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ESNN: End-to-End Shuttle Neural Network for Major Depressive Disorder Recognition via Electroencephalographic signals - 13/04/26

Doi : 10.1016/j.irbm.2026.100941 
Chunfeng Yang a, 1, Linlin You b, 1, Feng Zhang a, 1, Zhicheng Sun a, Xiaojia Wang c, Yan Wang b, Régine Le Bouquin Jeannès d, Huazhong Shu a, , Wentao Xiang e, , Yonggui Yuan b,
a Joint Joint International Research Laboratory of Medical Information Processing, School of Computer Science and Engineering, Key Laboratory of New Generation Artificial Intelligence Technology and Its Interdisciplinary Applications, Centre de Recherche en Information Biomédicale Sino-Français Southeast University, Jiangsu Province, 210096, China 
b Department of Psychosomatics and Psychiatry, ZhongDa Hospital, School of Medicine, Southeast University, Nanjing, 210009, China 
c School of Internet of Things and Artificial Intelligence, Wuxi Vocational College of Science and Technology, Wuxi, 214028, China 
d Univ Rennes, Inserm, LTSI-UMR 1099, Rennes, 35042, France 
e Jiangsu Province Engineering Research Center for Smart Wearable and Rehabilitation Devices, School of Biomedical Engineering and Informatics, Nanjing Medical University, Nanjing, 211166, China 

Corresponding authors.
Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Monday 13 April 2026
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Abstract

Background and Objective

Major Depressive Disorder (MDD) affects a wide range of populations and causes significant harm to individuals and society. Hence, early recognition of MDD is crucial. MDD recognition using wearable electroencephalographic (EEG) devices has gained significant attention, with reliable and effective classification algorithms central to its success.

Methods

Herein, an end-to-end framework named an end-to-end shuttle neural network (ESNN), is proposed for efficient recognition of depression on multichannel EEG signals. The ESNN comprises three parts: i) a multiscale saliency–encoded spectrogram that effectively captures time–frequency information from multichannel EEG signals; ii) TSUnet, a two-stream temporal spectrogram U-Net incorporating the crossmodule attention to redistribute feature weights and enhance critical information; and iii) a crosschannel-wise block to integrate time–frequency features from the two-stream network.

Results

Two public EEG datasets [the Hospital Universiti Sains Malaysia (HUSM) and MODMA)] and one private EEG dataset [Zhongda Hospital, Southeast University (ZHSU)] were used to confirm the model's performance. The leave-one-subject-out validation experiment was conducted to ensure subject independence. Our proposed ESNN achieved accuracies of 98.70% and 86.36% on HUSM and MODMA datasets, respectively. On ZHSU dataset, the framework remarkably performed with 83.85% accuracy.

Conclusion

The results verified that different scale features could be adequately captured by branch processing and fusion of time–frequency information. Ablation experiments also suggested that the proposed crossmodule attention and channel-wise block effectively focused significant information, suggesting that this model could potentially recognize depression in a real-world scenario. Our model exhibits the potential for application as a clinical decision support tool. By assisting physicians in diagnosis, it contributes to the conservation of healthcare resources. The code is provided in: ESNN .

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Shuttle network achieves optimal depression detection on public and wearable EEG.
Fourier-based multiscale spectral coding fuses frequency info from multichannel EEG.
Crossmodule attention mitigates feature variability from differing distributions.
Channel-wise block fuses time-frequency features across channels for classification.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Major depressive disorder recognition, Electroencephalographic signals, U-Net, Attention mechanism


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