Brain-computer interface (BCI) facilitates direct communication between the human brain and external systems by utilizing brain signals, eliminating the need for conventional communication methods such as speaking, writing, or typing. Nevertheless, the continuous generation of brain signals in BCI frameworks poses challenges for efficient storage and real-time transmission. While considering the human brain as a semantic source, the meaningful information associated with cognitive activities often gets obscured by substantial noise present in acquired brain signals, resulting in abundant redundancy. In this paper, we propose a cross-modal brain-computer semantic communication paradigm, named EidetiCom, for decoding visual perception under limited-bandwidth constraint. The framework consists of three hierarchical layers, each responsible for compressing the semantic information of brain signals into representative features. These low-dimensional compact features are transmitted and converted into semantically meaningful representations at the receiver side, serving three distinct tasks for decoding visual perception: brain signal-based visual classification, brain-to-caption translation, and brain-to-image generation, in a scalable manner. Through extensive qualitative and quantitative experiments, we demonstrate that the proposed paradigm facilitates the semantic communication under low bit rate conditions ranging from 0.017 to 0.192 bits-per-sample, achieving high-quality semantic reconstruction and highlighting its potential for efficient storage and real-time communication of brain recordings in BCI applications, such as eidetic memory storage and assistive communication for patients.


翻译:脑机接口(BCI)通过利用脑信号,促进了人脑与外部系统之间的直接通信,从而无需依赖说话、书写或打字等传统通信方式。然而,脑机接口框架中脑信号的持续生成对高效存储和实时传输提出了挑战。在将人脑视为语义源时,与认知活动相关的有意义信息常常被采集到的脑信号中存在的大量噪声所掩盖,从而导致大量冗余。本文提出了一种名为EidetiCom的跨模态脑机语义通信范式,用于在有限带宽约束下解码视觉感知。该框架由三个层次组成,每一层负责将脑信号的语义信息压缩为代表性特征。这些低维紧凑特征在接收端被传输并转换为具有语义意义的表示,以可扩展的方式服务于解码视觉感知的三个不同任务:基于脑信号的视觉分类、脑信号到文本描述的翻译以及脑信号到图像的生成。通过广泛的定性和定量实验,我们证明所提出的范式能够在每样本0.017至0.192比特的低比特率条件下实现语义通信,获得高质量的语义重建,并突显了其在脑机接口应用(如记忆存储和患者辅助通信)中实现脑信号高效存储和实时通信的潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
VIP会员
最新内容
2026“人工智能+”行业发展蓝皮书(附下载)
专知会员服务
8+阅读 · 4月26日
《强化学习数学基础》
专知会员服务
5+阅读 · 4月26日
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
《无人机革命:来自俄乌战场的启示》(报告)
《实现联合作战能力所需的技术》58页报告
专知会员服务
7+阅读 · 4月26日
以色列运用人工智能优化空袭警报系统
专知会员服务
5+阅读 · 4月26日
以色列在多条战线部署AI智能体
专知会员服务
7+阅读 · 4月26日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员