Electroencephalography (EEG) reflects underlying brain states, whose activities are distributed across brain regions and manifest as spatial patterns on the scalp. Learning these spatially structured, state-related patterns requires consistent spatial representations across datasets. However, existing EEG foundation models are typically based on self-attention, which does not preserve location-specific information and struggles to align signals recorded with different channel configurations. Moreover, brain states contain both shared and state-specific regional activity, suggesting that learning neurophysiologically plausible, state-aware representations can complement the shared representations targeted by current models and improve downstream decoding. To address these limitations, we propose BrainPro, a large EEG model that combines a retrieval-based spatial learning mechanism for cross-layout spatial alignment with a brain state-decoupling module that learns both shared and state-specific representations through parallel encoders and region-aware reconstruction. Pre-trained on a large EEG corpus, BrainPro achieves state-of-the-art performance across nine public BCI datasets spanning emotion, motor, speech, stress, mental disease, and attention tasks. Analyses of spatial filters, channel-drop robustness, and encoder contributions further validate the effectiveness of its spatial alignment and state-aware pathways. These results show that BrainPro achieves improved interpretability of learned spatial patterns and produces representations that benefit diverse EEG decoding tasks.


翻译:脑电图(EEG)反映潜在的大脑状态,其活动分布在不同脑区,并在头皮上表现为空间模式。学习这些空间结构化、与状态相关的模式,需要跨数据集保持一致的空间表征。然而,现有的脑电图基础模型通常基于自注意力机制,该机制无法保留特定位置信息,也难以对齐不同通道配置记录的信号。此外,脑状态既包含共享的区域活动,也包含特定状态的区域活动,这表明学习神经生理学上合理的、状态感知的表征,可以补充当前模型所针对的共享表征,并改善下游解码任务。为解决这些局限,我们提出BrainPro,一种大型脑电图模型,它结合了基于检索的空间学习机制以实现跨布局空间对齐,以及一个通过并行编码器和区域感知重建学习共享和特定状态表征的脑状态解耦模块。BrainPro在包含情感、运动、言语、压力、精神疾病和注意力任务在内的九个公开脑机接口(BCI)数据集上进行了预训练,并取得了最先进的性能。对空间滤波器、通道丢失鲁棒性和编码器贡献的分析进一步验证了其空间对齐和状态感知通路的效果。这些结果表明,BrainPro提高了所学空间模式的可解释性,并生成了有益于多种脑电解码任务的表征。

0
下载
关闭预览

相关内容

基于 Transformer 的脑电解码综述询问 ChatGPT
专知会员服务
12+阅读 · 2025年7月6日
可解释强化学习,Explainable Reinforcement Learning: A Survey
专知会员服务
132+阅读 · 2020年5月14日
华为分享 异质图表示学习(异质图神经网络)
图与推荐
14+阅读 · 2020年9月10日
掌握图神经网络GNN基本,看这篇文章就够了
新智元
164+阅读 · 2019年2月14日
图神经网络最近这么火,不妨看看我们精选的这七篇
人工智能前沿讲习班
37+阅读 · 2018年12月10日
图上的归纳表示学习
科技创新与创业
23+阅读 · 2017年11月9日
深度学习中的注意力机制
人工智能头条
16+阅读 · 2017年11月2日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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
0+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
0+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
1+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31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
6+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VIP内容
基于 Transformer 的脑电解码综述询问 ChatGPT
专知会员服务
12+阅读 · 2025年7月6日
可解释强化学习,Explainable Reinforcement Learning: A Survey
专知会员服务
132+阅读 · 2020年5月14日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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
0+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
0+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
1+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
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