EEG Classification for depression patients using decision tree and possibilistic support vector machines

뇌파의 의사 결정 트리 분석과 가능성 기반 서포트 벡터 머신 분석을 통한 우울증 환자의 분류

Depression is the most common and widespread mood disorder. About 20% of the population might suffer a major, incapacitating episode of depression during their lifetime. This disorder can be classified into two types: major depressive disorders and bipolar disorder. Since pharmaceutical treatments are different according to types of depression disorders, correct and fast classification is quite critical for depression patients. Yet, classical statistical method, such as minnesota multiphasic personality inventory (MMPI), have some difficulties in applying to depression patients, because the patients suffer from concentration. We used electroencephalogram (EEG) analysis method fer classification of depression. We extracted nonlinearity of information flows between channels and estimated approximate entropy (ApEn) for the EEG at each channel. Using these attributes, we applied two types of data mining classification methods: decision tree and possibilistic support vector machines (PSVM). We found that decision tree showed 85.19% accuracy and PSVM exhibited 77.78% accuracy for classification of depression, 30 patients with major depressive disorder and 24 patients having bipolar disorder.

우울증은 가장 유병율이 높은 '기분 장애'(mood disorder)의 일종으로, 약 20%의 인구가 일생동안 우울증 증상을 한번쯤 경험한다. 이러한 우울증은 크게 '우울 장애'(major depressive disorder)와 '양극성 장애'(bipolar disorder)로 구분된다. 환자의 질병 분류에 따라 사용되는 약과 의학적 처방이 다르기 때문에, 우울증 환자의 빠르고 정확한 진단 및 분류는 매우 중요하다. 기존의 다면성 인성검사(MMPI)와 같은 통계적인 방법이 우울증 환자의 진단을 위해 사용돼 왔으나, 장시간의 집중력을 요구하기 때문에 집중력 저하의 특징을 보이는 우울증 환자들에게 적용하는데 어려움이 있다. 이 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자, 빠른 측정이 가능하고 측정동안 집중력을 요하지 않는 EEC 데이터의 분석을 통해 우울증 환자의 분류를 시도하였다. EEG 채널 간 정보 흐름에서의 비선형성과 근사 엔트로피(approximate entropy)의 크기를 속성(attribute)으로 사용하여 데이터 마이닝 기법 중 의사 결정 트리(decision tree)와 가능성 기반 서포트 벡터머신(possibilistic support vector machines) 통해 분석을 수행하였다. 30명의 주요 우울장애환자와 24명의 양극성 장애 환자를 통해 위의 분석을 수행한 결과 의사 결정 트리의 경우 85.19% 의 정확도를 가지며 분류해냈고, 가능성 기반 서포트 벡터머신의 경우 77.78%의 정확도를 보여줬다. 본 연구는 가능성 기반 서포트 벡터 머신 분석이 우울증 환자는 진단하고 분류하는데 유용하게 적용될 수 있는 가능성을 제시하고 있다.