EEG‐based outcome prediction after cardiac arrest with convolutional neural networks: Performance and visualization of discriminative features

卷积神经网络 判别式 可视化 脑电图 人工智能 计算机科学 结果(博弈论) 模式识别(心理学) 人工神经网络 神经科学 心理学 数学 数理经济学
作者
Stefan Jonas,Andrea O. Rossetti,Mauro Oddo,Simon Jenni,Paolo Favaro,Frédéric Zubler
出处
期刊:Human Brain Mapping [Wiley]
卷期号:40 (16): 4606-4617 被引量:52
标识
DOI:10.1002/hbm.24724
摘要

Abstract Prognostication for comatose patients after cardiac arrest is a difficult but essential task. Currently, visual interpretation of electroencephalogram (EEG) is one of the main modality used in outcome prediction. There is a growing interest in computer‐assisted EEG interpretation, either to overcome the possible subjectivity of visual interpretation, or to identify complex features of the EEG signal. We used a one‐dimensional convolutional neural network (CNN) to predict functional outcome based on 19‐channel‐EEG recorded from 267 adult comatose patients during targeted temperature management after CA. The area under the receiver operating characteristic curve (AUC) on the test set was 0.885. Interestingly, model architecture and fine‐tuning only played a marginal role in classification performance. We then used gradient‐weighted class activation mapping (Grad‐CAM) as visualization technique to identify which EEG features were used by the network to classify an EEG epoch as favorable or unfavorable outcome, and also to understand failures of the network. Grad‐CAM showed that the network relied on similar features than classical visual analysis for predicting unfavorable outcome (suppressed background, epileptiform transients). This study confirms that CNNs are promising models for EEG‐based prognostication in comatose patients, and that Grad‐CAM can provide explanation for the models' decision‐making, which is of utmost importance for future use of deep learning models in a clinical setting.
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