Evaluation of interpretability for deep learning algorithms in EEG emotion recognition: A case study in autism

可解释性 计算机科学 人工智能 卷积神经网络 脑电图 深度学习 特征(语言学) 相关性(法律) 自闭症谱系障碍 可靠性(半导体) 模式识别(心理学) 机器学习 人工神经网络 自闭症 心理学 神经科学 发展心理学 语言学 哲学 政治学 法学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Juan Manuel Mayor Torres,Sara Medina-DeVilliers,Tessa Clarkson,Matthew D. Lerner,Giuseppe Riccardi
出处
期刊:Artificial Intelligence in Medicine [Elsevier BV]
卷期号:143: 102545-102545 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.artmed.2023.102545
摘要

Current models on Explainable Artificial Intelligence (XAI) have shown a lack of reliability when evaluating feature-relevance for deep neural biomarker classifiers. The inclusion of reliable saliency-maps for obtaining trustworthy and interpretable neural activity is still insufficiently mature for practical applications. These limitations impede the development of clinical applications of Deep Learning. To address, these limitations we propose the RemOve-And-Retrain (ROAR) algorithm which supports the recovery of highly relevant features from any pre-trained deep neural network. In this study we evaluated the ROAR methodology and algorithm for the Face Emotion Recognition (FER) task, which is clinically applicable in the study of Autism Spectrum Disorder (ASD). We trained a Convolutional Neural Network (CNN) from electroencephalography (EEG) signals and assessed the relevance of FER-elicited EEG features from individuals diagnosed with and without ASD. Specifically, we compared the ROAR reliability from well-known relevance maps such as Layer-Wise Relevance Propagation, PatternNet, Pattern-Attribution, and Smooth-Grad Squared. This study is the first to bridge previous neuroscience and ASD research findings to feature-relevance calculation for EEG-based emotion recognition with CNN in typically-development (TD) and in ASD individuals.
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