Deep Learning With EEG Spectrograms in Rapid Eye Movement Behavior Disorder
Notice bibliographique
Résumé
REM Behavior Disorder (RBD) is now recognized as the prodromal stage of $\alpha$-synucleinopathies such as Parkinson's disease (PD). In this paper, we describe deep learning models for diagnosis/prognosis derived from a few minutes of eyes-closed resting electroencephalography data (EEG) collected at baseline from idiopathic RBD patients (n=121) and healthy controls (HC, n=91). A few years after the EEG acquisition ($4\pm 2$ years), a subset of the RBD patients were eventually diagnosed with either PD (n=14) or Dementia with Lewy bodies (DLB, n=13), while the rest remained idiopathic RBD. We describe first a simple deep convolutional neural network (DCNN) with a five-layer architecture combining filtering and pooling, which we train using stacked multi-channel EEG spectrograms from idiopathic patients and healthy controls. We treat the data as in audio or image classification problems where deep networks have proven successful by exploiting invariances and compositional features in the data. For comparison, we study a simple deep recurrent neural network (RNN) model using three stacked Long Short Term Memory network (LSTM) cells or gated-recurrent unit (GRU) cells---with very similar results. The performance of these networks typically reaches 80\% ($\pm 1$\%) classification accuracy in the balanced HC vs. PD-conversion classification problem. In particular, using data from the best single EEG channel, we obtain an area under the curve (AUC) of 87\% ($\pm 1$\%)---while avoiding spectral feature selection. The trained classifier can also be used to generate synthetic spectrograms using the {\em DeepDream} algorithm to study what time-frequency features are relevant for classification. \textcolor{red}{We find these to be bursts in the theta band together with a decrease of bursting in the alpha band in future RBD converters (i.e., converting to PD or DLB in the follow up) relative to HCs. From this first study, we conclude that deep networks may provide a useful tool for the analysis of EEG dynamics even from relatively small datasets, offering physiological insights and enabling the identification of clinically relevant biomarkers.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 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 ».