ProductGraphSleepNet: Sleep staging using product spatio-temporal graph learning with attentive temporal aggregation

计算机科学 多导睡眠图 人工智能 图形 卷积神经网络 睡眠阶段 深度学习 机器学习 睡眠(系统调用) 模式识别(心理学) 心理学 脑电图 神经科学 理论计算机科学 操作系统
作者
Aref Einizade,Samaneh Nasiri,Sepideh Hajipour Sardouie,Gari D. Clifford
出处
期刊:Neural Networks [Elsevier BV]
卷期号:164: 667-680 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.neunet.2023.05.016
摘要

The classification of sleep stages plays a crucial role in understanding and diagnosing sleep pathophysiology. Sleep stage scoring relies heavily on visual inspection by an expert, which is a time-consuming and subjective procedure. Recently, deep learning neural network approaches have been leveraged to develop a generalized automated sleep staging and account for shifts in distributions that may be caused by inherent inter/intra-subject variability, heterogeneity across datasets, and different recording environments. However, these networks (mostly) ignore the connections among brain regions and disregard modeling the connections between temporally adjacent sleep epochs. To address these issues, this work proposes an adaptive product graph learning-based graph convolutional network, named ProductGraphSleepNet, for learning joint spatio-temporal graphs along with a bidirectional gated recurrent unit and a modified graph attention network to capture the attentive dynamics of sleep stage transitions. Evaluation on two public databases: the Montreal Archive of Sleep Studies (MASS) SS3; and the SleepEDF, which contain full night polysomnography recordings of 62 and 20 healthy subjects, respectively, demonstrates performance comparable to the state-of-the-art (Accuracy: 0.867;0.838, F1-score: 0.818;0.774 and Kappa: 0.802;0.775, on each database respectively). More importantly, the proposed network makes it possible for clinicians to comprehend and interpret the learned spatial and temporal connectivity graphs for sleep stages.
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