Brain connectivity reflects how different regions of the brain interact during performance of a cognitive task. In studying brain signals such as electroencephalograms (EEG), this may be explored via an information-theoretic causal measure, called transfer entropy (TE), which does not impose any distributional assumption on the variables and covers any form of relationship (beyond linear) between them. To improve utility of TE in brain signal analysis, we propose a novel methodology to capture cross-channel information transfer in the frequency domain. Specifically, we introduce a new causal measure, the spectral transfer entropy (STE), to quantify the magnitude and direction of information flow from a certain frequency-band oscillation of a channel to an oscillation of another channel. In contrast with previous works on TE in the frequency domain, we differentiate our work by considering an extreme value perspective that employs the maximum magnitude of filtered series within time blocks. The main advantages of our proposed approach is that it is robust to the inherent problems of linear filtering and allows adjustments for multiple comparisons to control family-wise error rate (FWER). Another novel contribution is a simple yet efficient estimation method based on the combination vine copulas and extreme value theory that enables estimates to capture zero (boundary point) without the need for bias adjustments. With the vine copula representation, a null copula model, which exhibits zero STE, is defined, making significance testing for STE straightforward through a standard resampling approach. Lastly, we illustrate the advantage of our proposed measure through some numerical experiments and provide interesting and novel findings on the analysis of EEG recordings linked to a visual task.


翻译:脑连接性反映了认知任务执行过程中不同脑区之间的交互方式。在研究脑电图等脑信号时,可通过一种不依赖变量分布假设且能涵盖变量间所有形式关系(包括非线性关系)的信息论因果度量——转移熵(TE)来探索这一特性。为提升TE在脑信号分析中的实用性,我们提出了一种新颖方法,用于捕获频域中的跨通道信息传递。具体而言,我们引入了一种新的因果度量——谱转移熵(STE),用于量化某通道特定频段振荡到另一通道振荡的信息流强度与方向。与以往频域TE研究不同,我们的创新之处在于采用极值视角,利用时间块内滤波序列的最大幅值进行分析。该方法的主要优势在于对线性滤波固有问题的鲁棒性,并能通过多重比较校正控制族系错误率(FWER)。另一项创新贡献是提出了一种结合藤蔓Copula与极值理论的简洁高效估计方法,使其在不需偏差校正的情况下即可捕获零值(边界点)。基于藤蔓Copula表示,我们定义了零STE的零Copula模型,从而通过标准重采样方法即可实现STE的显著性检验。最后,通过数值实验验证了所提度量的优势,并在与视觉任务相关的脑电图记录分析中获得了有趣且新颖的发现。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
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
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】用TensorFlow实现LSTM社交对话股市情感分析
机器学习研究会
11+阅读 · 2018年1月14日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
13+阅读 · 2022年10月20日
Learning in the Frequency Domain
Arxiv
11+阅读 · 2020年3月12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
4+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
7+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
4+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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】用TensorFlow实现LSTM社交对话股市情感分析
机器学习研究会
11+阅读 · 2018年1月14日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
相关基金
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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员