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Enregistrement W3168287733 · doi:10.1096/fasebj.2021.35.s1.02796

Deep Learning Models Predict Dynamic Oxygen Uptake Responses from Wearable Sensor Data during Moderate‐ and Heavy‐Intensity Exercise

2021· article· en· W3168287733 sur OpenAlexafffund
Eric T. Hedge, Richard L. Hughson, Robert Amelard

Notice bibliographique

RevueThe FASEB Journal · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueCardiovascular and exercise physiology
Établissements canadiensResearch Institute for AgingUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésCardiorespiratory fitnessHeart rateWearable computerVentilation (architecture)SimulationRandom forestWork ratePseudorandom binary sequenceArtificial intelligenceIntensity (physics)Computer scienceRespiratory rateMachine learningMathematicsMedicineBinary numberPhysical therapyBlood pressureInternal medicinePhysicsMeteorologyEmbedded system

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Wearable technologies and artificial intelligence have enabled continuous and non‐intrusive cardiorespiratory monitoring. Machine learning techniques, such as random forest (RF) and long short‐term memory (LSTM) models, have been used to predict the oxygen uptake (V̇O 2 ) response to exercise, but their abilities to track V̇O 2 during changes in work rate lack precision. Here, we propose using a sequential deep learning model based on temporal convolutional networks (TCN) to estimate V̇O 2 from wearable sensor data. Twenty‐two healthy adults (9 females, age: 26±5 yr, peak V̇O 2 : 42±6 ml·min ‐1 ·kg ‐1 ) completed a 25 W·min ‐1 ramp cycling test to exhaustion, and a combination of 3 different pseudorandom binary sequence (PRBS) cycling tests to simulate non‐constant work rate exercise ranging from low to moderate, low to heavy, and ventilatory threshold to heavy‐intensity exercise, respectively. Breath‐by‐breath V̇O 2 was measured using a portable metabolic device, and wearable sensor data were simultaneously collected using a Hexoskin® sensor shirt. Work rate, heart rate, percent heart rate reserve, estimated minute ventilation, and breathing rate were used as model inputs to predict instantaneous V̇O 2 . Participant data were split into 3 groups to train (n=10), validate (n=7), and test (n=5) the newly proposed TCN model and previously reported RF and LSTM models. Repeated measures Bland‐Altman analysis (bias; 95% limits of agreement) revealed that the TCN model (‐1 ml·min ‐1 ; ‐237 to 235 ml·min ‐1 ) was more accurate at estimating the dynamic V̇O 2 responses to ramp and PRBS exercise than the LSTM (‐10 ml·min ‐1 ; ‐321 to 301 ml·min ‐1 ) and RF models (62 ml·min ‐1 ; ‐259 to 383 ml·min ‐1 ), despite containing fewer trainable parameters (63% and 97% reduction vs. LSTM and RF, respectively). These results suggest that the TCN model is more accurate and efficient at estimating V̇O 2 than other previously used machine learning models across a wide range of exercise intensities. Our findings are an important step in the development of a framework to non‐intrusively assess aerobic fitness levels and energy expenditure during real‐life situations outside of the laboratory without cumbersome equipment.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,011
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,033
Tête enseignante GPT0,255
Écart entre enseignants0,222 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2021
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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