Phase synchrony information plays a crucial role in analyzing functional brain connectivity and identifying brain activities. A widely adopted feature extraction pipeline, composed of preprocessing, selection of EEG acquisition channels, and phase locking value (PLV) calculation, has achieved success in motor imagery classification (MI). However, this pipeline is manual and reliant on expert knowledge, limiting its convenience and adaptability to different application scenarios. Moreover, most studies have employed mediocre data-independent spatial filters to suppress noise, impeding the exploration of more significant phase synchronization phenomena. To address the issues, we propose the concept of phase synchrony component self-organization, which enables the adaptive learning of data-dependent spatial filters for automating both the preprocessing and channel selection procedures. Based on this concept, the first deep learning end-to-end network is developed, which directly extracts phase synchrony-based features from raw EEG signals and perform classification. The network learns optimal filters during training, which are obtained when the network achieves peak classification results. Extensive experiments have demonstrated that our network outperforms state-of-the-art methods. Remarkably, through the learned optimal filters, significant phase synchronization phenomena can be observed. Specifically, by calculating the PLV between a pair of signals extracted from each sample using two of the learned spatial filters, we have obtained an average PLV exceeding 0.87 across all tongue MI samples. This high PLV indicates a groundbreaking discovery in the synchrony pattern of tongue MI.


翻译:相位同步信息在分析功能性脑连接和识别脑活动中起着关键作用。一种广泛采用的特征提取流程,包括预处理、脑电图采集通道选择和相位锁定值(PLV)计算,已在运动想象分类(MI)中取得成功。然而,该流程依赖人工操作和专家知识,限制了其在不同应用场景中的便利性和适应性。此外,大多数研究使用平庸的数据无关空间滤波器来抑制噪声,阻碍了对更具意义的相位同步现象的探索。为解决这些问题,我们提出了相位同步成分自组织的概念,能够自适应学习数据相关的空间滤波器,从而实现预处理和通道选择流程的自动化。基于这一概念,我们开发了首个深度学习端到端网络,可直接从原始脑电图信号中提取基于相位同步的特征并进行分类。该网络在训练过程中学习最优滤波器,当网络达到最佳分类结果时获得这些滤波器。大量实验表明,我们的网络优于现有最先进方法。值得注意的是,通过所学的最优滤波器,可以观察到显著的相位同步现象。具体而言,利用两个所学空间滤波器从每个样本中提取的信号对计算PLV,在所有舌部MI样本中,平均PLV超过0.87。这一高PLV值揭示了舌部MI同步模式的突破性发现。

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
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
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
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
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
2+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
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 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月23日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
11+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关资讯
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
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
2+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
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 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员