机器学习对局灶性癫痫发作间期脑电信号模式的分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81701269
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0913.神经电活动异常与发作性疾病
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Epilepsy is a common chronic neurological disorder, among which focal epilepsy contributes the majority. Early diagnosis is crucial to prompt treatment and optimal prognosis while atypical clinical manifestations and unremarkable interictal electroencephalogram (EEG) findings among focal epilepsy make the diagnosis delayed and inaccurate. Herein we investigate the interictal epileptiform free EEG signal by using state-of-the-art machine learning (ML) technology to detect the specific EEG pattern in newly diagnosed focal epilepsy. Preliminary preparation has done including establishment of a network server for calculation (training the model) and application of the open source ML algorism. In details, bivariate features associated with EEG synchronization will be extracted firstly and aggregated over consecutive time points, to form patterns. Later patient-specific machine learning-based classifiers (support vector machines, logistic regression or convolutional neural networks) will be trained to discriminate interictal EEG patterns in focal epilepsy from that in normal controls. It is a challenge and breakthrough to traditional EEG research. The promising results will benefit the early diagnosis and the detection of the potential epilepsy candidates in population, which have a positive effect on health economic policy of epilepsy.
癫痫是常见的慢性神经系统疾病,其中局灶性癫痫居多。早期的诊断有利于及时治疗以获得最佳预后,然而局灶性癫痫往往由于发作表现的多样化以及难以捕捉具有诊断意义脑电图,导致诊断延误。本研究突破传统脑电研究模式,拟通过时下较为前沿的机器学习探索新诊断局灶性癫痫无癫痫放电的发作间期脑电信号特征。前期准备工作包括搭建处理数据的网络服务器平台以及对机器学习开源算法及代码的测试。我们首先提取与脑电信号同步化相关的双变量,然后将这些变量集合到连续时间维度中以形成个体特异的脑电模式。最后通过这些模式训练机器学习分类器(支持向量机、Logistic回归、卷积神经网络),用以区分正常人与局灶性癫痫患者的间期脑电模式。其成果有助于局灶性癫痫的早期诊断以及对人群中潜在癫痫人群的筛查,从而对癫痫的卫生经济政策产生积极影响。

结项摘要

癫痫是常见的慢性神经系统疾病,其中局灶性癫痫居多。早期的诊断有利于及时治疗以获得最佳预后,然而局灶性癫痫往往由于发作表现的多样化以及难以捕捉具有诊断意义脑电图,导致诊断延误。本研究突破传统脑电研究模式,拟通过时下较为前沿的机器学习探索癫痫无癫痫放电的发作间期脑电信号特征。由于疫情的影响,本研究由患者数据收集转为提取线上开源数据库资料(TUH)。通过筛选合适研究对象,初步收集20例癫痫患者(发作间期正常范围脑电)及20例非癫痫患者脑电(正常范围脑电)数据。通过数据预处理,每个个体提取10个清醒脑电片段(每个持续4秒)。全头部及每个导联的时频特征被提取用于后期机器学习。多层感知机,神经网络,卷积神经网络用于探索单个导联的特征能量谱。基于F1导联的特征能量谱初步发现,多层感知机,神经网络,卷积神经网络预测准确度为55.24%, 59.13% 和66.31%。 结论:虽然初步的研究结果未发现具有较强预测性的学习模型,但该领域潜在巨大空间值得进一步深入研究。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Machine learning applications for electroencephalograph signals in epilepsy: a quick review
癫痫脑电图信号的机器学习应用:快速回顾
  • DOI:
    10.1186/s42494-020-00014-0
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Acta Epileptologica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Si
  • 通讯作者:
    Yang Si
Optimising epilepsy management with a smartphone application: a randomised controlled trial
使用智能手机应用程序优化癫痫管理:一项随机对照试验
  • DOI:
    10.5694/mja2.50520
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Medical Journal of Australia
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Si Yang;Xiao Xiaoqiang;Xia Cai;Guo Jiang;Hao Qiukui;Mo Qianning;Niu Yulong;Sun Hongbin
  • 通讯作者:
    Sun Hongbin
Epilepsy management during epidemic: A preliminary observation from western China
流行期间癫痫管理:中国西部地区的初步观察
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Epilepsy and Behavior
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    司洋
  • 通讯作者:
    司洋

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其他文献

其他文献

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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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