Epileptic Seizure Detection and Prediction in EEGs Using power spectra density parameterization

非周期图 脑电图 癫痫 计算机科学 光谱密度 模式识别(心理学) 人工智能 癫痫发作 语音识别 心理学 数学 神经科学 电信 组合数学
作者
Shan Liu,Jiang Wang,Shanshan Li,Lihui Cai
出处
期刊:IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31: 3884-3894
标识
DOI:10.1109/tnsre.2023.3317093
摘要

Power spectrum analysis is one of the effective tools for classifying epileptic signals based on electroencephalography (EEG) recordings. However, the conflation of periodic and aperiodic components within the EEG may presents an obstacle to epilepsy detection or prediction. In this paper, we explored the significance of the periodic and aperiodic components of the EEG power spectrum for the detection and prediction of epilepsy respectively. We use a power spectrum density parameterization method to separate the periodic and aperiodic components of the signals, and validate their roles in epilepsy detection and prediction on two public datasets. The average classification accuracy of the periodic and aperiodic components for 10 clinical tasks on the Bonn EEG database were 73.9% and 96.68%, respectively, and increases to 98.88% when combined. For 22 patients on the CHB-MIT Long-term EEG database, the combined features achieve an average detection accuracy of 99.95% and successfully predict all seizures with low false prediction rates. We conclude that both the periodic and aperiodic components of the EEG power spectrum contributed to discriminating different stages of epilepsy, but the aperiodic neural activity played a decisive role in classification. This discovery has significant implications for diagnosing epileptic seizures and providing personalized brain activity information to improve the accuracy and efficiency of epilepsy detection.

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