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        基于社區結構優化的腦電圖挖掘方法

        《IEEE Transactions on Artificial Intelligence》:Community-Structure Enhanced Brain Graph Mining

        【字體: 時間:2026年02月28日 來源:IEEE Transactions on Artificial Intelligence CS6.4

        編輯推薦:

          腦圖分析中社區結構增強框架通過共享身份向量整合神經科學先驗知識,利用注意力機制提升疾病診斷可解釋性,實驗驗證其在三個數據集上的有效性。

          
        影響聲明:
        利用腦圖分析進行腦部疾病診斷已顯示出良好的效果。然而,現有方法往往忽視了這樣一個事實:腦圖中的每個節點都……顯示更多

        摘要:

        腦神經成像技術在診斷腦部疾病方面變得越來越重要,從神經成像數據構建的腦圖為了解人腦的屬性提供了關鍵見解。盡管基于功能連接性的腦圖構建方法在診斷任務中已被證明是有效的,但它們通常未能結合神經科學的先驗知識,例如存在控制大腦功能各個方面的不同功能模塊。在這項工作中,我們將這些功能模塊定義為不同的腦圖社區,并提出了一個增強社區結構的腦圖挖掘框架。具體來說,我們設計了受社區約束的節點身份向量作為節點特征的一部分,以在模型優化過程中自適應地捕捉社區結構,從而適應下游任務的需求。重要的是,由于具有相同疾病的受試者之間存在共同的社區變化,這些身份向量在特定腦部疾病診斷任務的所有受試者之間是共享的。此外,為了提高模型的可解釋性,我們僅從身份向量生成注意力分數,使模型能夠持續關注與特定疾病相關的特定腦區和社區。最后,我們在三個真實世界的數據集上進行了廣泛的實驗。分析結果證明了我們方法的有效性,并為識別與相應腦部疾病相關的生物標志物提供了有價值的見解。

        引言

        大腦網絡是一種復雜的圖狀結構,能夠捕捉不同腦區之間的復雜功能連接。在可用的多種神經成像技術中,功能性磁共振成像(fMRI)是構建此類網絡最常用的方法之一,其中感興趣的區域(ROIs)被視為節點,這些ROIs的血液氧水平依賴(BOLD)信號序列之間的成對相關性形成了邊。由此產生的結構通常被稱為腦圖。鑒于腦部疾病與大腦功能連接異常之間的關聯[1]、[2],人們迫切需要能夠有效分析腦圖并提供有意義見解的模型。

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