توصيفگر ها :
EEG , تشخيص افسردگي , تحليل ديناميكي , طبقهبندي , رگرسيون درونكلاسي
چكيده فارسي :
افسردگي يكي از شايعترين اختلالات رواني است كه تاثير فراواني بر روند زندگي طبيعي فرد ميگذارد. دامنهي گستردهي علائم افسردگي و همچنين تشابه علائم آن با اختلالهاي ديگر، گاهياوقات تشخيص آن را دشوار ميكند. با تشخيص اين اختلال در مراحل اوليه، بهبودي راحتتر صورت گرفته و از بروز اتفاقات ناگواري مانند آسيب به خود و خودكشي جلوگيري ميشود. مطالعات گذشته نشان دادهاند كه سيگنالهاي مغزي در تشخيص افسردگي موفق عمل ميكنند. اكثر مطالعات پيشين از تعداد زيادي الكترود استفاده كرده، اعتبارسنجي خارجي انجام ندادهاند و براي رسيدن به صحت بالا از روشهاي يادگيري عميق استفاده كردهاند. اين روشها بار محاسباتي بالايي داشته و به پردازندههاي قوي دارند. همچنين مانند يك جعبهسياه عمل ميكنند؛ به اين معنا كه امكان تفسير مكانيزمي ندارند. كاهش بار محاسباتي مدلهاي تشخيصي براساس روشهاي هوش مصنوعي و همچنين قابلتفسير كردن آنها، به كاربردي شدن اين مطالعات در فعاليتهاي باليني و پذيرش آنها توسط جامعهي پزشكي كمك ميكند. در اين مطالعه تشخيص افسردگي بهكمك 8 الكترود و با روشهاي يادگيري ماشين براي دادههاي ثبتشده در حالت استراحت با چشمان بسته در دو مجموعهدادهي MODMA و مجموعهدادهي محلي IUTDD انجام شده است. مجموعهدادهي IUTDD در آزمايشگاه مهندسي پزشكي دانشگاه صنعتي اصفهان جمعآوري شده و روش ثبت داده مشابه مجموعهي MODMA بوده است. روشهاي اعتبارسنجي مورداستفاده در مطالعات گذشته به دو دستهي مبتني بر بخش و مبتني بر فرد قابلتقسيم است، در اين پژوهش اين روشها با يكديگر مقايسه شدهاند. صحت تشخيص افسردگي در مجموعهدادههاي MODMA و IUTDD با طبقهبنديكنندهي LDA، در روش مبتني بر بخش بهترتيب برابر %80/92 و %55/94 و در روش مبتني بر فرد برابر %00/95 و %36/91 به دست آمده است. با افزودن آستانهي رايگيري در هر دو روش، صحت ارزيابي خارجي بهمقدار %45/95 افزايش مييابد. همچنين بهكمك تحليل ديناميكي نتايج ارزيابي خارجي، صحت طبقهبندي با روش مبتني بر بخش به 00%/95 و در روش مبتني بر فرد به %55/94 ميرسد. بنابراين انتخاب تركيب مناسبي از ويژگيها در ورودي مدلهاي يادگيري ماشين و استفاده از روشهاي پسپردازش مناسب ميتواند صحت طبقهبندي را تا حد مطلوبي افزايش دهد، درحاليكه تنها از 8 كانال استفاده شده و ثبت سيگنال در حالت استراحت صورت گرفته است. همچنين به نظر ميرسد نتايج بهدستآمده در مطالعاتي كه از يك مجموعهداده براي آموزش و ارزيابي مدل استفاده كردهاند، با روش مبتني بر فرد قابلاعتمادتر است. تشخيص شدت افسردگي در انتخاب درمان مناسب و ارزيابي اثرات درمان كاربرد دارد و در مطالعات قبلي كمتر موردتوجه قرار گرفته است. در اين پژوهش تشخيص شدت افسردگي با دو روش طبقهبندي چندكلاسه و رگرسيون نمرهي افسردگي براساس دو پرسشنامهي معتبر روانشناسي صورت گرفته است. سطح افسردگي بااستفاده از طبقهبنديكنندهي چندكلاسهي SVM در مجموعهدادههاي MODMA و IUTDD، بهترتيب با صحت %18/92 و%05/95 پيشبيني شده و نسبت به مطالعات قبلي افزايش قابلتوجهي داشته است. همچنين با روشهاي رگرسيون KNN و RF، نمرهي افسردگي براساس دو پرسشنامهي PHQ-9 و BDI-II با ميزان RMSE برابر 14/0±08/3 و 19/0±00/5 تخمين زده شده و درمقايسه با مطالعات مشابه گذشته بهتر عمل كرده است. استفاده از روش رگرسيون درونكلاسي خطاي تخمين را بهطور قابلتوجهي كاهش ميدهد. درپايان نيز برخي از تفاوتهاي سيگنالهاي مغزي در گروه سالم و بيمار موردبررسي قرار گرفته است. مقايسهي درخت پوشاي كمينهي ميانگين گراف ماتريس همبستگي و انسجام در دو گروه سالم و بيمار، تفاوتهاي مشابهي را در هر دو مجموعهداده نشان ميدهد. بررسي توان باندهاي فركانسي نيز بيانگر آن است كه توان باندهاي آلفا و بتا در گروه بيمار نسبت به گروه سالم در اكثر مواقع بيشتر است. همچنين انسجام فركانسي دوبهدوي الكترودها در افراد گروه بيمار و سالم اغلب به صورت معنيداري متفاوت است.
چكيده انگليسي :
