1122 A Deep Learning Model for Inferring Sleep Stage from a Flexible Wireless Dual Sensor Wearable System Without EEG
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Introduction In-lab polysomnography (PSG) is costly and difficult to scale due to a need for specialized personnel for data acquisition and annotation. Numerous novel wearable devices without electroencephalography (EEG) have been developed to improve scalability of data acquisition. However, validated automated approaches to data annotation, including sleep staging are needed. Here, we apply deep learning approaches to the problem of sleep staging using data from the ANNE One (Sibel Health, Evanston, IL), a minimally intrusive flexible wireless dual sensor system measuring chest electrocardiography (ECG), triaxial accelerometry, and temperature, and finger photoplethysmography (PPG). Methods We obtained wearable sensor recordings from 281 adults undergoing concurrent clinical polysomnography at a tertiary care sleep lab. PSG recordings were scored according to AASM criteria. PSG and wearable sensor data were automatically aligned using their ECG signals with alignment confirmed by visual inspection. We trained a neural-network model to predict both 3-class (Wake, NREM, REM) and 2-class (Wake, Sleep) sleep stage classifications using a randomly selected 85% of the recordings and tested the model on the remaining recordings. We applied the model to ambulatory wearable sensor recordings from 233 older adults at risk for dementia. Our neural-network employed a convolutional-encoder and autoregressive-decoder architecture. In addition to time domain signals, we also engineered frequency domain features as well as selected scalar and metadata features as input to our model to improve performance. Ensembling of model variants was performed. Results Our approach achieved a 2-class macro-F1 of 0.718 with a sensitivity of 0.760 and specificity of 0.763 and a 3-class macro-F1 of 0.585 (wake precision 0.564 accuracy 0.745; NREM precision 0.886 accuracy 0.634; REM precision 0.258 accuracy 0.671). Our feature engineering and training techniques offered a 9% performance improvement from the time domain signals only baseline given the same neural network architecture, while ensembling different model variants offered a further 4% performance improvement. Conclusion A deep learning model can infer sleep stage from an EEG-less flexible wireless system and can be successfully applied to data from older community-dwelling adults at high risk for dementia. Support (if any) The Centre for Aging and Brain Health Innovation, Canadian Institutes of Health Research, National Institute on Aging
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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) | 0,001 | 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 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».