I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   14 ,   No .   2 A p r il 2 0 2 5 ,   p p .   1 3 1 1 ~ 1 3 2 5   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 14 .i 2 . p p 1 3 1 1 - 1 3 2 5       1311       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Accuracy  of n eur a l net wo rks i n br a in wav e diag no sis  of  schizo phrenia       Su k em i 1 ,   G a briel  E k o pu t ra   H a rt o no   Ca hy a di 2 ,   Sa m s ury a di 3 ,   M uh a m m a d Ag un g   Akba r 4   1 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S y st e m,   F a c u l t y   o f   C o m p u t e r s   S c i e n c e ,   S r i w i j a y a   U n i v e r si t y ,   P a l e m b a n g ,   I n d o n e s i a   2 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   S y s t e ms ,   F a c u l t y   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e ,   S r i w i j a y a   U n i v e r s i t y ,   P a l e m b a n g ,   I n d o n e si a   3 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i c   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   S r i w i j a y a   U n i v e r si t y ,   P a l e m b a n g ,   I n d o n e s i a   4 N u r si n g   S t u d y   P r o g r a m ,   S T I K e s Al - M a ' a r i f ,   B a t u r a j a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   2 2 ,   2 0 2 3   R ev is ed   Oct  1 8 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   No v   1 5 ,   2 0 2 4       Th is  re se a rc h   e x p lo re th e   a p p li c a ti o n   o a   m o d if ied   d e e p   lea rn in g   m o d e fo r   e lec tro e n c e p h a lo g ra p h y   (EE G sig n a c las sifica ti o n   in   t h e   c o n tex o f   sc h izo p h re n ia  d iag n o sis.   Th is  st u d y   a ims   to   u ti li z e   t h e   tem p o ra a n d   sp a ti a l   c h a ra c teristics   o EE G   d a ta   to   im p ro v e   c las sifica ti o n   a c c u ra c y .   F o u p o p u la r   c o n v o lu ti o n a n e u ra n e two r k   (CNN a rc h it e c tu re s,   n a m e ly   LeN e t - 5 ,   Ale x Ne t,   VG G 1 6 ,   a n d   Re sN e t - 1 8 ,   a re   a d a p ted   to   h a n d le  1 EE G   sig n a ls.  I n   a d d it i o n ,   a   h y b ri d   a rc h it e c tu re   o CNN - g a ted   re c u rre n u n i ( G RU)  a n d   CNN - lo n g   sh o r t - term   m e m o ry   ( LS TM is   p r o p o se d   t o   c a p tu re   s p a ti a a n d   tem p o ra d y n a m ics .   Th e   m o d e wa e v a lu a ted   o n   a   d a tas e c o n sistin g   o f   EE G   re c o rd in g fr o m   1 4   p a ti e n ts  wit h   p a ra n o id   sc h izo p h re n i a   a n d   1 4   h e a lt h y   c o n tro ls.   Th e   re su lt sh o h i g h   a c c u ra c y   a n d   F 1   sc o r e fo a l l   m o d ifi e d   m o d e ls,  with   CNN - LS TM   a n d   CNN - G RU  a c h iev in g   t h e   h ig h e st   p e rfo rm a n c e   with   sc o re o 0 . 9 6   a n d   0 . 9 7 ,   re sp e c ti v e ly .   Re c e iv e o p e ra ti n g   c h a ra c teristic  (ROC)  c u rv e d e m o n stra te  th e   m o d e l' a b il it y   t o   d i stin g u ish   b e twe e n   h e a lt h y   c o n tro ls   a n d   sc h izo p h re n ia  p a ti e n ts.   Th e   p ro p o s e d   m o d e l   o ffe rs  a   p ro m isin g   a p p r o a c h   fo a u to m a ted   sc h izo p h re n ia  d iag n o sis   b a se d   o n   EE G   sig n a ls,  p o ten ti a ll y   a ss is ti n g   c li n icia n i n   e a rly   d e tec ti o n   a n d   in terv e n t io n .   F u tu re   wo r k   will   fo c u o n   larg e d a ta  se ts  a n d   e x p lo re   tran sfe r   lea rn in g   tec h n i q u e s t o   imp r o v e   t h e   g e n e ra li z a ti o n   a b il it y   o th e   m o d e l.   K ey w o r d s :   C o n v o lu tio n al   Dee p   lear n in g   Diag n o s is   E lectr o en ce p h al o g r a p h y   Neu r al  n etwo r k   Sig n al  class if icatio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su k em i   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Sy s t em ,   Facu lty   o f   C o m p u ter   Scie n ce ,   Sriwijay Un iv er s ity   Ma s jid   Al  Gaz ali   St. ,   B u k it L a m a,   I lir  B ar .   I ,   Palem b a n g   C ity ,   So u th   Su m at r 3 0 1 2 8 I n d o n esia   E m ail: su k em i@ u n s r i.a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N     S c h i z o p h r e n i a   i s   a   s e v e r e   a n d   o f t e n   c h r o n i c   p s y c h i a t r i c   d i s o r d e r   t h a t   c a u s e s   s u b s t a n t ia l   p er s o n a l   a n d   s o c i a l   b u r d e n   o f   l o n g - t e r m   d i s a b i l i t y   [ 1 ] .   S c h i z o p h r e n i a   is   s e v e r e   m e n t a l   d is o r d e r   c h a r a c t e r i z e d   b y   p o s i t i v s y m p t o m s   s u c h   as   d e l u s i o n s   a n d   h a l l u c i n a t i o n s ,   n e g at i v e   s y m p t o m s   i n cl u d i n g   a m o t i v a t i o n   a n d   s o c i al  w i t h d r a w al ,   a n d   c o g n i ti v e   s y m p t o m s   s u c h   a s   w o r k i n g   m e m o r y   d e f i c i ts   a n d   c o g n i ti v e   f l e x i b i li t y   [ 2 ] .   W o r l d w i d e ,   s c h i z o p h r e n i a   i s   o n o f   t h e   t o p   2 0   c a u s es   o f   d is a b i li t y   a n d   t h l i f e ti m e   p r e v a l e n ce   o f   s c h i z o p h r e n i a   i s   e s t i m at e d   t o   b e   a r o u n d   0 . 7 [ 3 ] .   E a r ly   d e t e c ti o n   a n d   d i a g n o s i s   o f   s c h iz o p h r e n i a   is   c h al l e n g i n g   d u e   t o   t h e   m a n y   c o m o r b i d i t i e s   as s o c ia t e d   w i t h   s c h i z o p h r e n i a ,   s u b o p t i m a p a t ie n t   m a n a g e m e n t   a n d   p o t e n t i all y   l i m it i n g   p o s i t i v o u t c o m e s   [ 4 ] .   T h e   m a i n   p r o b l e m   i n   d e t e c t i n g   s c h iz o p h r e n i a   i s   t h a t   t h e r e   a r e   n o   d i a g n o s ti c   t e s ts   o r   b i o m a r k e r s   a v a i l a b l a s   t h e y   a r e   b a s e d   o n   t h e   p a ti e n t' s   h is t o r y   a n d   t h ei r   o v e r a l m e n t a s t a t [ 5 ] .   B ec a u s e   s c h i z o p h r e n i a   s h a r e s   m a n y   c li n i c a l   f e at u r e s   w i t h   o t h e r   m e n t a l   d is o r d e r s ,   t r a d i t i o n a l   c li n i c al   m e t h o d s   a r e   u n r e l i a b l e   a n d   l e s s   a c c u r a t e   [ 6 ] .   