A novel machine learning system for identifying sleep–wake states in mice
Notice bibliographique
Résumé
Research into sleep-wake behaviors relies on scoring sleep states, normally done by manual inspection of electroencephalogram (EEG) and electromyogram (EMG) recordings. This is a highly time-consuming process prone to inter-rater variability. When studying relationships between sleep and motor function, analyzing arousal states under a four-state system of active wake (AW), quiet wake (QW), nonrapid-eye-movement (NREM) sleep, and rapid-eye-movement (REM) sleep provides greater precision in behavioral analysis but is a more complex model for classification than the traditional three-state identification (wake, NREM, and REM sleep) usually used in rodent models. Characteristic features between sleep-wake states provide potential for the use of machine learning to automate classification. Here, we devised SleepEns, which uses a novel ensemble architecture, the time-series ensemble. SleepEns achieved 90% accuracy to the source expert, which was statistically similar to the performance of two other human experts. Considering the capacity for classification disagreements that are still physiologically reasonable, SleepEns had an acceptable performance of 99% accuracy, as determined blindly by the source expert. Classifications given by SleepEns also maintained similar sleep-wake characteristics compared to expert classifications, some of which were essential for sleep-wake identification. Hence, our approach achieves results comparable to human ability in a fraction of the time. This new machine-learning ensemble will significantly impact the ability of sleep researcher to detect and study sleep-wake behaviors in mice and potentially in humans.
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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) | 0,001 | 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 | 0,001 |
| 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 ».