Loading...
Investigating Brain Networks in Epileptic Patients Using Simultaneous EEG Signals and fMRI Images in Resting State using GNN Method
Noori, Salar | 2026
10
Viewed
- Type of Document: M.Sc. Thesis
- Language: Farsi
- Document No: 58839 (19)
- University: Sharif University of Technology
- Department: Computer Engineering
- Advisor(s): Fatemi Zadeh, Emadeddin
- Abstract:
- Drug-resistant epilepsy is often associated with network disorders extending beyond a single focal area, and clinical decisions (including pre-surgical evaluation) depend on the accurate identification of the involved region٫network. This research presents a multimodal framework based on simultaneous EEG and resting-state fMRI data to distinguish "patient٫control" groups, aiming to analyze resting-state brain networks and extract potential biomarkers. The fMRI data was mapped to Regions of Interest (ROIs), and a sparse spatial graph was constructed based on k-nearest neighbors (kNN) adjacency between ROIs. The EEG data was segmented into short windows and aligned with the corresponding fMRI time slices. Subsequently, a spatiotemporal dual-branch model, comprising temporal EEG encoder (1D convolution) and a GAT-based ROI graph encoder with a fusion module, was trained. To prevent information leakage, the train٫validation٫test split was performed at the subject level. After refinement, the dataset included 36 subjects (22 training, 6 validation, 8 test), generating 1,160 windows for each subject (Ntrain = 25,520, Nval = 6, 960, Ntest = 9,280). The best validation loss achieved was Lval = 0.1876, and the test perfor- mance at the window level reached Acc = 1.000, F1 = 1.000, and AUC = 1.000 (after 30 training epochs). Beyond performance, interpretable analyses based on network outputs indicated that differences in rs-fMRI connectivity were primarily prominent in long- range٫inter-network patterns, manifesting qualitatively in clusters of parieto-occipital regions (with complementary roles in frontal, temporal, and midline٫cingulate areas). Similarly, a consistent spatial group pattern was observed in EEG; parieto-occipital channels (such as PO, O, and P) were more prominent in patients, while fronto-central channels (such as FC and Fz) were more prominent in the control group. This multi- modal convergence proposes a set of regions٫connections as biomarker candidates for distinguishing patients from controls
- Keywords:
- Epilepsy ; Graph Neural Network ; Drug Resistance ; Interpretability ; Resting-State Functional Magnetic Resonance Image (FMRI) ; Spatio-Temporal Graph Neural Network ; Electroencephalography ; Biomarker
-
محتواي کتاب
- view
- مقدمه
- مفاهیم اولیه
- مروری بر صرع و مفاهیم پایهی مرتبط با دادههای مغزی
- مبانی الکتروانسفالوگرافی (EEG)
- مبانی تصویربرداری تشدید مغناطیسی کارکردی (fMRI)
- دادههای همزمان EEG–fMRI و ادغام چندوجهی
- نظریه گراف و تحلیل شبکههای مغزی
- مبانی یادگیری عمیق مورد نیاز پژوهش
- شبکههای عصبی گرافی
- شبکههای عصبی گرافی فضا–زمانی
- ساخت گراف در دادههای مغزی و ملاحظات عملی
- توضیحپذیری و استخراج نشانگرهای زیستی
- الگوریتمهای پایه مورد استفاده در این پژوهش
- جمعبندی فصل
- کارهای پیشین
- مقدمه و نقشهی راه فصل
- صرع شبکهمحور و پیامدهای آن در پیشاجراحی
- EEG در صرع: از ویژگیمحور تا شبکهای و گرافی
- rs-fMRI و شبکههای مغزی در صرع: اتصالپذیری ایستا و پویا
- EEG–fMRI همزمان در صرع: از رویدادمحور تا شبکهمحور
- یادگیری عمیق گرافی در شبکههای مغزی: از بلوکهای پایه تا کاربردهای بالینی
- مدلهای فضا–زمانی و شبکههای پویا: اتصال ادبیات به ST-GNN
- جداول جمعبندی و مقایسهی رویکردها
- شکافهای پژوهشی و جایگاه روش پیشنهادی
- جمعبندی فصل
- روش پیشنهادی
- نتایج و دستاوردها
- بحث، نتیجه گیری و کارهای آتی
- مراجع
- واژهنامه
