电气工程与系统科学 > 图像与视频处理
[提交于 2024年10月31日
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标题: 通过物理信息三维神经网络增强脑源重建
标题: Enhancing Brain Source Reconstruction through Physics-Informed 3D Neural Networks
摘要: 在神经科学中,重建脑源是一项基础性挑战,这对于理解大脑功能和功能障碍至关重要。脑电图(EEG)信号具有高时间分辨率。然而,由于该问题的不适定结构,从这些信号中识别出脑源的确切空间位置仍然很困难。传统方法主要依赖于人工设计的先验知识,而忽略了数据驱动学习的灵活性,而最近的深度学习方法则专注于端到端学习,通常仅使用前向模型的物理信息来生成训练数据。 我们提出了一个新颖的混合方法——3D-PIUNet,用于EEG源定位,有效结合了传统技术和深度学习技术的优点。3D-PIUNet通过伪逆映射从测量值到源空间获得初始物理信息估计。其次,将大脑视为三维体积,我们使用三维卷积U-Net捕获空间依赖性,并根据学习的数据先验细化解决方案。训练模型依赖于模拟的伪真实脑源数据,涵盖不同的源分布。在该数据上训练后,我们的模型显著提高了空间准确性,在传统方法和端到端数据驱动方法中表现出优越性能。 此外,我们用来自视觉任务的真实EEG数据验证了我们的发现,其中3D-PIUNet成功识别了视觉皮层并重建了预期的时间行为,从而展示了其实际应用价值。
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