T o   o v e r c o m e   s u ch   l i m i t at i o n s ,   a n   a u t o m a t e d ,   r el i a b l e   a n d   r e p r o d u c i b l e   a p p r o ac h   o f   b r a i n   i m a g i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il 2 0 2 5 1 3 1 1 - 1 3 2 5   1312   m o d a l i t i es   is   r e q u i r e d   [ 7 ] .   A l t h o u g h   s c h i z o p h r e n i a   is   u s u al l y   d e t e c t e d   b y   s p e c i al i s t s ,   i n   r e c en t   t i m es ,   t o o ls   s u c h   a s   el e c t r o e n c e p h a l o g r a p h y   ( E E G )   h a v e   b e e n   u s e d   t o   a u t o m a t ic a l l y   d e te c t   s c h i z o p h r e n i a .   As   E E G   is   c h e a p e r   a n d   m o r e   p r a c t i c a l ,   t h e   u s e   o f   E E G   i n   s c h i z o p h r e n i a   d e te c t i o n   is   wi d e l y   p r e f e r r e d   [ 8 ] .   EEG / m ag n eto en ce p h alo g r ap h y   ( ME G)   ca n   b u s ed   f o r   n o n - in v asiv s tu d y   o f   b r ain   elec tr ical  ac tiv ity .   Scalp   p o te n tial  d if f er en ce s   f r o m   elec tr ic  f ield s   d r i v en   b y   n e u r al  cu r r en ts   ar e   m ea s u r ed   u s in g   E E G   [ 9 ] .   E E is   p h y s io lo g ical  tech n iq u th at  r e co r d s   s p o n tan eo u s   elec tr ical  b r ain   ac tiv it y   o r ig in atin g   f r o m   n eu r o n s   with   h ig h   r eso lu tio n   t h r o u g h   elec tr o d es  co n n ec te d   t o   th s ca lp   [ 1 0 ] .   Ho we v er ,   E E is   s ig n al  with   v er y   s m all  a m p litu d e;  t h er ef o r e,   r ec o g n izin g   em o tio n s   f r o m   E E is   a   v er y   ch allen g in g   task .   Nev er th eless ,   m an y   r esear ch e r s   h av attem p ted   to   o v er c o m th is   p r o b lem   b y   ad o p tin g   ad v an ce d   tec h n iq u es,  in clu d in g   d ee p   lear n in g   [ 1 1 ] .   Un lik o t h er   cl ass if icatio n   m eth o d s ,   d ee p   lear n in g   d o es  n o r eq u ir s ep ar ate  alg o r ith m   to   m an u ally   ex tr ac f ea tu r es  f r o m   d ata.   T h u s o f   d ee p   lear n i n g   h as  in cr ea s ed   d u to   its   au to m atic  ex tr ac tio n   o f   d esire d   f ea tu r es a n d   its   g o o d   p er f o r m a n ce   in   class if icatio n   [ 1 2 ]   R ec en tly ,   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k   ( C NN)   h as  r ec eiv ed   lo o f   atten tio n   an d   ac h i ev ed   g r ea t   s u cc ess   in   th v is u al  f ield   d u e   to   its   ab ilit y   to   au to m atica lly   ex tr ac s tr o n g   f ea tu r es  [ 1 3 ] .   T h o u tp u o f   E E s ig n al  is   tim s er ies  d ata,   th er ef o r e,   C NN  ca n   a u to m atica lly   d is co v er   a n d   e x tr ac th e   in ter n al  s tr u ctu r o f   th e   in p u tim s er ies  to   g en er ate  d ee p   f ea tu r es  f o r   class if icatio n   [ 1 4 ] Var io u s   ty p es  o f   C N ar ch itectu r es  h av also   b ee n   im p lem en ted   i n   v ar io u s   E E s ig n al  class if icatio n   s y s tem s Acc o r d in g   Yıld ır ı m   et  a l.   [ 1 5 ] a   n ew   one - d im e n s io n al   ( 1D )   C NN  m o d el  is   p r o p o s ed   f o r   au to m atic  r ec o g n itio n   o f   n o r m al  an d   ab n o r m al  E E G   s ig n als.  T h d ev elo p ed   m o d el  r esu lted   in   o n ly   2 0 . 6 6 m is class if icatio n   r ate  in   clas s if y in g   n o r m al  a n d   ab n o r m al   E E s ig n als.  T h e   m o d el  p r o p o s ed   b y   Oh   et   a l .   [ 1 6 ]   r esu lted   in   class if icatio n   ac cu r ac ies  o f   9 8 . 0 7 an d   8 1 . 2 6 % f o r   n o n - s u b ject - b ased   test in g   an d   s u b ject - b ased   test in g ,   r esp ec tiv ely .   I n   th m eth o d   p r o p o s ed   b y   Sh ey k h iv a n d   et  a l.   [ 1 7 ] ,   r aw  E E s ig n als ar ap p lied   to   C NN - lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM )   n etwo r k s ,   with o u in v o lv in g   f ea tu r ex tr ac tio n /s elec tio n .   Simu la tio n   r esu lts   o f   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m   f o r   two - s tag class if icatio n   ( n eg ativ an d   p o s itiv e)   an d   th r ee - s tag class if icatio n   ( n eg ativ e,   n e u tr al ,   an d   p o s itiv e)   o f   em o tio n s   f o r   1 2   ac tiv c h an n els s h o wed   ac cu r ac ies o f   9 7 . 4 2 % a n d   9 6 . 7 8 an d   Kap p c o ef f icien ts   o f   0 . 9 4   a n d   0 . 9 3 ,   r esp ec tiv ely .   Sh o eib et  a l   [ 1 8 ]   u tili ze d   v ar io u s   in tellig en d ee p   lear n in g   b ased   m eth o d s   f o r   a u to m atic  s ch izo p h r e n ia  d iag n o s is   th r o u g h   E E s ig n als.  C l ass if icatio n   o f   E E s ig n als  was  f ir s p er f o r m ed   b y   co n v en tio n al  m ac h in l ea r n in g   m eth o d s ,   e. g . ,   s u p p o r v ec t o r   m ac h in e ,     k - n ea r est  n eig h b o r ,   d ec is io n   tr ee ,   n aïv B ay es,  r an d o m   f o r est,  h ig h ly   r an d o m ized   tr ee s ,   an d   b ag g in g .   Var io u s   d ee p   lear n i n g   m o d els  wer p r o p o s ed ,   n am el y ,   L STM ,   C NN,   an d   C NN - L STM .   T h r esu lts   s h o th at     C NN - L STM   h as  th b est  p er f o r m a n ce .   T h p r o p o s ed   C NN - L STM   m o d el  h as  ac h iev ed   an   ac cu r ac y   p er ce n tag o f   9 9 . 2 5 %,  b etter   t h an   p r e v io u s   m ac h in lear n in g   m o d els.   Acc o r d in g   to   Yıld ır ım   et  a l.   [ 1 5 ] ,   n ew   1 D - C NN  m o d el   was  p r o p o s ed   f o r   a u to m atic  r ec o g n itio n   o f   n o r m al  an d   ab n o r m al  E E s ig n als  with   9 7 ac cu r ac y .   R esear ch   b y   Sh ey k h iv a n d   et  a l.  [ 1 7 ]   r ec o r d ed   E E G   s ig n als  f r o m   1 4   s u b jects  with   m u s ical  s tim u latio n   f o r   th p r o ce s s .   Simu latio n   r esu lts   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m   f o r   two - s tag e   class i f icatio n   ( n eg ativ e   an d   p o s itiv e)   an d   th r ee - s tag class if icatio n   ( n e g ativ e,   n eu tr al ,   an d   p o s itiv e)   o f   em o tio n s   f o r   1 2   ac tiv ch a n n els  s h o wed   ac cu r ac ies  o f   9 7 . 4 2 an d   9 6 . 7 8 % ,   an d   Kap p co ef f icien ts   o f   0 . 9 4   an d   0 . 9 3 ,   r esp ec tiv ely .   R esear ch   b y   Na g ab u s h an am   et  a l.   [ 1 9 ]   an aly ze d   d ee p   lear n in g   f o r   E E s ig n al  class if icatio n .   T h im p r o v ed   L STM   an d   n eu r a n etwo r k   wer p r o p o s ed   f o r   b etter   p er f o r m an c e   with   7 1 . 3 an d   7 8 . 9 ac cu r ac y   in   E E class if ica tio n ,   r esp ec tiv ely .   with   co m p ar ativ ex p er im en ts ,   u s in g   Op en B C I   to   co llect  E E ac ti o n   id ea s   d u r in g   s tatic  ac tio n   an d   d y n am ic  ac tio n   an d   u s in g   C o n v 1 D - GR E E G   r ec o g n itio n   m o d el  t o   tr ain   a n d   r ec o g n ize  ac tio n s ,   r esp ec tiv ely .   T h ex p er im en tal  r esu lts   s h o th at  th b r ain   wav ac tio n   id ea   is   ea s ier   to   r ec o g n ize  in   th s tatic  s tate.   T h r ec o g n itio n   ac cu r ac y   o f   th b r ain   wa v ac tio n   id ea   in   th d y n am ic  s tate  is   o n ly   7 2 . 2 7 %,  an d   th r ec o g n iti o n   ac cu r ac y   o f   th b r ain   wav ac tio n   id ea   in   t h e   s tatic  s ta te  is   9 9 . 9 8 %.  An   elev en - lay er   C NN  m o d el  is   p r o p o s ed   to   d etec s ch izo p h r en ia  u s in g   E E s ig n als.  Hig h   class if icatio n   ac cu r ac ie s   o f   9 8 . 0 7 an d   8 1 . 2 6 w er o b tain e d   f o r   n o n - s u b ject - b ased   test in g   a n d   s u b ject - b ased   test in g ,   r esp ec ti v ely ,   alth o u g h   t h d ata  s et  was sm all  [ 1 6 ] .   I n   th is   p ap er ,   we  will  test   th d iag n o s is   o f   E E s ig n als  to   p r ed ict  s ch izo p h r en ia  d is ea s u s in g   C NN   m eth o d s   with   ex is tin g   ar ch itectu r es  ( L eNe t - 5 ,   Alex Net,   VGG - 1 6 ,   an d   R esNet - 1 8 )   m o d if ied   to   b ad ap ted   to   1 E E s ig n al  d atasets .   T h n ex C NN  m o d els  ar e   C NN - L STM   an d   C NN - g ated   r ec u r r en u n it  ( GR U ) .   T h en   co m p ar t h ac cu r ac y   o f   ea ch   ar ch itectu r e   u s ed   an d   an aly ze   th in cr ea s an d   d ec r e ase  in   ac cu r ac y   i n   class if y in g   E E s ig n als to   d iag n o s p eo p le  with   s ch izo p h r e n ia.       2.   M E T H O D   2 . 1 .     E E G   s ig na l   E E is   n o n - in v asiv m ea s u r em en o f   th b r ai n ' s   elec tr i f ield s .   E lectr o d es  p lace d   o n   th s ca lp   r ec o r d   v o ltag p o te n tials   r esu ltin g   f r o m   cu r r en f lo in   a n d   ar o u n d   n eu r o n s   [ 2 0 ] .   E E is   m ea s u r o f   th elec tr ic  f ield s   g en er ated   b y   an   ac tiv b r ain ,   is   b r ain   m ap p in g   an d   n eu r o   im ag in g   tech n iq u wid ely   u s ed   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A cc u r a cy   o f n e u r a l n etw o r ks in   b r a in   w a ve   d ia g n o s is   o f sch i z o p h r en ia   ( S u ke mi)   1313   an d   o u ts id th clin ical  d o m ain   [ 2 1 ] .   E E is   wid ely   u s ed   in   r esear ch   in v o lv in g   n eu r al  en g in ee r in g ,   n eu r o s cien ce ,   an d   b io m e d ica en g in ee r in g .   T h o u t p u o f   an   E E s ig n al  is   tim s er i es  d ata.   T h er ef o r e,   co m p ar in g   th o u tp u d ata  wit h   th s tan d ar d   E E s ig n al   ca n   d eter m in t h d is ea s o r   p r o b lem   [ 2 2 ] .   T h e   E E s ig n al  v is u aliza tio n   in   th is   s tu d y   r ep r esen ts   d ata  r ec o r d e d   o v er   d u r atio n   o f   8 0 0   to   9 0 0   s ec o n d s ,   as  in d icate d   b y   th e   r an g o n   th e   X - ax is   o f   th g r ap h .   T h E E G   s ig n als  co n s is o f   1 9   ch an n els  r ec o r d ed   f r o m   s tan d ar d   elec tr o d lo ca tio n s   o n   th e   s ca lp ,   with   th e   Y - ax is   r ep r esen tin g   ea ch   E E c h an n el.   E ac h   s ig n al  r ef lects  th e   b r ain ' s   elec tr ical  ac tiv ity ,   wit h   v a r y in g   p atter n s   an d   am p litu d es  d e p en d in g   o n   th c o n d it io n   o f   th s u b ject.   T h s ig n als  ar d is p lay ed   wi th   s ep ar atio n   o f f s et  to   d is tin g u is h   in d iv id u al  ch an n els  clea r ly .   T h y - ax is   v alu es,  r an g in g   f r o m   - 5 0 0   to   4 , 5 0 0 ,   ar lik ely   n u m er ical  r e p r esen tatio n s   o f   th E E s ig n al  am p litu d es.  T h is   v is u aliza tio n   s ty le  is   ty p ical  in   MA T L AB ,   wh er th s ca le  a d ap ts   au to m atica lly   b ased   o n   t h s ig n al  v alu es  to   f ac ilit ate  clea r   o b s er v atio n   o f   tem p o r al  p atter n s   an d   v a r iatio n s   with in   th E E d ata.   Fig u r 1   s h o ws  E E G   Sig n als   f r o m   n o r m al  s u b ject   ( Fig u r 1 ( a) )   an d   p atien ts   with   s ch izo p h r en ia   ( Fig u r 1 ( b ) ) .         ( a)       ( b )     Fig u r 1 .   E E s ig n als f r o m   ( a )   n o r m al  s u b ject  an d   ( b )   p atien ts   with   s ch izo p h r en ia     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il 2 0 2 5 1 3 1 1 - 1 3 2 5   1314   2 . 2 .     Co nv o lutio na neura l net wo rk   T h ter m   d ee p   lear n in g   o r   d e ep   n eu r al  n etwo r k   r e f er s   to   an   ar tific ial  n eu r al  n etwo r k   ( A NN)   [ 2 3 ]   with   m u ltip le  lay er s .   On o f   th m o s p o p u lar   d ee p   n eu r al   n etwo r k s   is   th C NN .   On o f   th m o s p o p u lar   d ee p   n eu r al   n etwo r k s   is   th C NN.   T h m o s b en ef icial  a s p ec o f   C NN  is   th at   it  r e d u ce s   th n u m b er   o f   p ar am eter s   in   th e   ANN.   T h m o s im p o r tan ass u m p tio n   ab o u th p r o b lem   s o lv ed   b y   C NN  s h o u ld   n o h av s p atially   d ep en d en f ea t u r es  [ 2 4 ] .   C NN  ar ch itectu r is   in s p ir ed   b y   v is u al  p e r ce p tio n   [ 2 5 ] .   On o f   th m ain   d if f er en ce s   is   th at  th n eu r o n   lay er s   in   C NN  co n s is o f   n e u r o n s   o r g an ized   in to   th r ee   d i m en s io n s ,   th in p u t   s p atial  d im en s io n s   ( h eig h t a n d   wid th )   an d   d ep th   [ 2 6 ] .   C NNs  ar g en er ally   d esig n ed   to   o p er ate   ex clu s iv ely   o n   2 d ata  s u ch   as  im ag es  an d   v i d e o s .   T h is   is   wh y   th ey   a r o f ten   r ef er r ed   to   as,  '' 2 C NN s '' .   