r e s ul t s   s houl be   unde r s to od  a s   a  s tr uc tu r e poi nt   of   de pa r tu r e   r a th e r   th a n a s  a   c on c lu s iv e   e ndpoint of f e r in a   gr ounde ba s i s   f or   f ut ur e   in ve s ti ga ti ons   th a t   s e e to   r e f in e   e xpl a in a bl e us e r - c e nt e r e A I   s y s te m s   f or   c ogni ti ve   s u ppor in   c ont e xt s   w he r e   s c a la bi li ty in c lu s io n,  a nd e th ic a r e s pons ib il it y a r e  c e nt r a de s ig n c ons tr a in t.       A C K N O WL E D G M E N T S   T he   a ut hor s   a c knowle dge   th e   te c hni c a c ont r ib ut io ns   of   O be r   P r im e r a - C or r e a   a nd  J ua n   P é r e z - D ía z ,   unde r gr a dua te   a lu m ni   of   th e   D e pa r tm e nt   of   S ys te m s   a nd  T e l e c om m uni c a ti ons   E ngi ne e r in a U ni ve r s id a   de   C ór doba   a nd   f or m e r   m e m be r s   of   th e   R e s e a r c G r oup  on  F r e e   S of twa r e   a nd  G N U - L in ux,  w hos e   in vol ve m e nt   dur in th e   e a r ly   s ta ge s   of   th e   pr oj e c w a s   s tr ic tl l im it e to   s of twa r e   pr ogr a m m in a nd  in te r f a c e   de ve lo pm e nt  t a s ks .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.