Wavelet-based Gaussian-mixture hidden Markov model for the detection of multistage seizure dynamics: A proof-of-concept study
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Epilepsy is a common neurological disorder characterized by recurrent electrophysiological activities, known as seizures. Without the appropriate detection strategies, these seizure episodes can dramatically affect the quality of life for those afflicted. The rationale of this study is to develop an unsupervised algorithm for the detection of seizure states so that it may be implemented along with potential intervention strategies. METHODS: Hidden Markov model (HMM) was developed to interpret the state transitions of the in vitro rat hippocampal slice local field potentials (LFPs) during seizure episodes. It can be used to estimate the probability of state transitions and the corresponding characteristics of each state. Wavelet features were clustered and used to differentiate the electrophysiological characteristics at each corresponding HMM states. Using unsupervised training method, the HMM and the clustering parameters were obtained simultaneously. The HMM states were then assigned to the electrophysiological data using expert guided technique. Minimum redundancy maximum relevance (mRMR) analysis and Akaike Information Criterion (AICc) were applied to reduce the effect of over-fitting. The sensitivity, specificity and optimality index of chronic seizure detection were compared for various HMM topologies. The ability of distinguishing early and late tonic firing patterns prior to chronic seizures were also evaluated. RESULTS: Significant improvement in state detection performance was achieved when additional wavelet coefficient rates of change information were used as features. The final HMM topology obtained using mRMR and AICc was able to detect non-ictal (interictal), early and late tonic firing, chronic seizures and postictal activities. A mean sensitivity of 95.7%, mean specificity of 98.9% and optimality index of 0.995 in the detection of chronic seizures was achieved. The detection of early and late tonic firing was validated with experimental intracellular electrical recordings of seizures. CONCLUSIONS: The HMM implementation of a seizure dynamics detector is an improvement over existing approaches using visual detection and complexity measures. The subjectivity involved in partitioning the observed data prior to training can be eliminated. It can also decipher the probabilities of seizure state transitions using the magnitude and rate of change wavelet information of the LFPs.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».