Alter n ativ ely ,   m o d if ied   v e r s io n   o f   2 C NNs  ca lled     1 C NNs  h as  r ec en tly   b ee n   d ev elo p e d .   I n   t h r ec en s tu d ies  m en tio n ed   ab o v e,   co m p a ct  1 C NNs  h av s h o wn   s u p er io r   p er f o r m an ce   o n   ap p licatio n s   th at  h a v lim ite d   lab eled   d ata  a n d   h ig h   s ig n al   v ar iatio n   o b tain e d   f r o m   d if f e r en s o u r ce s   ( i.e . ,   p atien E E G,   ci v il,  m ec h an ical  o r   ae r o s p ac s tr u ct u r es,  h ig h   p o wer   cir c u its ,   an d   en g in o r   m o to r   p o wer )   as sh o wn   in   Fig u r 2   [ 2 7 ] .           Fig u r 2 .   E x am p le  o f   1 C NN  ar ch itectu r w ith   3   C o n v 1 D   an d   2   d en s lay er s   [ 2 7 ]       2 . 3 .     L o ng   s ho rt - t er m   m emo ry   R ec u r r en n eu r al  n etwo r k s   ( R NNs)  ar g r o u p   o f   d ee p   lear n in g   m o d els  u s ed   in   s p ee ch   r e co g n itio n ,   n atu r al  lan g u ag e   p r o ce s s in g ,   an d   b i o m ed ical  s ig n al   p r o ce s s in g .   C NN  m o d els  ar e   o f   th e   f ee d - f o r war d   ty p e.   Ho wev er ,   R NNs  h av f ee d b ac k   lay er ,   w h er th e   n etwo r k   o u tp u r etu r n s   to   th n etwo r k   alo n g   with   th e   n ex t   in p u t.  Sin ce   it  h as  an   in ter n al   m em o r y ,   t h R NN  r em em b e r s   p r ev io u s   in p u ts   an d   u s es  th em   to   p r o ce s s   th in p u s eq u en ce .   Simp le  R NNs,  L STM s ,   an d   GR U   n etwo r k s   ar th r ee   im p o r tan g r o u p s   o f   R NNs  [ 1 8 ] .   T h e   s p ec ialized   m em o r y   ce ll  ar c h i tectu r in   L STM s   m ak es  it  ea s y   to   s to r e   in f o r m atio n   f o r   lo n g   p e r io d s   o f   tim e.   T h ce ll  s tr u ctu r h as  b ee n   m o d if ied   b y   m an y   p e o p le  s in ce   th en ,   b u t   th s tan d a r d   f o r m u latio n   o f   a   s in g le   L STM   ce ll c an   b g iv e n   b y   ( 1 ) - ( 6 )   [ 2 8 ] .     =   ( [ 1 , ] +   )   ( 1 )     =     (   [     1 , ]   +     )     ( 2 )     ~ =    (      [     1 , ]   +    )   ( 3 )     =     (     1 ) +   ~     ( 4 )     =     (     [     1 , ]   +   )     ( 5 )     =          ( )   ( 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A cc u r a cy   o f n e u r a l n etw o r ks in   b r a in   w a ve   d ia g n o s is   o f sch i z o p h r en ia   ( S u ke mi)   1315   R NNs  ar f o u n d   to   b an   e f f e ctiv to o f o r   a p p r o x im atin g   d y n am ic  s y s tem s   th at  d ea with   tim an d   s eq u en ce - d e p en d e n d ata  s u ch   as  v id eo ,   a u d io ,   an d   o th er s .   L STM   is   p ar o f   an   R NN  wit h   s tate  m em o r y   an d   m u ltil ay er   ce ll  s tr u ctu r e.   Har d war ac ce ler atio n   o f   L STM s   u s in g   m em r is to r   cir cu its   is   an   em er g in g   to p ic  o f   s tu d y .   Fig u r 3   s h o ws  th ex am p le  o f   L STM ,   Fig u r 3 ( a)   s h o ws  th e x am p le  o f   o r ig in al  L STM   u n it   ar ch itectu r e:  m em o r y   ce ll  a n d   two   g ates ,   Fig u r e   3 ( b )   s h o ws  L STM   ce ll  with   f o r g et  g ate ,   an d   Fig u r 3 ( c )   s h o ws  m o d er n   r ep r esen tatio n   o f   L STM   with   f o r g et  g ate  [ 2 9 ]         ( a)     ( b )     ( c)     Fig u r 3 .   T y p o f   L STM   ar ch i tectu r e :   ( a)   e x a m p le  o f   o r ig i n a l L STM   u n it a r ch itectu r e:  m e m o r y   ce ll a n d   two   g ates ,   ( b )   L STM   ce ll with   f o r g et  g ate ,   an d   ( c)   m o d er n   r ep r es en tatio n   o f   L STM   with   f o r g et  g ate  [ 2 9 ]       2 . 4 .     G a t ed  re curr ent   un it   I n tr o d u ce d   in   2 0 1 4 ,   GR Us  ar s im ilar   to   L STM s   b u h av f ewe r   p ar am eter s .   T h e y   also   h av g ated   u n its   lik L STM s   th at  co n tr o l   th f lo o f   i n f o r m atio n   with in   th u n it  b u t   with o u h av in g   s ep ar ate  m em o r y   ce lls .   Un lik L STM s ,   GR U s   d o   n o h av e   o u tp u g ates,  th u s   d is p lay in g   th ei r   f u ll  c o n ten t.  T h f o r m u latio n   o f   GR ca n   b g iv en   b y   ( 7 ) - ( 9 )   [ 2 8 ] .     =  (  + 1 + )   ( 7 )     =  (  + 1 + )   ( 8 )     =  ( + ℎℎ ( 1 ) + )   ( 9 )     = 1 + ( 1 )   ( 1 0 )     GR is   p o p u lar   n e u r al  n et wo r k   n o wad ay s ,   esp ec ially   f e ed - f o r war d   n etwo r k s ,   m em o r y   n etwo r k s ,   an d   g r a p h   n etwo r k s .   I n   f ee d - f o r war d   n etwo r k ,   ea c h   n e u r o n   is   o n   a   d if f er e n lay er .   E a ch   lay er   o f   n e u r o n s   ca n   g et   s ig n als  f r o m   th p r ev i o u s   lay er   o f   n eu r o n s   an d   o u tp u s ig n als  to   th e   n ex t   lay er .   T h o u tp u is   n o t   o n ly   r elate d   to   th c u r r e n in p u t   an d   th n etwo r k   weig h ts   b u also   r elate d   to   th p r ev io u s   in p u t s .   I is   m ain ly   u s ed   in   th f ield s   o f   tim s er ies  d ata  an d   tex d ata  [ 3 0 ] .   GR h as  less   co m p licated   s tr u ctu r co m p ar ed   t o   L STM .   I h as  n o   o u tp u g ates  b u h as  an   u p d ate  an d   r eset  g ate  r .   T h ese  g ates  ar v ec to r s   th at  d ec id wh at   in f o r m atio n   s h o u ld   b p ass ed   to   th o u tp u t.  T h r eset  g ate   d ef in es  h o to   co m b in th n ew  in p u with   th e   p r ev io u s   m e m o r y .   T h e   d ef in iti o n   o f   h o w   m u ch   o f   th last   m e m o r y   s to r e d   is   d o n b y   th u p d ate  [ 3 1 ] Fig u r 4   s h o ws e x am p le  d iag r a m   o f   h o th GR wo r k s .     2 . 5 .     P r o po s ed  a rc hite ct ure   T h C NN - 1 s tr u ctu r u s ed   in   th is   r esear ch   is   an   im p lem en tatio n   o f   th ex is tin g   C NN - 2 ar ch itectu r with   th ad d itio n   o f   p ar am eter s   s o   th at  it  ca n   wo r k   well  in   p r o ce s s in g   1 d ata  in   th f o r m   o f   s ch izo p h r en ia  E E s ig n als.  T h C NN  ar ch itectu r es  in clu d VGG - 1 6 ,   R esNet - 1 8 ,   L eNe t - 5 ,   an d   Alex Net.   T h e   s tr u ctu r ar r a n g em e n is   b y   r ep lacin g   th e   2 D   co n v o lu tio n a lay er   with   1 co n v o lu tio n al  lay er .   