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Multi-brain decoding for precision psychiatryRanjbaran, Ghazaleh 04 1900 (has links)
Le trouble du spectre de l'autisme (TSA) est un trouble neurodéveloppemental caractérisé par
des interactions sociales atypiques. L’hyperscanning est une technique émergente permettant
l'enregistrement simultané de l'activité cérébrale de plusieurs individus lors d'interactions
sociales. Dans cette étude, des données d'EEG hyperscanning issues de participants autistes et
neurotypiques seront traitées par des techniques d’apprentissage profond (AP), améliorées par
l'apprentissage auto-supervisé (AAS) pour analyser et discerner des schémas indicatifs de TSA.
L'AP est utilisé pour extraire des schémas à partir des données brutes de l'EEG, réduisant la
dépendance à l'ingénierie de caractéristiques manuelles, puis l’AAS est appliqué aux des données
EEG non étiquetées. Cependant, malgré le potentiel des techniques d’AP, leur application au TSA
reste largement inexplorée, notamment en hyperscanning. Afin de combler cette lacune, nous
avons adapté et personnalisé des techniques d'AAS proposée par Banville et al., (2020), en
incorporant deux encodeurs AP distincts entraînés pour extraire des caractéristiques
significatives à partir de données EEG individuelles, et affinés dans un modèle d’AP de
classificateur binaire. Des comparaisons ont été réalisées avec des encodeurs initialement
aléatoires et des caractéristiques extraites manuellement des données EEG utilisées comme
entrées pour un modèle de régression logistique. Le classificateur binaire entraîné sur des
caractéristiques apprises par AAS surpasse systématiquement le classificateur de régression
logistique et les encodeurs initialisés aléatoirement, atteignant une précision de 78 %,
comparable à la performance la plus élevée rapportée par Banville et al. (2020) de 79,4 %. Nos
résultats soulignent l'importance des représentations acquises à partir de signaux EEG individuels
dans l'architecture multi-cerveaux adaptée à la classification d’EEG hyperscanning. Cette étude
encourage ainsi l’utilisation des modèles d’AP dans les analyses d’EEG hyperscanning, notamment
pour le développement d'outils de diagnostic et d'interventions plus précis et efficaces pour les
personnes autistes, et ce même avec un nombre limité d'échantillons de données. / Autism spectrum condition (ASC) is a neurodevelopmental condition characterized by atypical
social interactions. Traditional research on ASC has primarily focused on individual brain signals,
but the emerging technique of hyperscanning enables simultaneous recording of multiple
individuals' brain activity during social interactions. In this study, we leverage hyperscanning EEG
data and employ Deep Learning (DL) techniques, augmented by self-supervised learning (SSL), to
analyze and discern patterns indicative of ASC. DL is utilized to extract patterns from raw EEG
data, reducing the reliance on manual feature engineering. SSL further enhances DL's efficacy by
training on unlabeled EEG data, particularly useful when labeled datasets are limited. Despite the
potential of DL techniques, their application in ASC diagnosis and treatment, particularly in
hyperscanning, remains largely unexplored. This project aimed to bridge this gap by analyzing
hyperscanning EEG data from autistic and neurotypical participants. Specifically, we adapted and
customized SSL techniques proposed by Banville et al., incorporating two distinct DL embedders.
These embedders are trained to extract meaningful features from single-brain EEG data and finetuned
within a binary classifier DL model using hyperscanning EEG data from autistic and control
dyads. Baseline comparisons were conducted with supervised, randomly initialized embedders,
and hand-engineered features extracted from hyperscanning EEG using as inputs to a logistic
regression model. Notably, the binary classifier trained on SSL-learned features consistently
outperforms the logistic regression classifier and randomly initialized embedders, achieving an
accuracy of 78%. This accuracy is comparable to Banville et al.'s highest reported performance of
79.4%. Our results underscore the significance of representations acquired from individual EEG
signals within the multi-brain architecture tailored for hyperscanning EEG classification.
Moreover, they hold promise for broader utilization of DL models in hyperscanning EEG analyses,
especially for developing more accurate and efficient diagnostic tools and interventions for
autistic individuals, even with limited data samples available.
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