華盛頓大學(xué)圣路易斯麥凱工程學(xué)院的研究人員將人工智能與系統(tǒng)理論相結(jié)合，開發(fā)了一種更有效的方法來實時檢測和準(zhǔn)確識別癲癇發(fā)作。
他們的研究結(jié)果于5月26日發(fā)表在《科學(xué)報告》雜志上。
這項研究來自普雷斯頓格林電氣與系統(tǒng)工程系教授Jr-Shin Li的實驗室，由李實驗室博士后研究員Walter Bomela領(lǐng)導(dǎo)。
曾是李的學(xué)生，現(xiàn)在是德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校的助理教授，以及東北大學(xué)的楚安安。
Bomela說：“我們的技術(shù)使我們能夠獲取原始數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行處理并提取一個函數(shù)，這對機(jī)器學(xué)習(xí)模型的使用更有用?！薄拔覀兎椒ǖ闹饕獌?yōu)勢是將23個電極的信號融合成一個參數(shù)，可以用更少的計算資源進(jìn)行有效處理。”
在腦科學(xué)中，目前對大多數(shù)癲癇發(fā)作的理解是，當(dāng)一組神經(jīng)元突然強(qiáng)烈的超同步放電中斷正常的大腦活動時，就會發(fā)生癲癇發(fā)作。在癲癇發(fā)作期間，如果一個人連接到腦電圖儀(一種稱為腦電圖的設(shè)備，用于測量電輸出)，異常的大腦活動將表現(xiàn)為尖峰放電。
Bomela說：“然而，當(dāng)使用臨時腦電圖信號時，癲癇發(fā)作的檢測準(zhǔn)確性不是很好?！痹搱F(tuán)隊開發(fā)了一種網(wǎng)絡(luò)推理技術(shù)，以促進(jìn)癲癇發(fā)作的檢測，并以更高的準(zhǔn)確性找到癲癇發(fā)作的位置。
在腦電圖會議期間，一個人的電極附著在他/她的頭部的不同部位，每個電極記錄該部位周圍的電活動。
“我們將腦電圖電極視為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點。使用每個節(jié)點的記錄(時間序列數(shù)據(jù))，我們開發(fā)了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來推斷網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的時變連接或關(guān)系，”Bomela說。技術(shù)不僅考慮腦電圖數(shù)據(jù)(單個信號的峰值和強(qiáng)度)，還考慮關(guān)系。他說：“我們想推斷大腦區(qū)域是如何與他人互動的?！?
這些關(guān)系的總和構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)建立后，可以整體測量其參數(shù)。例如，可以評估整個網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度，而不是測量單個信號的強(qiáng)度。有個參數(shù)叫Fiedler特征值，特別有用。“當(dāng)癲癇發(fā)作時，你會看到這個參數(shù)開始增加，”博梅拉說。
在網(wǎng)絡(luò)理論中，F(xiàn)iedler特征值也與網(wǎng)絡(luò)同步有關(guān)——值越大，網(wǎng)絡(luò)越同步。博梅拉說：“這與癲癇發(fā)作期間大腦活動同步的理論是一致的。”
偏置同步還有助于消除偽像和背景噪聲。例如，如果一個人抓傷了他的手臂，相關(guān)的大腦活動會被一些腦電圖電極或通道捕捉到。但是，它不會與癲癇發(fā)作活動同步。這樣，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將固有地降低無關(guān)信號的重要性。只有同步的大腦活動才能引起費(fèi)德勒特征值的顯著增加。
目前，這項技術(shù)適用于單個患者。下一步是整合機(jī)器學(xué)習(xí)，普及識別不同類型癲癇患者的技術(shù)。
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