Seco n d ly ,   th p o o lin g   lay er   m u s also   b r ep lace d   with   1 p o o lin g   lay er .   T h ir d ,   th f u lly   c o n n ec t ed   lay er   s h o u ld   b e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il 2 0 2 5 1 3 1 1 - 1 3 2 5   1316   r em o v ed   an d   r ep lace d   with   a   1 g lo b al   av er ag e   p o o lin g   lay er .   T h o u tp u la y er   also   n ee d s   to   b m o d if ie d   to   m atch   th n u m b er   o f   class es  u s ed   f o r   class if icatio n .   T h n u m b er   o f   f ilter s   in   ea ch   co n v o lu tio n al  lay er   is   r ed u ce d   a n d   ea c h   lay er   is   in cr ea s ed   with   d r o p o u to   p r ev en t   o v er f itti n g .   T h ese  m o d if icatio n s ,   b y   m ain tain in g   th b asic  s tr u ctu r o f   th e   C NN - 2 ar ch itectu r w h ile  a d ap tin g   it  to   wo r k   with   1 D   d ata  s u ch   as  th e   s ch izo p h r en ia  E E d ataset.   T o   o p tim ize  th e   L eNe t - 5   ar ch itectu r to   w o r k   with   1 D   d ata ,   s u ch   as   E E s ig n al   d ata,   th o r ig in al   2 co n v o l u tio n al  lay er   ( C o n v 2 D)   is   r ep lace d   with   1 co n v o l u tio n al  lay er   ( C o n v 1 D ) .   T h in p u t _ s h ap e   p ar am eter   is   s et  to   ( n _ tim estep s ,   n _ f ea tu r es),   wh er e   n _ tim e s tep s   is   th len g th   o f   th tim e   s er ies  ( in   th is   ca s e,   th n u m b er   o f   E E s am p les)  an d   n _ f ea tu r es  is   th n u m b er   o f   ch a n n els  ( in   th is   ca s e,   th n u m b er   o f   elec tr o d es).   T h e   p o o lin g   lay er   ( Ma x Po o lin g 1 D)   is   also   m o d if ied   t o   wo r k   with   1 d ata,   an d   th f u lly   co n n ec ted   la y er   ( d en s e)   r e m ain s   th s am as  in   th o r ig in al   L eNe t - 5   ar ch itectu r as  th n u m b er   o f   f ilter s   i n   th co n v o lu tio n al  la y er   a n d   th k er n el  s ize  n ee d   to   b ad j u s ted   to   ca p t u r r ele v an f ea tu r es  in   th E E s ig n al   as  s h o wn   in   Fig u r 5 .   On ce   t h ar ch itectu r e   an d   h y p er p a r a m eter s   ar o p tim ize d   ( T a b le  1 ) ,   th m o d el  ca n   b e   tr ain ed   u s in g   s tan d ar d   o p ti m izatio n   tech n iq u es,  s u ch   a s   s to ch asti g r ad ien d escen o r   Ad am .   Mo d el   p er f o r m an ce   ca n   t h en   b e v al u ated   u s in g   ap p r o p r iate  m etr ic s ,   s u ch   as  ac cu r ac y   o r   F1   s co r e,   o n   th v alid atio n   s et  o r   th r o u g h   cr o s s - v alid atio n .           Fig u r 4 .   E x am p le  d iag r am   o f   h o th GR wo r k s   [ 3 2 ]           Fig u r 5 .   T h L eNe t - 5   a r ch ite ctu r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A cc u r a cy   o f n e u r a l n etw o r ks in   b r a in   w a ve   d ia g n o s is   o f sch i z o p h r en ia   ( S u ke mi)   1317   T ab le  1 .   T h h y p er p a r am eter   o f   1 L eNe t - 5   ar ch itectu r e   La y e r s   La y e r s   N a m e   F i l t e r s   K e r n e l   S i z e   S t r i d e s   A c t i v a t i o n   1   C o n v 1 D _ 1   6   5   1   R e LU   2   M a x P o o l i n g 1 D _ 1   -   2   2   -   3   C o n v 1 D _ 2   16   5   1   R e LU   4   M a x P o o l i n g 1 D _ 2   -   2   2   -   5   C o n v 1 D _ 3   1 2 0   5   1   R e LU   6   G l o b a l A v e r a g e P o o l i n g 1 D   -   -   -   -   7   D e n se _ 1   84   -   -   R e LU   8   D e n se _ 2   1   -   -   S i g m o i d       T o   ad a p Alex Net   to   w o r k   o n   1 d ata,   it  is   n ec ess ar y   to   m o d if y   t h in p u t   lay er   to   ac ce p 1 s ig n als   r ath er   th an   3 - c h an n el  im ag es.   I n ee d s   to   ad ju s th n u m b er   o f   f ilter s   an d   k er n el  s ize  in   th co n v o lu tio n al   lay er   to   b etter   ca p tu r r elev a n f ea tu r es  in   th e   E E s ig n al.   On ap p r o ac h   t o   o p tim ize   Alex Net  f o r   1 E E G   d ata  is   to   u s C o n v 1 D   in s tead   o f   C o n v 2 D.   I also   r ep lace s   t h Flatten   lay er   with   g lo b al   av e r ag e   p o o lin g   1 to   r ed u ce   o v er f itti n g .   T h n u m b er   o f   f ilter s   in   t h co n v o lu ti o n al  lay er   ca n   b i n cr ea s ed   t o   ca p tu r e   co m p le x   p atter n s   in   th E E s ig n al.   T h last   lay er   o f   Alex Net  u s es so f tm ax   lay er   f o r   class if icatio n   ( T ab le  2 ) .       T ab le  2 .   T h h y p er p a r am eter   o f   1 Alex Net  ar ch itectu r e   La y e r s   La y e r s   N a m e   F i l t e r s   K e r n e l   S i z e   S t r i d e s   A c t i v a t i o n   1   C o n v 1 D _ 1   96   11   4   R e LU   2   M a x P o o l i n g 1 D _ 1   -   3   2   -   3   C o n v 1 D _ 2   2 5 6   5   1   R e LU   4   M a x P o o l i n g 1 D _ 2   -   3   2   -   5   C o n v 1 D _ 3   3 8 4   3   1   R e LU   6   C o n v 1 D _ 4   3 8 4   3   1   R e LU   7   C o n v 1 D _ 5   2 5 6   3   1   R e LU   8   M a x P o o l i n g 1 D _ 3   -   3   2   -   9   G l o b a l A v e r a g e P o o l i n g 1 D   -   -   -   -   10   D e n se _ 1   4 , 0 9 6   -   -   R e LU   11   D r o p o u t _ 1   -   -   -   -   12   D e n se _ 2   4 , 0 9 6   -   -   R e LU   13   D r o p o u t _ 2   -   -   -   -   14   D e n se _ 3   1   -   -   S i g m o i d       Fo r   E E d ata,   we  u s d if f er en o u tp u lay er ,   s u ch   as  s ig m o id   lay er   f o r   b in a r y   cla s s if icatio n .     I n   th o r ig in al  VGG - 1 6   ar c h itectu r e,   th in p u s h ap is   ( 2 2 4 ,   2 2 4 ,   3 ) ,   wh ich   co r r esp o n d s   to   2 im ag with   224 × 2 2 4   p i x els  an d   3   c o lo r   ch an n els.  T o   m a k it  wo r k   with   1 d ata,   we  ca n   c h an g th in p u s h a p to     ( n ,   1 ,   1 ) ,   wh er e   n   is   th e   len g t h   o f   th e   1 D   s ig n al.   T h is   will  allo th a r ch itectu r e   to   ac c e p 1 D   in p u t   s ig n als.  T h VGG - 1 6   ar ch itectu r h as   s ev er al  co n v o lu tio n al  lay er s   with   lar g f ilter   s izes,  wh ich   m ay   n o b s u itab le   f o r   1 d ata   ( T ab le  3 ) .   So m o f   th ese  lay er s   ar r em o v e d   an d   r ep lace d   with   s m aller   f ilter   s izes.  