توصيفگر ها :
الكتروانسفالوگرافي درونجمجمهاي , رمزگشاي عصبي , شبكه عصبي عميق , طبقهبندي سيگنال مغزي
چكيده فارسي :
استفاده از روش ثبت الكتروانسفالوگرافي درونجمجمهاي (iEEG) به سرعت براي كاربردهاي باليني و واسطهاي مغز و رايانه در حال افزايش است. iEEG دقت مكاني و زماني بالايي بوده، به همين دليل يك روش ثبت مطلوب براي مطالعه فعاليتهاي عصبي است. با وجود مزاياي آن، iEEG با چالشهايي نظير تنوع در مكان كاشت الكترودهاي ان مختلف مواجه است كه توسعهي مدلهاي رمزگشاي عصبي يكپارچه در ميان شركتكنندگان مختلف را دشوار ميسازد. در اين تحقيق، مدل رمزگشاي جديدي به نام RISE-iEEG معرفي ميكنيم كه در برابر تنوع مكان كاشت الكترود بين شركتكنندگان مختلف مقاوم است. RISE-iEEG يك شبكه عصبي عميق متشكل از دو شبكه اصلي نگاشت و متمايزكننده است. شبكه نگاشت، دادههاي عصبي شركتكنندگان مختلف را به فضاي مشترك با ابعاد پايين نگاشت ميكند و به اين ترتيب تغييرپذيري مكان الكترودها را جبران ميكند. شبكه متمايزكننده از چندين لايه شبكه عصبي پيچشي متوالي زماني و مكاني تشكيل شده است. اين مدل برخلاف ساير مدلهاي چند شركتكننده، ميتواند بر روي دادههاي شركتكنندگان مختلف بدون نياز به مختصات الكترودها اعمال شود.
در اين تحقيق، ما عملكرد مدل RISE-iEEG را با استفاده از مجموعه دادههاي مختلف، از جمله مجموعه دادههاي تحريك صوتي تصويري، بازسازي موسيقي و حركت اندام فوقاني بررسي كرده و نشان ميدهيم كه مدل RISE-iEEG در مقايسه با ساير مدلهاي رمزگشاي پيشرفته iEEG مانند HTNet و EEGNet عملكرد بهتري دارد. مدل RISE-iEEG در بالاترين نتيجه در ميان روشهاي ارزيابي تعريفشده،
از نظر امتياز F1 به دقت 03/0 ±83/0 در طبقهبندي دادههاي ثبت iEEG مجموعه داده بازسازي موسيقي دست يافت كه در مقايسه با مدلهاي HTNet و EEGNet حدود 10% افزايش دقت داشت. بنابراين شبكه نگاشت نه تنها بهطور مؤثر تغييرپذيري در كاشت الكترود را برطرف كرده، بلكه دقت طبقهبندي را بهطور چشمگيري بهبود ميبخشد. علاوهبر اين، تحليل وزنهاي شبكه نگاشت در مجموعه داده بازسازي موسيقي در بين شركتكنندگان نشان ميدهد كه لوب گيجگاهي فوقاني بهعنوان گره عصبي اصلي در رمزگذاري تحريك صورت گرفته در اين مجموعه داده عمل ميكند و اين يافته با فيزيولوژي پردازش شنوايي همراستا است. بنابراين مدل RISE-iEEG يك معماري قوي و قابل تفسير ارائه ميدهد كه قادر به ايجاد پيشرفتهاي قابل توجهي در زمينه طراحي رمزگشاي عصبي تعميم پذير است.
چكيده انگليسي :
Utilization of intracranial electroencephalography (iEEG) is rapidly increasing for clinical and brain-computer interface applications. iEEG facilitates the recording of neural activity with high spatial and temporal resolution, making it a desirable neuroimaging modality for studying neural dynamics. Despite its benefits, iEEG faces challenges such as inter-subject variability in electrode implantation, which makes the development of unified neural decoder models across different patients difficult. In this research, we introduce a novel decoder model that is robust to inter-subject electrode implantation variability. We call this model RISE-iEEG, which stands for Robust Inter-Subject Electrode Implantation Variability iEEG Classifier. RISE-iEEG employs a deep neural network structure preceded by a patient-specific projection network. The projection network maps the neural data of individual patients onto a common low-dimensional space, compensating for the implantation variability. This model can be applied across multiple patients' data without requiring the coordinates of electrode for each patient. The performance of RISE-iEEG across multiple datasets, including the Audio-Visual dataset, Music Reconstruction dataset, and Upper-Limb Movement dataset, surpasses that of state-of-the-art iEEG decoder models such as HTNet and EEGNet. Our analysis shows that RISE-iEEG outperforms HTNet and EEGNet by 10% in terms of the F1 score, achieving an average F1 score of 0.83 ± 0.03 on the Music Reconstruction dataset, the highest among all evaluated methods. Furthermore, the analysis of projection network weights in the Music Reconstruction dataset across patients suggests that the Superior Temporal lobe serves as the primary encoding neural node. This finding aligns with the auditory processing physiology. The projection network effectively addresses the variability in electrode implantation, significantly improving classification accuracy. Therefore, the proposed model will find broad applications in neural decoding tasks, offering better decoding accuracy without sacrificing interpretability and generalization.