A Hybrid CNN–GRU–LSTM Algorithm with SHAP-Based Interpretability for EEG-Based ADHD Diagnosis

2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/a18080453
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This study proposes an interpretable hybrid deep learning framework for classifying attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) using EEG signals recorded during cognitively demanding tasks. The core architecture integrates convolutional neural networks (CNNs), gated recurrent units (GRUs), and long short-term memory (LSTM) layers to jointly capture spatial and temporal dynamics. In addition to the final hybrid architecture, the CNN–GRU–LSTM model alone demonstrates excellent accuracy (99.63%) with minimal variance, making it a strong baseline for clinical applications. To evaluate the role of global attention mechanisms, transformer encoder models with two and three attention blocks, along with a spatiotemporal transformer employing 2D positional encoding, are benchmarked. A hybrid CNN–RNN–transformer model is introduced, combining convolutional, recurrent, and transformer-based modules into a unified architecture. To enhance interpretability, SHapley Additive exPlanations (SHAP) are employed to identify key EEG channels contributing to classification outcomes. Experimental evaluation using stratified five-fold cross-validation demonstrates that the proposed hybrid model achieves superior performance, with average accuracy exceeding 99.98%, F1-scores above 0.9999, and near-perfect AUC and Matthews correlation coefficients. In contrast, transformer-only models, despite high training accuracy, exhibit reduced generalization. SHAP-based analysis confirms the hybrid model’s clinical relevance. This work advances the development of transparent and reliable EEG-based tools for pediatric ADHD screening.