T h 3 × 3   f ilter s   in   th two   co n v o lu tio n al  lay er s   ar r ep lace d   with   1 × 3   f ilter s   to   ca p tu r tem p o r al  f ea tu r es a l o n g   th e   s ig n al.   Mo r co n v o l u tio n al  la y er s   ar ad d e d   to   ca p t u r e   m o r e   co m p lex   f ea tu r es  alo n g   th e   s ig n al.   T h es e   ad d itio n al  la y er s   s h o u ld   h av e   s m aller   f ilter   s izes  to   av o id   o v e r f itti n g   a n d   im p r o v e   th e   m o d el' s   ab ilit y   to   g en er alize .   T h VGG - 1 6   ar ch itectu r u s es  m ax   lay er   p o o lin g   with   2 × 2   p o o s ize  to   s h r in k   th f ea tu r m ap .   Fo r   1 d ata,   we  ca n   u s a v er ag p o o lin g   in s tead   o f   m a x   p o o lin g   to   ca p tu r e   th av e r ag v alu o f   th f ea tu r e   m ap   th r o u g h o u th s ig n al.   T h VGG - 1 6   ar ch itectu r h a s   th r ee   f u lly   co n n ec ted   lay er s   at  th en d   o f   th e   ar ch itectu r e,   wh ich   m ay   n o b s u itab le  f o r   1 d ata  an d   ca n   ad d   m o r f u lly   co n n e cted   lay er s   to   th e   ar ch itectu r to   ca p t u r m o r c o m p lex   r elatio n s h ip s   b etwe en   f ea tu r es a lo n g   th e   s ig n al.   T h n u m b er   o f   f ilter s   in   ea ch   co n v o lu tio n   lay er   was r e d u ce d   to   h alf   to   p r ev e n t o v er f i ttin g   an d   to   allo th p r o ce s s   to   r u n   o n   Mic r o s o f t   Vis u al  Stu d io   C o d ( 3 2 - b it).   Sin ce   th ar ch itectu r e   is   m o d i f ied   f o r   1 d ata,   th o p tim al  l ea r n in g   r ate  m ay   b e   s m aller   th an   th o r ig in al  VGG - 1 6   ar ch itectu r e.   W ca n   tr y   d if f er en lear n in g   r ates  an d   ch o o s th o n th at   g iv es th b est p er f o r m an ce   o n   th v alid atio n   s et.   I n   T ab le  4 ,   t h m o d if ied   R esNet - 1 8   ar ch itectu r e   f o r   1 d a ta,   s u ch   as  E E s ig n als,  r etain s   th b asic   p r in cip les  o f   th o r ig in al  R esNet - 1 8   wh ile  ad ap tin g   it  to   h an d le  1 in p u ts .   T h ar ch itectu r co n s is ts   o f   s ev er al  k ey   c o m p o n en ts .   First,  th in p u lay er   tak es  th e   f o r m   o f   a   1 E E s ig n al.   T h e   s u b s eq u en s tag es   f o llo th R esNet - 1 8   s tr u ctu r e,   with   ea ch   s tag e   co n s is tin g   o f   s er ies  o f   r esid u b lo ck s .   Ho wev er ,   i n   th is   m o d if ied   v er s io n ,   th o r ig i n al  2 co n v o l u tio n al  lay er   is   r ep lace d   with   a   1 c o n v o lu ti o n al  lay er .     T h is   ad ju s tm en allo ws  th m o d el  to   ca p tu r tem p o r al  d ep en d en cies  in   E E d ata  al o n g   o n e   d im en s io n .   R esid u b lo ck s ,   wh ich   ar th e   b u ild in g   b lo ck s   o f   R esNet,   h elp   to   o v e r co m th v an is h in g   g r ad ie n p r o b lem   an d   en a b le  d ee p   n etwo r k   t r ain in g .   E ac h   b lo c k   co n s is ts   o f   c o n v o lu ti o n al  lay er s   with   s k ip   co n n ec tio n s ,   wh ic h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il 2 0 2 5 1 3 1 1 - 1 3 2 5   1318   allo g r ad ie n ts   to   f lo d ir ec tly   th r o u g h   t h n etwo r k .   T h e   n u m b er   o f   f ilter s   in   th e   co n v o l u tio n al  lay e r   v ar ies   ac r o s s   s tag es  to   ca p tu r d if f er en lev els  o f   f ea tu r es.  T o   ad ap th o u tp u o f   th R esNet - 1 8   m o d el  to   th e   class if icatio n   ta s k ,   g lo b al  av er ag p o o lin g   lay er   is   ap p lied   to   r ed u ce   th s p atial  d im en s io n   o f   th f ea tu r e   m ap   to   o n v alu p e r   ch an n el.   T h is   p o o lin g   o p er atio n   a v er ag es  th v alu es  o f   ea ch   c h an n el,   ef f ec tiv ely   s u m m ar izin g   th lear n ed   f ea t u r es.  Dr o p o u r e g u lar izatio n   i s   th en   ap p lied   to   p r ev en o v er f itti n g   b y   r an d o m ly   d is ab lin g   s m all  p o r tio n   o f   n eu r o n s .   Fin ally ,   th e   o u t p u l ay er   co n s is ts   o f   d en s la y e r   with   th d esire d   n u m b er   o f   class es,  wh ich   y ield s   th p r ed icted   class   p r o b ab ilit ies.  Ov er all,   th is   m o d if ied   R esNet - 1 8   ar ch itectu r f o r   1 d ata  p r o v id es  r o b u s f r am ewo r k   f o r   ca p tu r in g   tem p o r al  p atter n s   an d   f ea tu r es  in   E E G   s ig n als,  m ak in g   it  s u itab le  f o r   task s   s u ch   as  E E G - b ased   class if icat io n   an d   an aly s is   in   th co n tex o f   n eu r o lo g ical  d is o r d e r s   an d   b r a in - co m p u ter   in ter f ac es.       T ab le  3 .   T h h y p er p a r am eter   o f   1 VGG - 1 6   ar ch itectu r e   La y e r s   La y e r s   N a m e   F i l t e r s   K e r n e l   S i z e   S t r i d e s   A c t i v a t i o n   1   C o n v 1 D _ 1   32   3   1   R e LU   2   C o n v 1 D _ 2   32   3   1   R e LU   3   M a x P o o l i n g 1 D _ 1   -   2   2   -   4   C o n v 1 D _ 3   64   3   1   R e LU   5   C o n v 1 D _ 4   64   3   1   R e LU   6   M a x P o o l i n g 1 D _ 2   -   2   2   -   7   C o n v 1 D _ 5   1 2 8   3   1   R e LU   8   C o n v 1 D _ 6   1 2 8   3   1   R e LU   9   C o n v 1 D _ 7   1 2 8   3   1   R e LU   10   M a x P o o l i n g 1 D _ 3   -   2   2   -   11   C o n v 1 D _ 8   2 5 6   3   1   R e LU   12   C o n v 1 D _ 9   2 5 6   3   1   R e LU   13   C o n v 1 D _ 1 0   2 5 6   3   1   R e LU   14   M a x P o o l i n g 1 D _ 4   -   2   2   -   15   C o n v 1 D _ 1 1   2 5 6   3   1   R e LU   16   C o n v 1 D _ 1 2   2 5 6   3   1   R e LU   17   C o n v 1 D _ 1 3   2 5 6   3   1   R e LU   18   M a x P o o l i n g 1 D _ 5   -   2   2   -   19   G l o b a l A v e r a g e P o o l i n g 1 D   -   -   -   -   20   D e n se _ 1   2 , 0 4 8   -   -   R e LU   21   D r o p o u t _ 1   0 . 5   -   -   -   22   D e n se _ 2   2 , 0 4 8   -   -   R e LU   23   D r o p o u t _ 2   0 . 5   -   -   -   24   D e n se _ 3   1   -   -   S i g m o i d       T ab le  4 .   