Exposure to psychoactive substances during pregnancy, such as cannabis, can disrupt neurodevelopment and alter large-scale brain networks, yet identifying their neural signatures remains challenging. We introduced KOCOBrain: KuramotO COupled Brain Graph Network; a unified graph neural network framework that integrates structural and functional connectomes via Kuramoto-based phase dynamics and cognition-aware attention. The Kuramoto layer models neural synchronization over anatomical connections, generating phase-informed embeddings that capture structure-function coupling, while cognitive scores modulate information routing in a subject-specific manner followed by a joint objective enhancing robustness under class imbalance scenario. Applied to the ABCD cohort, KOCOBrain improved prenatal drug exposure prediction over relevant baselines and revealed interpretable structure-function patterns that reflect disrupted brain network coordination associated with early exposure.


翻译:孕期接触精神活性物质(如大麻)可能干扰神经发育并改变大规模脑网络,但其神经特征的识别仍具挑战性。本文提出KOCOBrain(KuramotO COupled Brain Graph Network)——一种通过基于Kuramoto模型的相位动力学与认知感知注意力机制整合结构与功能连接组的统一图神经网络框架。Kuramoto层在解剖连接上模拟神经同步过程,生成能捕捉结构-功能耦合的相位感知嵌入;认知评分则以被试特异性方式调节信息传递路径,后续通过联合优化目标增强类别不平衡场景下的模型鲁棒性。在ABCD队列数据上的应用表明,KOCOBrain在产前药物暴露预测任务上优于相关基线方法,并揭示了可解释的结构-功能耦合模式,这些模式反映了早期暴露所导致的脑网络协调性紊乱。

0
下载
关闭预览

相关内容

现代人工智能辅助药物发现中的图神经网络
专知会员服务
15+阅读 · 2025年6月10日
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
【GNN】图神经网络入门之GRN图循环网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年5月9日
【GNN】MPNN:消息传递神经网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年4月11日
掌握图神经网络GNN基本,看这篇文章就够了
新智元
164+阅读 · 2019年2月14日
图神经网络最近这么火,不妨看看我们精选的这七篇
人工智能前沿讲习班
37+阅读 · 2018年12月10日
【AAAI专题】论文分享:以生物可塑性为核心的类脑脉冲神经网络
中国科学院自动化研究所
15+阅读 · 2018年1月23日
基于注意力机制的图卷积网络
科技创新与创业
74+阅读 · 2017年11月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2024年3月11日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
【GNN】图神经网络入门之GRN图循环网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年5月9日
【GNN】MPNN:消息传递神经网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年4月11日
掌握图神经网络GNN基本,看这篇文章就够了
新智元
164+阅读 · 2019年2月14日
图神经网络最近这么火,不妨看看我们精选的这七篇
人工智能前沿讲习班
37+阅读 · 2018年12月10日
【AAAI专题】论文分享:以生物可塑性为核心的类脑脉冲神经网络
中国科学院自动化研究所
15+阅读 · 2018年1月23日
基于注意力机制的图卷积网络
科技创新与创业
74+阅读 · 2017年11月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员