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Decision Tree in Working Memory Task Effectively Characterizes EEG Signals in Healthy Aging Adults - 07/12/22

Doi : 10.1016/j.irbm.2021.12.001 
H. Javaid a, R. Manor b, E. Kumarnsit b, c, S. Chatpun a, c, d,
a Department of Biomedical Sciences and Biomedical Engineering, Faculty of Medicine, Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla, 90110, Thailand 
b Division of Health and Applied Science, Faculty of Science, Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla, 90112, Thailand 
c Research unit of EEG biomarker for neuronal diseases, Faculty of Science, Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla, 90112, Thailand 
d Institute of Biomedical Engineering, Faculty of Medicine, Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla, 90110, Thailand 

Corresponding author at: Department of Biomedical Sciences and Biomedical Engineering, Faculty of Medicine, Prince of Songkla University, Hatyai, Songkhla 90110 Thailand.Department of Biomedical Sciences and Biomedical EngineeringFaculty of MedicinePrince of Songkla UniversityHatyaiSongkhla90110Thailand

Graphical abstract

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Highlights

Working memory task plays a vital role in the classification of aging.
MRMR and machine learning techniques were applied to age-related EEG.
Decision tree algorithm gave highest accuracy 87.5% with working memory test.

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Abstract

Background

The changes in electroencephalogram (EEG) signals that reflect the changes in physiological structure, cognitive functions, and activities have been observed in healthy aging adults. It is unknown that when the brain aging initiates and whether these age-related alterations can be associated with incipient neurodegenerative diseases in healthy elderly individuals.

Materials and methods

We employed feature extraction and classification methods to classify and compare the EEG signals of middle-aged and elderly age groups. This study included 20 healthy middle-aged and 20 healthy elderly subjects. The EEG signals were recorded during a resting state (eyes-open and eyes-closed) and during a working memory (WM) task using eight electrodes. The minimum redundancy maximum relevance technique was employed in the selection of the optimal feature. Four classification methods, including decision tree, support vector machine, Naïve Bayes, and K-nearest neighbor, were used to distinguish the elderly age group from the middle-aged group based on their EEG signals.

Results

In the resting state, a good correlation was observed among absolute power delta and theta bands and aging, whereas between beta absolute power and aging, a WM task correlation was observed. The results also indicated that the mean frequency and absolute power might be useful for the prediction and classification of EEG signals in aging individuals. Furthermore, the use of the decision tree method in a WM task state distinguished the elderly group from the middle-aged group with an accuracy of 87.5%.

Conclusions

Working memory could play a vital role in the optimization of classification of EEG signals in aging and discrimination of age-related issues associated with neurodegeneration.

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Keywords : EEG, Aging, Feature extraction, Classification, Working memory, Machine learning


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Vol 43 - N° 6

P. 705-714 - décembre 2022 Retour au numéro
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