T h h y p er p a r am eter   o f   1 R esNet - 1 8   ar ch itectu r e   La y e r s   La y e r s   N a m e   F i l t e r s   K e r n e l   S i z e   S t r i d e s   A c t i v a t i o n   1   C o n v 1 D _ 1   64   7   2   R e LU   2   M a x P o o l i n g 1 D _ 1   -   3   2   -   3   R e si d u a l B l o c k _ 1   -   -   -   -   4   R e si d u a l B l o c k _ 2   -   -   -   -   5   R e si d u a l B l o c k _ 3   -   -   -   -   6   R e si d u a l B l o c k _ 4   -   -   -   -   7   C o n v 1 D _ 2   1 2 8   3   2   R e LU   8   R e si d u a l B l o c k _ 5   -   -   -   -   9   R e si d u a l B l o c k _ 6   -   -   -   -   10   R e si d u a l B l o c k _ 7   -   -   -   -   11   R e si d u a l B l o c k _ 8   -   -   -   -   12   C o n v 1 D _ 3   2 5 6   3   2   R e LU   13   R e si d u a l B l o c k _ 9   -   -   -   -   14   R e si d u a l B l o c k _ 1 0   -   -   -   -   15   R e si d u a l B l o c k _ 1 1   -   -   -   -   16   R e si d u a l B l o c k _ 1 2   -   -   -   -   17   C o n v 1 D _ 4   5 1 2   3   2   R e LU   18   R e si d u a l B l o c k _ 1 3   -   -   -   -   19   R e si d u a l B l o c k _ 1 4   -   -   -   -   20   R e si d u a l B l o c k _ 1 5   -   -   -   -   21   R e si d u a l B l o c k _ 1 6   -   -   -   -   22   G l o b a l A v e r a g e P o o l i n g 1 D   -   -   -   -   23   D e n se _ 1   1   -   -   S i g m o i d       I n   th p r o p o s ed   C NN - L STM   ar ch itectu r e,   it  co n s is ts   o f   to tal  o f   1 3   lay er s ,   co m b in in g   C NN   an d   L STM   lay er s .   Similar   to   th m o d el  in   [ 1 8 ] ,   t h is   ar ch itectu r u s es  th g lo b al   av er a g e   p o o l in g   1 lay er   i n s tead   o f   f latten   to   r ed u ce   th s p atia d im en s io n   o f   th f ea tu r m a p .   T h f ir s 1 0   lay er s   o f   th is   C NN - L STM   m o d el  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A cc u r a cy   o f n e u r a l n etw o r ks in   b r a in   w a ve   d ia g n o s is   o f sch i z o p h r en ia   ( S u ke mi)   1319   r em ain   th s am as th p r ev io u s   ar ch itectu r e,   with   th C NN  lay er   r esp o n s ib le  f o r   ex tr ac tin g   lo ca l f ea tu r es a n d   p atter n s   f r o m   th in p u d ata.   T h g lo b al   av er a g e   p o o lin g   1 lay er   f o llo ws,  wh ich   p er f o r m s   p o o lin g   o p er atio n   to   s u m m ar ize  th e   ex tr ac ted   f ea tu r es  i n   ea ch   ch an n el.   B y   u s in g   g lo b al   av er a g e   p o o lin g   1 D,   aim   f o r   f ix ed - len g th   r ep r esen tatio n   r e g ar d less   o f   th len g th   o f   th in p u t seq u en ce .   I n   th e   n e x lay e r ,   a   d e n s lay e r   with   5 0   n eu r o n s   is   u s ed   a n d   r ec tifie d   lin ea r   u n it   ( R eL U)   ac tiv atio n   f u n ctio n   is   u s ed   t o   in tr o d u ce   n o n - lin ea r ity   to   th m o d el.   T h is   lay er   m ak es  it   p o s s ib le  to   l ea r n   m o r c o m p lex   f ea tu r r ep r esen tatio n s .   T o   p r ev en o v er f itti n g ,   d r o p o u r ate  o f   0 . 2 5   was  ad d ed   t o   th 1 2 th   lay er .   Fin ally ,     at  th 1 3 th   lay er ,   d en s lay er   with   s ig m o id   ac tiv atio n   f u n ctio n   is   u s ed   to   p er f o r m   th class if icatio n   ta s k .   B y   co m b in in g   th C NN  an d   L STM   co m p o n en ts ,   alo n g   with   th g lo b al   av er ag e   p o o lin g   1 lay er ,   th e   p r o p o s ed   C NN - L STM   m o d el  is   ab le  to   ca p tu r b o th   s p ati al  an d   tem p o r al  in f o r m atio n   f r o m   E E s ig n als.    T h is   ar ch itectu r allo ws  th n etwo r k   to   lear n   m ea n in g f u r e p r esen tatio n s   an d   m ak ac cu r ate  p r ed ictio n s   f o r   E E s ig n al  class if icatio n   in   th is   s tu d y   ( T ab le  5 ) .       T ab le  5 .   T h h y p er p a r am eter   o f   1 C NN - L STM   ar ch itectu r e   La y e r s   La y e r s   N a m e   F i l t e r s   K e r n e l   S i z e   S t r i d e s   A c t i v a t i o n   1   C o n v 1 D   64   3   1   R e LU   2   C o n v 1 D   64   3   1   R e LU   3   D r o p o u t   0 . 5   -   -   -   4   M a x P o o l i n g 1 D   -   2   1   -   6   G l o b a l A v e r a g e P o o l i n g 1 D   -   -   -   -   7   LSTM   1 0 0   -   -   -   8   D r o p o u t   0 . 5   -   -   -   9   D e n se   1 0 0   -   -   R e LU   10   D r o p o u t   0 . 2 5   -   -   -   11   D e n se   50   -   -   R e LU   12   D r o p o u t   0 . 2 5   -   -     13   D e n se   1   -   -   S i g m o i d       T h p r o p o s ed   C NN - GR m o d el  is   u s ed   f o r   co m p ar is o n   in   th is   s tu d y .   T h is   ar ch itectu r c o m b in es  C NN  lay er   with   GR lay e r ,   p r o v id in g   d if f e r en ap p r o ac h   to   ca p t u r th tem p o r al   d y n am ics  o f   E E s ig n als.  f ix ed   g lo b al   a v er a g e   p o o lin g   1 lay er   is   u s ed   to   r ep lace   f latten   in   s u m m ar i zin g   th e x tr ac ted   f ea tu r es  in   ea ch   ch an n el.   Sim ilar   to   th p r ev io u s   m o d el,   th f ir s 1 0   lay e r s   o f   t h is   C NN - GR ar ch itectu r r em ain   u n ch a n g ed ,   co n s is tin g   o f   a   C NN  lay er   th at  e x tr ac ts   lo ca f ea tu r es   f r o m   t h e   in p u t   E E G   d ata.     T h s u b s eq u en g lo b al   av e r a g e   p o o lin g   1 lay er   is   u s ed   to   r ed u ce   th s p atial  d im en s io n   an d   o b tain     f ix ed - len g th   r ep r esen tatio n ,   r eg ar d less   o f   th len g th   o f   th in p u s eq u en ce   Fo llo win g   th p o o lin g   lay e r ,     th GR lay er   is   u s ed   in s tead   o f   th L STM .   GR i s   ty p o f   R NN  th at  o f f er s   m o r ef f icien ar ch itectu r e   b y   u tili zin g   g atin g   m ec h a n is m   to   s elec tiv ely   s to r im p o r tan in f o r m atio n   an d   d is ca r d   ir r elev an in f o r m atio n   f r o m   th s eq u en ce .   T h is   h elp s   th m o d el  ef f ec tiv ely   ca p tu r th tem p o r al  d ep e n d en ci es  p r esen in   E E G   s ig n als.  T o   f u r th er   en h a n ce   t h r ep r esen tatio n   ca p ac ity   o f   th m o d el,   d en s lay e r   with   5 0   n e u r o n s   a n d   a   R eL ac tiv atio n   f u n ctio n   wa s   also   ap p lied   to   t h is   m o d el.   T h is   lay er   allo ws  t h n etwo r k   to   lear n   co m p lex   f ea tu r r ep r esen tatio n s .   T o   r e d u ce   o v e r f itti n g ,   d r o p o u lay er   with   r ate  o f   0 . 2 5   is   in clu d ed   af ter   th d en s e   lay er .   