EEG data augmentation: towards class imbalance problem in sleep staging tasks
Notice bibliographique
Résumé
OBJECTIVE: Automatic sleep staging models suffer from an inherent class imbalance problem (CIP), which hinders the classifiers from achieving a better performance. To address this issue, we systematically studied sleep electroencephalogram data augmentation (DA) approaches. Furthermore, we modified and transferred novel DA approaches from related research fields, yielding new efficient ways to enhance sleep datasets. APPROACH: This study covers five DA methods, including repeating minority classes, morphological change, signal segmentation and recombination, dataset-to-dataset transfer, as well as generative adversarial network (GAN). We evaluated these mentioned DA methods by a sleep staging model on two datasets, the Montreal archive of sleep studies (MASS) and Sleep-EDF. We used a classification model with a typical convolutional neural network architecture to evaluate the effectiveness of the mentioned DA approaches. We also conducted a comprehensive analysis of these methods. MAIN RESULTS: The classification results showed that DA methods, especially DA by GAN, significantly improved the total classification performance in comparison with the baseline. The improvement of accuracy, F1 score and Cohen Kappa coefficient range from 0.90% to 3.79%, 0.73% to 3.48%, 2.61% to 5.43% on MASS and 1.36% to 4.79%, 1.47% to 4.23%, 2.22% to 4.04% on Sleep-EDF, respectively. DA methods improved the classification performance in most cases, whereas the performance of class N1 showed a subtle degradation in the F1 scores. SIGNIFICANCE: Overall, our study proved that DA approaches are efficient in alleviating CIP lying in sleep staging tasks. Meanwhile, this study provided avenues for further improving the sleep staging accuracy using DA methods.
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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 | 0,002 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».