Depression is one of the most common mental disorders that greatly affects a person's normal life. The wide range of symptoms of depression, as well as the similarity of its symptoms to other disorders, sometimes makes it difficult to diagnose. By diagnosing this disorder in its early stages, recovery is easier and adverse events such as self-harm and suicide are prevented. Previous studies have shown that brain signals are successful in diagnosing depression. Most previous studies used a large number of electrodes, did not conduct external validation, and used deep learning methods to achieve high accuracy. These methods have a high computational load and require powerful processors. They also act like a black box; meaning that they do not allow for interpretation of mechanisms. Reducing the computational load of diagnostic models based on artificial intelligence methods and making them interpretable helps these studies become applicable in clinical activities and accepted by the medical community. In this study, depression diagnosis was performed using 8 electrodes and machine learning methods for data recorded in the resting state with eyes closed in two datasets: MODMA and the local IUTDD dataset. The IUTDD dataset was collected in the Medical Engineering Laboratory of Isfahan University of Technology and the data recording method was similar to the MODMA dataset. The validation methods used in previous studies can be divided into two categories: department-based and individual-based. In this study, these methods were compared with each other. The accuracy of depression diagnosis in the MODMA and IUTDD datasets with the LDA classifier was 92.80% and 94.55% in the department-based method and 95.00% and 91.36% in the individual-based method, respectively. By adding a voting threshold in both methods, the accuracy of external assessment increases to 95.45%. Also, with the help of dynamic analysis of external evaluation results, the classification accuracy reaches 95.00% with the segment-based method and 94.55% with the person-based method. Therefore, choosing an appropriate combination of features in the input of machine learning models and using appropriate post-processing methods can increase the classification accuracy to a desirable level, while only 8 channels were used and the signal was recorded in the resting state. It also seems that the results obtained in studies that used a dataset for training and evaluating the model are more reliable with the person-based method. The diagnosis of depression severity is used in selecting appropriate treatment and evaluating the effects of treatment and has been less considered in previous studies. In this study, the diagnosis of depression severity was made with two multi-class classification methods and also the estimation of depression scores based on two valid psychological questionnaires. The level of depression was predicted using the multi-class SVM classifier in the MODMA and IUTDD datasets with an accuracy of 92.18% and 95.05%, respectively, and has increased significantly compared to previous studies. Also, with the KNN and RF regression methods, the depression score based on the two questionnaires PHQ-9 and BDI-II was estimated with an RMSE of 3.08±0.14 and 5.00±0.19, and has performed better compared to similar previous studies. The use of the intraclass regression method significantly reduces the estimation error. ...