I n   th e   last   lay er ,   d e n s lay er   with   s ig m o i d   ac tiv atio n   f u n ctio n   is   u s ed   f o r   class if icatio n ,   allo win g   th e   m o d el  to   o u tp u t a   p r o b ab ilit y   v alu in d icatin g   th lik elih o o d   o f   th in p u t E E s ig n al  b elo n g in g   to   p ar ticu lar   class .   B y   co m b in in g   th C NN  lay er ,   GR lay er ,   an d   g lo b al   av er a g e   p o o lin g   1 l ay er ,   th p r o p o s ed     C NN - GR m o d el  ca p tu r es  b o th   s p atial  a n d   tem p o r al  in f o r m atio n   f r o m   th e   E E G   s ig n al .   T h is   a r ch itectu r en ab les  th n etwo r k   t o   ef f ec tiv ely   lear n   r elev a n p atter n s   a n d   m ak e   ac cu r ate   p r e d ictio n s   f o r   th e   class if icatio n   task   in   th is   s tu d y .       3.   RE SU L T S   T h p er f o r m an ce   o f   th m o d i f ied   m o d els,  in clu d in g   Alex Net,   VGG - 1 6 ,   L eNe t - 5 ,   an d   R esNet - 1 8 ,   was  ev alu ated   u s in g   two   m ain   m etr ics:   te s ac cu r ac y   an d   F1   s co r e .   T h r esu lts   d em o n s tr ate  th ef f ec tiv en ess   o f   th ese   m o d els   in   class if y in g   E E s ig n als  f o r   s ch izo p h r e n ia  d iag n o s is .   B o th   Alex Net  an d   VGG - 1 6   ac h ie v ed   o u ts tan d in g   p e r f o r m an ce ,   wit h   test   ac cu r ac y   an d   F1   s co r e s   o f   0 . 9 9 ,   i n d icatin g   h i g h ly   a cc u r ate  p r ed ictio n s .   T h ese  m o d els  d em o n s tr ated   o u ts tan d in g   d is cr im in ativ e   ab ilit y ,   ac cu r ately   d is tin g u is h in g   b etwe en   h ea lth y   in d iv id u als  an d   th o s with   p ar an o id   s ch izo p h r e n ia.   I n   a d d itio n ,   L eNe t - 5   an d   R esNe t - 1 8   ac h iev ed   test   ac cu r ac y   a n d   F1   s co r es  o f   0 . 9 8 ,   d em o n s tr atin g   s tr o n g   class if icatio n   p er f o r m an ce .     T h p er f o r m an ce   o f   th m o d i f ied   m o d el  was  ev alu ated   u s in g   co m p r e h en s iv E E s ig n al  d ataset   co llected   f r o m   p atien ts   d iag n o s ed   with   s ch izo p h r en ia  an d   g r o u p   o f   h ea lth y   in d i v i d u als.  Fo u r   wid ely   r ec o g n ized   C NN  ar ch itectu r e s ,   n am ely   L eNe t - 5 ,   Alex Net,   VGG - 1 6 ,   an d   R esNet - 1 8 ,   wer ad ap ted   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2252 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  14 ,   No .   2 Ap r il 2 0 2 5 1 3 1 1 - 1 3 2 5   1320   m o d if ied   to   e f f ec tiv ely   h a n d l th u n iq u c h ar ac ter is tics   o f   1 E E d ata.   T h m o d el  u n d er g o es  r ig o r o u s   tr ain in g   an d   test in g   p r o ce d u r e s   u s in g   ap p r o p r iate  d ata  s p lits   to   en s u r r eliab le  ev alu atio n .   E v alu atio n   m etr ics   u s ed   to   ass ess   m o d el  p er f o r m an ce   in clu d test   ac cu r ac y   a n d   F1   s co r es,   wh ich   ar c o m m o n   m ea s u r es  u s ed   in   class if icatio n   task s .   T h Fig u r es   6   to   1 0   a r th o u tp u r esu lts   f r o m   ea ch   m o d el  u s ed .   Am o n g   th m o d if ied   m o d els,  th m o d if ied   Alex Net  an d   VGG - 1 6   m o d els  s to o d   o u with   o u ts tan d in g   p er f o r m an ce ,   ac h iev in g   im p r ess iv test in g   ac cu r ac y   a n d   an   F1   s co r o f   0 . 9 9 .   T h e s m o d els  s h o wed   r em ar k ab le   ab ilit y   in   ac cu r at ely   class if y in g   E E s ig n als  f r o m   in d iv id u als  with   s ch izo p h r en ia  an d   h ea lth y   co n tr o ls .   T h r o b u s tn ess   an d   ef f ec tiv en ess   o f   t h is   m o d el   ca n   b attr ib u ted   to   th e   in co r p o r atio n   o f   s p ec ialized   co n v o l u tio n al  lay er s ,   p o o lin g   o p er atio n s ,   a n d   n o n - li n ea r   ac t iv atio n ,   wh ich   en ab le  e f f ec tiv f ea tu r e x tr ac tio n   an d   d is cr im in atio n   o f   r elev an p atter n s   in   E E d ata.   I n   ad d itio n ,   th m o d i f ied   L eNe t - 5   an d   R esNet - 1 8   m o d els  also   s h o wed   s tr o n g   p er f o r m an ce ,   ac h iev in g   co m m en d a b le  test   a cc u r ac y   an d   a n   F1   s co r o f   0 . 9 8 .   T h ese  m o d els,  alth o u g h   s lig h tly   b eh in d   th eir   Alex Net  an d   VGG - 1 6   co u n t er p ar ts ,   s till   d em o n s tr ated   th eir   s u itab ilit y   f o r   E E class i f icatio n   task s .   T h m o d if ied   L eNe t - 5   m o d el,   with   its   r elativ ely   s im p ler   ar c h itectu r e,   ex h ib its   th e f f ica cy   o f   u tili zin g   1 D   co n v o l u tio n al  lay er s   in   ca p tu r i n g   r elev an tem p o r al  d ep en d e n cies  an d   ex tr ac tin g   d is cr im in ativ f ea tu r es  f r o m   E E s ig n als.  Similar ly ,   th m o d if ied   R esNet - 1 8   m o d el,   wit h   its   d ee p   r esid u al  ar ch itectu r e,   d em o n s tr ated   its   ab ilit y   to   ef f ec tiv ely   lea r n   co m p lex   r ep r esen tatio n s   an d   h an d le  p o ten tial c h allen g es in   m o d elin g   E E d ata.   Ov er all,   th r esu lts   o b tain ed   f r o m   th ev alu atio n   o f   m o d if ied   C NN  ar ch itectu r es  u n d er lin th eir   s ig n if ican p o ten tial  f o r   t h cl ass if icatio n   an d   d iag n o s is   o f   s ch izo p h r e n ia  b ased   o n   E E d ata.   T h ese  f in d i n g s   p r o v id v al u ab le  in s ig h ts   f o r   th f ield   o f   p s y ch iatr y   r esear ch ,   h ig h lig h tin g   th ef f icac y   o f   d ee p   lear n in g   ap p r o ac h es  in   an aly zin g   an d   i n ter p r etin g   E E s ig n als.  T h h ig h   test   ac cu r ac y   an d   F1   s co r es  ac h iev ed   b y   th m o d if ied   m o d el  r ef lect  its   r o b u s tn ess   an d   r eliab ilit y ,   d em o n s tr atin g   its   p o ten tial  f o r   p r ac tical  ap p licatio n   in   clin ical  s ettin g s   f o r   ea r ly   d etec tio n   an d   m o n ito r i n g   o f   s ch izo p h r en ia.       A c c u r a c y   Lo ss         C o n f u s i o n   M a t r i x     R O C   C u r v e         Fig u r 6 .   Acc u r ac y   c u r v a n d   co n f u s io n   m atr ix   d ia g r am   o f   t h 1 L eNe t - 5   m o d e l       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.