Применение стохастических методов, вейвлет-преобразований и опорных векторов для исследования сигналов электроэнцефалограмм
- Авторы: Толманова В.В.1, Андриков Д.А.1
-
Учреждения:
- Российский университет дружбы народов
- Выпуск: Том 26, № 1 (2025)
- Страницы: 77-85
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2312-8143/article/view/327623
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-8143-2025-26-1-77-85
- EDN: https://elibrary.ru/KQBSVP
- ID: 327623
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследовано применение современных методов обработки данных - вейвлет-преобразования, стохастических методов и метода опорных векторов (SVM) - на реальных сигналах электроэнцефалограмм (ЭЭГ) из открытых баз данных. Анализ ЭЭГ-сигналов имеет большое значение в медицинской диагностике и нейронауке, но требует сложных подходов из-за их высокой размерности и шумов. Метод вейвлет-преобразования используется для анализа сигналов во временно-частотной области, позволяет разбить сигнал на частотные составляющие с разными временными разрешениями. Cтохастические методы базируются на вероятностных моделях и используются для моделирования случайных процессов и анализа статистических свойств данных. Метод опорных векторов - алгоритм машинного обучения, который находит оптимальную разделяющую гиперплоскость между классами, максимизируя зазор и обеспечивая хорошую обобщающую способность. SVM эффективно работает со сложными нелинейными данными. При сравнении этих методов следует учитывать их применимость к конкретным типам данных и задачам. Вейвлет-преобразование обычно используется в области обработки сигналов, стохастические методы применяются для моделирования случайных процессов, а SVM хорошо справляется с задачами классификации. Выбор метода зависит от характеристик данных и поставленных целей и может быть сделан на основе сравнительного анализа и оценки эффективности каждого метода в конкретном контексте. Рассмотрены концепции, методы и примеры применения указанных подходов на реальных данных ЭЭГ, что способствует более эффективному анализу и классификации мозговой активности, а также идентификации патологий и аномалий.
Об авторах
Вероника Вячеславовна Толманова
Российский университет дружбы народов
Email: 1042210065@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0001-9433-7859
аспирант кафедры механики и процессов управления, инженерная академия
Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6Денис Анатольевич Андриков
Российский университет дружбы народов
Автор, ответственный за переписку.
Email: andrikovdenis@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0359-0897
SPIN-код: 8247-7310
кандидат технических наук, доцент департамента механики и процессов управления, инженерная академия
Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6Список литературы
- Petrosian A, Prokhorov D, Homan R. Reccurent neural network based prediction of epileptic seizures in intra- and extracranial EEG. Neurocomputing. 2000;30(1):201-218. https://doi.org/10.1016/S0925-2312(99)00126-5
- Adeli H, Zhou Z, Dadmehr N. Analysis of EEG records in an epileptic patient using wavelet transform. Journal of Neuroscience Methods. 2003;123(1):69-87. https://doi.org/10.1016/S0165-0270(02)00340-0
- Albaqami H, Hassan G, Datta A. Automatic detection of abnormal EEG signals using wavelet feature extraction and gradient boosting decision tree. Biomedical Signal Processing and Control. 70, 2021;70(2):102957. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2021.102957
- Nacpil E, Wang Z, Guan M. EEG-based Emergency Braking Prediction Using Data Ablation and SVM Classification. IEEE Sensors Journal. 2023;23(14):16013-16019. https://doi.org/10.1109/JSEN.2023.3283447
- Shanmugadass V, Suresh GR, Balakumaran T, Wise A. EEG Signal Analysis for Automated Epilepsy Seizure Detection Using Wavelet Transform and Artificial Neural Network. Journal of Medical Imaging and Health Informatics. 2019;9(6):1301-1306. https://doi.org/10.1166/jmihi.2019.2713
- Ullah I, Hussain M. An Automated System for Epilepsy Detection using EEG Brain Signals based on Deep Learning Approach. Expert systems with applications. 2018;107:61-71. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2018.04.021
- Karpov OE, Andrikov DA, Maksimenko VA, Hramov AE. Explainable artificial intelligence for medicine. Medical doctor and information technology. 2022;(2):4-11. (In Russ.) https://doi.org/10.25881/18110193_2022_2_4
- Sharova DE, Mikhailova AA, Gusev AV, Garbuk SV, Vladzymyrskyy AV, Vasilev YA. Аn analysis of global experience in regulations on the use of medical data for artificial intelligence systems development based on machine learning. Medical doctor and information technology. 2022;(4):28-39. (In Russ.) https://doi.org/10.25881/18110193_2022_4_28
- Cortes C, Vapnik V. Support-vector networks. Machine learning. 1995;20(3):273-297. https://doi.org/10.1007/BF00994018
- Stam CJ. Nonlinear dynamical analysis of EEG and MEG: review of an emerging field. Clinical Neurophysiology. 2004;116(10):2266-2301. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2005.06.011
- Thakor NV, Tong S. Advances in quantitative electroencephalogram analysis methods. Annual Review of Biomedical Engineering. 2004;6(1):453-95. https://doi.org/10.1146/annurev.bioeng.5.040202.121601
- Hramov AE, Koronovskii A, Makarov VA, Pavlov A, Sitnikova E. Wavelets in neuroscience. Springer Berlin Heidelberg; 2015. ISBN: 978-3-662-43850-3
- Hramov AE, Koronovskii AA, Makarov VA, Pavlov AN, Sitnikova E. Automatic Diagnostics and Process-ing of EEG. In: Wavelets in Neuroscience. Springer Series in Synergetics. Berlin, Heidelberg: Springer; 2014. https://doi.org/10.1007/978-3-662-43850-3_7
- Percival DB, Walden AT. Wavelet Methods for Time Series Analysis. Cambridge University Press; 2000. https://doi.org/10.1017/CBO9780511841040
- Hilarov VL. Epileptic seizures regularities, revealed from encephalograms time series by nonlinear mechanics methods. Journal of Physics Conference Series. 2019;1400(3):033011. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1400/3/033011
- Peker M, Sen B, Delen D. A novel method for automated diagnosis of epilepsy using complex-valued classifiers and wavelet transform. Journal of Biomedical Informatics. 2016;20(1):108-118. https://doi.org/10.1109/JBHI.2014.2387795
- Meenakshi D, Singh A, Singh A. Frequency ana-lysis of healthy & epileptic seizure in EEG using fast fourier transform. Int. J. Eng. Res.Gen.Sci. 2014;2(4):683-691. Available from: https://oaji.net/articles/2014/786-1406216595.pdf (accessed: 17.07.2024).
- Sudalaimani C, Thomas TE, Sivakumaran N, Valsalam SR, Meethal SP, Sathish E. Seizure prediction using general regression neural network. 2017 Trends in Industrial Measurement and Automation (TIMA), Chennai, India, 2017. p. 1-7. https://doi.org/10.1109/TIMA.2017.8064810
- Savadkoohi M, Oladduni T. A machine learning approach to epileptic seizure prediction using electroencephalogram (EEG) signal. Journal of Applied Biomedicine. 2020;40(3): 1328-1341. https://doi.org/10.1016/j.bbe.2020. 07.004
- Devarajan K, Jyostna E, Jayasri K, Balasampath V. (2014). EEG-based epilepsy detection and prediction. Inter-national Journal of Engineering and Technology. 2014;6(3):212-216. https://doi.org/10.7763/IJET.2014.V6.698
Дополнительные файлы
