Electroencephalography (EEG) provides a non-invasive insight into the brain's cognitive and emotional dynamics. However, modeling how these states evolve in real time and quantifying the energy required for such transitions remains a major challenge. The Schrödinger Bridge Problem (SBP) offers a principled probabilistic framework to model the most efficient evolution between the brain states, interpreted as a measure of cognitive energy cost. While generative models such as GANs have been widely used to augment EEG data, it remains unclear whether synthetic EEG preserves the underlying dynamical structure required for transition-based analysis. In this work, we address this gap by using SBP-derived transport cost as a metric to evaluate whether GAN-generated EEG retains the distributional geometry necessary for energy-based modeling of cognitive state transitions. We compare transition energies derived from real and synthetic EEG collected during Stroop tasks and demonstrate strong agreement across group and participant-level analyses. These results indicate that synthetic EEG preserves the transition structure required for SBP-based modeling, enabling its use in data-efficient neuroadaptive systems. We further present a framework in which SBP-derived cognitive energy serves as a control signal for adaptive human-machine systems, supporting real-time adjustment of system behavior in response to user cognitive and affective state.


翻译:脑电图(EEG)能够以非侵入方式洞察大脑的认知与情感动态。然而,如何实时建模这些状态的演变过程,并量化此类转变所需的能量,仍然是一个重大挑战。薛定谔桥问题(SBP)提供了一种严谨的概率框架,用于建模大脑状态间最有效的演变过程,并被解读为认知能量消耗的度量。尽管生成对抗网络(GAN)等生成模型已被广泛用于扩充脑电数据,但合成脑电数据是否保留进行基于状态转变分析所需的底层动态结构仍不明确。在本研究中,我们通过将SBP导出的传输成本作为度量指标来填补这一空白,以评估GAN生成的脑电数据是否保留进行认知状态转变能量建模所需的条件分布几何结构。我们比较了在斯特鲁普任务中采集的真实与合成脑电数据推导出的转变能量,并在群体和个体受试者层面分析中均显示出高度一致性。这些结果表明,合成脑电数据保留了基于SBP建模所需的转变结构,从而能够将其应用于数据高效的神经自适应系统中。我们进一步提出一个框架,在该框架中,SBP推导出的认知能量作为自适应人机系统的控制信号,支撑系统根据用户认知与情感状态实现实时行为调整。

0
下载
关闭预览

相关内容

基于 Transformer 的脑电解码综述询问 ChatGPT
专知会员服务
12+阅读 · 2025年7月6日
AI大模型技术在电力系统中的应用及发展趋势
专知会员服务
18+阅读 · 2025年6月23日
自适应脑机接口研究综述
专知会员服务
42+阅读 · 2022年11月27日
【AI+军事】附论文《感受到的压力和脑网络效率》
专知会员服务
17+阅读 · 2022年5月18日
类脑超大规模深度神经网络系统
专知会员服务
60+阅读 · 2022年1月21日
基于关系网络的视觉建模:有望替代卷积神经网络
微软研究院AI头条
10+阅读 · 2019年7月12日
清华大学:人工智能之知识图谱(附PPT)
人工智能学家
74+阅读 · 2019年6月9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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
Arxiv
0+阅读 · 4月21日
Arxiv
27+阅读 · 2020年12月24日
VIP会员
最新内容
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
2+阅读 · 6月21日
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
10+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员