Deep learning methods have advanced quickly in brain imaging analysis over the past few years, but they are usually restricted by the limited labeled data. Pre-trained model on unlabeled data has presented promising improvement in feature learning in many domains, including natural language processing and computer vision. However, this technique is under-explored in brain network analysis. In this paper, we focused on pre-training methods with Transformer networks to leverage existing unlabeled data for brain functional network classification. First, we proposed a Transformer-based neural network, named as BrainNPT, for brain functional network classification. The proposed method leveraged <cls> token as a classification embedding vector for the Transformer model to effectively capture the representation of brain network. Second, We proposed a pre-training architecture with two pre-training strategies for BrainNPT model to leverage unlabeled brain network data to learn the structure information of brain networks. The results of classification experiments demonstrated the BrainNPT model without pre-training achieved the best performance with the state-of-the-art models, and the BrainNPT model with pre-training strongly outperformed the state-of-the-art models. The pre-training BrainNPT model improved 8.75% of accuracy compared with the model without pre-training. We further compared the pre-training strategies, analyzed the influence of the parameters of the model, and interpreted the fine-tuned model.


翻译:深度学习方法在过去几年中在脑成像分析领域取得了快速发展,但通常受限于有限的标注数据。在自然语言处理和计算机视觉等多个领域中,基于无标注数据的预训练模型已在特征学习方面展现出显著提升。然而,该技术在脑网络分析中尚未得到充分探索。本文聚焦于利用Transformer网络的预训练方法,以充分利用现有无标注数据进行脑功能网络分类。首先,我们提出了一种基于Transformer的神经网络——BrainNPT,用于脑功能网络分类。该方法利用<cls>标记作为Transformer模型的分类嵌入向量,有效捕获脑网络的表征。其次,我们为BrainNPT模型设计了一种包含两种预训练策略的预训练架构,以利用无标注脑网络数据学习脑网络的结构信息。分类实验结果表明,未经过预训练的BrainNPT模型达到了与最先进模型相当的性能,而经过预训练的BrainNPT模型则显著优于最先进模型。与未预训练模型相比,预训练BrainNPT模型的准确率提升了8.75%。我们进一步比较了预训练策略,分析了模型参数的影响,并对微调后的模型进行了解释。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
VLP: A Survey on Vision-Language Pre-training
Arxiv
11+阅读 · 2022年2月21日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月5日
How to Fine-Tune BERT for Text Classification?
Arxiv
13+阅读 · 2019年5月14日
A Comprehensive Survey on Graph Neural Networks
Arxiv
13+阅读 · 2019年3月10日
Arxiv
12+阅读 · 2018年9月15日
VIP会员
最新内容
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
4+阅读 · 7月20日
美空军AI完成F-16战斗机自主空战历史性试飞
专知会员服务
6+阅读 · 7月20日
深入Project Maven:为何人工智能在战场上依然失灵
锻造未来士兵:外骨骼、基因工程与赛博格
专知会员服务
7+阅读 · 7月19日
《无人机蜂群通信技术研究》50页
专知会员服务
10+阅读 · 7月19日
相关论文
VLP: A Survey on Vision-Language Pre-training
Arxiv
11+阅读 · 2022年2月21日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月5日
How to Fine-Tune BERT for Text Classification?
Arxiv
13+阅读 · 2019年5月14日
A Comprehensive Survey on Graph Neural Networks
Arxiv
13+阅读 · 2019年3月10日
Arxiv
12+阅读 · 2018年9月15日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员