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Prediction of performance level during a cognitive task from ongoing EEG oscillatory activities

Authors :
Jacques Martinerie
Geneviève Florence
Michel Besserve
François Laurent
Line Garnero
Matthieu Philippe
Neurosciences cognitives et imagerie cérébrale (NCIC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche Biomédicale des Armées (IRBA)
Centre de Recherche de l'Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (CRICM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Institut d'imagerie neurofonctionnelle (IIN)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications (ENST)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École des hautes études en sciences sociales (EHESS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de neurosciences cognitives et d'imagerie cérébrale (LENA)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)
Equipe NEMESIS - Centre de Recherches de l'Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (NEMESIS-CRICM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Institut de Recherche Biomédicale des Armées [Brétigny-sur-Orge] (IRBA)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École des hautes études en sciences sociales (EHESS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications (ENST)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)
Source :
Clinical Neurophysiology, Clinical Neurophysiology, Elsevier, 2008, 119 (4), pp.897-908. ⟨10.1016/j.clinph.2007.12.003⟩, Clinical Neurophysiology, 2008, 119 (4), pp.897-908. ⟨10.1016/j.clinph.2007.12.003⟩
Publication Year :
2008
Publisher :
Elsevier BV, 2008.

Abstract

International audience; OBJECTIVE: Tracking the level of performance in cognitive tasks may be useful in environments, such as aircraft, in which the awareness of the pilots is critical for security. In this paper, the usefulness of EEG for the prediction of performance is investigated. METHODS: We present a new methodology that combines various ongoing EEG measurements to predict performance level during a cognitive task. We propose a voting approach that combines the outputs of elementary support vector machine (SVM) classifiers derived from various sets of EEG parameters in different frequency bands. The spectral power and phase synchrony of the oscillatory activities are used to classify the periods of rapid reaction time (RT) versus the slow RT responses of each subject. RESULTS: The voting algorithm significantly outperforms classical SVM and gives a good average classification accuracy across 12 subjects (71%) and an average information transfer rate (ITR) of 0.49bit/min. The main discriminating activities are laterally distributed theta power and anterio-posterior alpha synchronies, possibly reflecting the role of a visual-attentional network in performance. CONCLUSIONS: Power and synchrony measurements enable the discrimination between periods of high average reaction time versus periods of low average reaction time in a same subject. Moreover, the proposed approach is easy to interpret as it combines various types of measurements for classification, emphasizing the most informative. SIGNIFICANCE: Ongoing EEG recordings can predict the level of performance during a cognitive task. This can lead to real-time EEG monitoring devices for the anticipation of human mistakes.

Details

ISSN :
13882457
Volume :
119
Database :
OpenAIRE
Journal :
Clinical Neurophysiology
Accession number :
edsair.doi.dedup.....26c6370e1a8299d8df3995b295fc7852
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.clinph.2007.12.003