关键词:
经颅磁刺激
脑电
脑电相位
长短期记忆网络
自回归
脑电信号
摘要:
目的:为了提高经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)中脑电相位同步预测的准确性和鲁棒性,提出一种基于长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)的脑电相位预测方法。方法:首先,构建由输入层、LSTM层、ReLU激活层、全连接层和回归层组成的LSTM,通过输入门、遗忘门和输出门的协同作用捕获脑电信号特征。其次,对30名健康受试者的睁眼静息态脑电数据使用LSTM训练得到预测模型,用于脑电信号和脑电相位预测。最后,对比LSTM方法与传统自回归(autoregressive,AR)方法在总体和个体水平上的相位预测误差以及2种方法对波峰、波谷的预测性能,并采用线性回归模型探究LSTM方法下脑电瞬时幅值、信噪比与相位预测误差的关系。结果:LSTM方法的总相位预测误差为0.04°±5.69°,小于传统AR方法(总相位预测误差为-3.36°±51.13°),且对于每位受试者,LSTM方法的相位预测准确性均优于传统AR方法,差异有统计学意义(P<0.001)。LSTM方法可准确预测约89%的波峰(谷),而传统AR方法仅可准确预测约10%的波峰(谷)。不同于传统AR方法,在LSTM方法下,脑电瞬时幅值和信噪比与相位预测误差均无线性关系(P分别为0.58、0.18)。结论:基于LSTM的脑电相位预测方法具有高准确性和鲁棒性,可为脑电相位同步TMS方式提供一种有效的相位预测方法。