Detecting Post-Stroke Aphasia Via Brain Responses to Speech in a Deep Learning Framework

失语症 计算机科学 冲程(发动机) 语音识别 深度学习 自然语言处理 人工智能 心理学 神经科学 工程类 机械工程
作者
Pieter De Clercq,Corentin Puffay,Jill Kries,Hugo Van hamme,Maaike Vandermosten,Tom Francart,Jonas Vanthornhout
标识
DOI:10.1109/embc53108.2024.10781830
摘要

Aphasia, a language disorder primarily caused by a stroke, is traditionally diagnosed using behavioral language tests. However, these tests are time-consuming, require manual interpretation by trained clinicians, suffer from low ecological validity, and diagnosis can be biased by comorbid motor and cognitive problems present in aphasia. In this study, we introduce an automated screening tool for speech processing impairments in aphasia that relies on time-locked brain responses to speech, known as neural tracking, within a deep learning framework. We modeled electroencephalography (EEG) responses to acoustic, segmentation, and linguistic speech representations of a story using convolutional neural networks trained on a large sample of healthy participants, serving as a model for intact neural tracking of speech. Subsequently, we evaluated our models on an independent sample comprising 26 individuals with aphasia (IWA) and 22 healthy controls. Our results reveal decreased tracking of all speech representations in IWA. Utilizing a support vector machine classifier with neural tracking measures as input, we demonstrate high accuracy in aphasia detection at the individual level (85.42%) in a time-efficient manner (requiring 9 minutes of EEG data). Given its high robustness, time efficiency, and generalizability to unseen data, our approach holds significant promise for clinical applications.
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