2 个月前

深度神经动态贝叶斯网络在EEG睡眠纺锤波建模中的应用

Carlos A. Loza; Laura L. Colgin
深度神经动态贝叶斯网络在EEG睡眠纺锤波建模中的应用
摘要

我们提出了一种单通道脑电图(EEG)的生成模型,该模型结合了专家在视觉评分过程中主动施加的约束条件。该框架以动态贝叶斯网络的形式呈现,其潜在变量和观测似然函数均具有深度——隐藏变量控制持续时间、状态转换和鲁棒性,而观测架构则参数化正态伽玛分布(Normal-Gamma distributions)。通过利用概率模型和深度学习,所得到的模型可以将时间序列分割为局部、重复出现的动力学模式。与传统的检测器不同,我们的模型直接使用原始数据(最多进行重采样),无需预处理(如滤波、窗口化、阈值化)或后处理(如事件合并)。这不仅使模型适用于实时应用,还产生了可解释的超参数,这些超参数类似于已知的临床标准。我们推导了精确且可计算的推理算法,作为广义期望最大化算法的一种特殊情况,通过动态规划和反向传播实现。我们在三个公开数据集上验证了该模型,并提供了证据支持更复杂的模型能够在透明性、可审计性和泛化能力方面超越现有最先进的检测器。