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Transforming spontaneous premature neonatal EEG to spontaneous fetal MEG using a novel machine learning approach - 12/06/25

Doi : 10.1016/j.neucli.2025.103086 
Alban Gallard a, , Benoit Brebion b, Katrin Sippel c, Amer Zaylaa c, d, Hubert Preissl d, Sahar Moghimi a, Yael Fregier b, Fabrice Wallois a, e
a INSERM U1105, Université de Picardie, CURS, Amiens, France 
b Univ. Artois, UR 2462, Laboratoire de Mathématiques de Lens (LML), F-62300 Lens, France 
c Department of Internal Medicine IV, University Hospital of Tübingen, Tübingen, Germany 
d IDM/fMEG Center of the Helmholtz Center Munich at the University of Tübingen, University of Tübingen, German Center for Diabetes Research (DZD), Tübingen, Germany 
e INSERM U1105, Unit Exploration Fonctionnelles du Système Nerveux Pédiatrique, South University Hospital, Amiens, France 

Corresponding author.

Highlights

Extracting fetal neural activity is an ongoing scientific challenge.
EEG allows characterization of neural development in premature newborns.
Our CycleGAN model created hypothetical manifestations of fetal neural activity.
It also well modelled the spectral content of EEG and MEG in transformations.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Objectives

The spontaneous neural activity of premature neonates has been characterized with electroencephalography (EEG). However, evaluation of normal and pathological fetal brain development is still largely unknown. Fetal magnetoencephalography (fMEG) is currently the only available technique to record fetal neural activity. Benefiting from progress in machine learning and artificial intelligence, we aimed to transfer premature EEG to fMEG, to characterize the manifestation of spontaneous activity using the knowledge obtained from premature EEG.

Methods

In this study, 30 high-resolution EEG recordings from premature newborns and 44 fMEG recordings were used to develop a transfer function to predict the spontaneous neural activity of the fetus. After preprocessing, bursts of spontaneous activity were detected using the non-linear energy operator. Next, we proposed a CycleGAN-based model to transform the premature EEG to fMEG and evaluated its performance with both time and frequency measurements.

Results

In the time domain, the values were similar for the mean square error (< 5 %) and correlation (0.91 ± 0.05 and 0.89 ± 0.08) for both transformations between the original data and that generated by CycleGAN. However, considering the frequency content, the CycleGAN-based model modulated the frequency content of EEG to MEG transformed signals relative to the original signals by increasing the power, on average, in all frequency bands, except for the slow delta frequency band.

Conclusion

Our developed model showed promising potential to generate a priori signatures of fMEG manifestations related to spontaneous neural activity. Collectively, this study represents the first steps toward identifying neurobiomarkers of fetal brain development.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Artificial intelligence, Third trimester of gestation, Neurobiomarkers, Fetal MEG, Premature EEG


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Vol 55 - N° 5

Article 103086- septembre 2025 Retour au numéro
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  • Characterizing repeater F waves using the compound muscle action potential scan and machine learning techniques
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