Reconstructing visual stimuli from brain recordings has been a meaningful and challenging task. Especially, the achievement of precise and controllable image reconstruction bears great significance in propelling the progress and utilization of brain-computer interfaces. Despite the advancements in complex image reconstruction techniques, the challenge persists in achieving a cohesive alignment of both semantic (concepts and objects) and structure (position, orientation, and size) with the image stimuli. To address the aforementioned issue, we propose a two-stage image reconstruction model called MindDiffuser. In Stage 1, the VQ-VAE latent representations and the CLIP text embeddings decoded from fMRI are put into Stable Diffusion, which yields a preliminary image that contains semantic information. In Stage 2, we utilize the CLIP visual feature decoded from fMRI as supervisory information, and continually adjust the two feature vectors decoded in Stage 1 through backpropagation to align the structural information. The results of both qualitative and quantitative analyses demonstrate that our model has surpassed the current state-of-the-art models on Natural Scenes Dataset (NSD). The subsequent experimental findings corroborate the neurobiological plausibility of the model, as evidenced by the interpretability of the multimodal feature employed, which align with the corresponding brain responses.


翻译:从脑记录中重建视觉刺激一直是一项有意义且具有挑战性的任务。特别是,实现精确且可控的图像重建对于推动脑机接口的进步与应用具有重要意义。尽管复杂图像重建技术取得了进展,但在实现与图像刺激的语义(概念和对象)和结构(位置、方向和大小)的协同对齐方面仍存在挑战。为解决上述问题,我们提出了一种名为MindDiffuser的两阶段图像重建模型。在第一阶段,将fMRI解码得到的VQ-VAE潜在表示和CLIP文本嵌入输入到Stable Diffusion中,生成包含语义信息的初步图像。在第二阶段,我们利用从fMRI解码的CLIP视觉特征作为监督信息,通过反向传播持续调整第一阶段解码得到的两个特征向量,以对齐结构信息。定性和定量分析结果表明,我们的模型在自然场景数据集(NSD)上已超越当前最先进的模型。后续实验结果证实了该模型的神经生物学合理性,所采用的多模态特征的可解释性与其对应的脑响应一致。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
【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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9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
0+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
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
1+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
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
2+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
3+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+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
5+阅读 · 6月21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
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
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9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
0+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
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
1+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