Spiking neural networks (SNNs) are receiving increased attention because they mimic synaptic connections in biological systems and produce spike trains, which can be approximated by binary values for computational efficiency. Recently, the addition of convolutional layers to combine the feature extraction power of convolutional networks with the computational efficiency of SNNs has been introduced. This paper studies the feasibility of using a convolutional spiking neural network (CSNN) to detect anticipatory slow cortical potentials (SCPs) related to braking intention in human participants using an electroencephalogram (EEG). Data was collected during an experiment wherein participants operated a remote-controlled vehicle on a testbed designed to simulate an urban environment. Participants were alerted to an incoming braking event via an audio countdown to elicit anticipatory potentials that were measured using an EEG. The CSNN's performance was compared to a standard CNN, EEGNet and three graph neural networks via 10-fold cross-validation. The CSNN outperformed all the other neural networks, and had a predictive accuracy of 99.06 percent with a true positive rate of 98.50 percent, a true negative rate of 99.20 percent and an F1-score of 0.98. Performance of the CSNN was comparable to the CNN in an ablation study using a subset of EEG channels that localized SCPs. Classification performance of the CSNN degraded only slightly when the floating-point EEG data were converted into spike trains via delta modulation to mimic synaptic connections.


翻译:脉冲神经网络(SNNs)因其能模拟生物系统的突触连接并产生可被近似为二进制值以提升计算效率的脉冲序列而受到日益关注。近年来,研究者引入了卷积层,将卷积网络的特征提取能力与SNNs的计算效率相结合。本文研究了使用卷积脉冲神经网络(CSNN)通过脑电图(EEG)检测人类受试者与刹车意图相关的预期慢皮质电位(SCPs)的可行性。实验数据采集自一项模拟城市环境的测试平台,受试者操控遥控车辆,并通过音频倒计时提醒即将到来的刹车事件以诱发预期电位,该电位通过EEG测量。通过10折交叉验证,将CSNN的性能与标准CNN、EEGNet及三种图神经网络进行比较。CSNN表现优于所有其他神经网络,预测准确率达99.06%,真阳性率为98.50%,真阴性率为99.20%,F1分数为0.98。在使用定位SCPs的EEG通道子集进行的消融研究中,CSNN性能与CNN相当。通过增量调制将浮点型EEG数据转换为脉冲序列以模拟突触连接时,CSNN的分类性能仅轻微下降。

0
下载
关闭预览

相关内容

神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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
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
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
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
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
18+阅读 · 2019年3月28日
The Matrix Calculus You Need For Deep Learning
Arxiv
12+阅读 · 2018年7月2日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
2+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
5+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17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
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
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
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
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