Detecção e localização de crises epilépticas em sinais de EEG utilizando aprendizado de máquina e inteligência artificial explicável
dc.contributor.advisor | Oliveira, Luiz Affonso Henderson Guedes de | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-2690-1563 | |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7987212907837941 | |
dc.contributor.author | Vieira, Jusciaane Chacon | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Teixeira, César | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Gendriz, Ignacio Sanchez | pt_BR |
dc.contributor.referees2Lattes | http://lattes.cnpq.br/6338710569530857 | |
dc.contributor.referees3 | Silva, Ivanovitch Medeiros Dantas da | |
dc.contributor.referees3ID | https://orcid.org/0000-0002-0116-6489 | |
dc.contributor.referees3Lattes | http://lattes.cnpq.br/3608440944832201 | |
dc.contributor.referees4 | Fernandes, Marcelo Augusto Costa | pt_BR |
dc.contributor.referees4ID | https://orcid.org/0000-0001-7536-2506 | |
dc.contributor.referees4Lattes | http://lattes.cnpq.br/3475337353676349 | |
dc.date.accessioned | 2025-08-22T21:15:41Z | |
dc.date.available | 2025-08-22T21:15:41Z | |
dc.date.issued | 2025-05-30 | |
dc.description.abstract | Epilepsy is a neurological condition that affects millions of people worldwide and significantly impacts individuals’ quality of life. Epileptic seizures, which are transient events, vary in manifestations, including motor, sensory, and consciousness alterations, and represent a challenge both in diagnosis and management. This work proposes an innovative methodology for the detection and localization of epileptic seizures, using machine learning and explainable artificial intelligence approaches to optimize the identification process. The proposal is divided into two approaches: a generalist one, which uses simplified models with explainable feature and channel reduction, and a specific one, which personalizes detection for each patient based on a single electroencephalogram (EEG) channel. In the generalist approach, feature and channel reduction was explored, achieving performance above 0.95 in accuracy, precision, recall, and f1-score metrics using only six features and five channels. The use of the SHAP method allowed for the interpretation of each feature’s contribution by channel, reinforcing the explainability of the models and aligning the results with the visual knowledge of EEG specialists. The methodology proved effective, ensuring good generalization to the dataset with different patients. In the specific approach, a bipolar montage with adjacent electrodes was introduced, creating 58 channel combinations, and a centrality measure with topographic visualization was applied to identify the most relevant channels for each patient. Additionally, a 3-second temporal filter was developed to reduce the model’s false positives. A personalized supervised learning model, extreme gradient boosting, was trained for each patient using only one EEG channel. The results for the three investigated patients were remarkable, with accuracy scores of 1; 0.99; and 0.88, highlighting the feasibility of seizure detection using a single channel, considering the topographic location of seizures in each individual. This study highlights the potential to substantially reduce the number of features and channels required for epileptic seizure detection without compromising accuracy, and reinforces the importance of personalized models for each patient. Furthermore, the research contributes to the advancement of wearable devices for continuous epilepsy monitoring, facilitating the detection and localization of patients with epilepsy. | |
dc.description.resumo | A epilepsia é uma condição neurológica que afeta milhões de pessoas em todo o mundo e impacta significativamente a qualidade de vida dos indivíduos. As crises epilépticas, eventos transitórios, variam em manifestações, incluindo alterações motoras, sensoriais e de consciência, e representam um desafio tanto no diagnóstico quanto no manejo. Este trabalho propõe uma metodologia inovadora para a detecção e localização de crises epilépticas, utilizando abordagens de aprendizado de máquina e inteligência artificial explicável para otimizar o processo de identificação. A proposta é dividida em duas abordagens: uma generalista, que utiliza modelos simplificados com redução de características e canais de forma explicável, e uma específica, que personaliza a detecção para cada paciente com base em um único canal de eletroencefalograma (EEG). Na abordagem generalista, foi explorada a redução de características e canais, atingindo desempenho superior a 0,95 em métricas de acurácia, precisão, recall e f1-score, utilizando apenas seis características e cinco canais. O uso do método SHAP permitiu interpretar a contribuição de cada característica por canal, reforçando a explicabilidade dos modelos e alinhando os resultados com o conhecimento visual dos especialistas em EEG. A metodologia demonstrou ser eficaz, garantindo boa generalização para a base de dados com diferentes pacientes. Na abordagem específica, foi introduzida uma montagem bipolar com eletrodos adjacentes, criando 58 combinações de canais, e aplicada uma medida de centralidade com visualização topográfica para identificar os canais mais relevantes para cada paciente. Além disso, um filtro temporal de 3 s foi desenvolvido para reduzir falsos positivos do modelo. Um modelo personalizado de aprendizado supervisionado, extreme gradient boosting, foi treinado para cada paciente, usando apenas um canal de EEG. Os resultados para os três pacientes investigados foram notáveis, com acurácia de 1; 0,99 e 0,88; evidenciando a viabilidade da detecção de crises utilizando um único canal, levando em consideração a localização topográfica das crises em cada indivíduo. Este estudo destaca o potencial de reduzir substancialmente o número de características e canais necessários para a detecção de crises epilépticas, sem comprometer a acurácia, e reforça a importância de modelos personalizados para cada paciente. Além disso, a pesquisa contribui para o avanço de dispositivos vestíveis para o monitoramento contínuo da epilepsia, facilitando a detecção e localização de pacientes com epilepsia. | |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | |
dc.identifier.citation | VIEIRA, Jusciaane Chacon. Detecção e localização de crises epilépticas em sinais de EEG utilizando aprendizado de máquina e inteligência artificial explicável. Orientador: Dr. Luiz Affonso Henderson Guedes de Oliveira. 2025. 115f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025. | |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/65284 | |
dc.language.iso | pt_BR | |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | |
dc.publisher.country | BR | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Eletroencefalografia | |
dc.subject | Epilepsia | |
dc.subject | Aprendizado de máquina | |
dc.subject | Inteligência artificial explicável | |
dc.subject | Extreme gradient boosting | |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | |
dc.title | Detecção e localização de crises epilépticas em sinais de EEG utilizando aprendizado de máquina e inteligência artificial explicável | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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