Functional connectivity ensemble method to enhance BCI performance (FUCONE)

https://arxiv.org/pdf/2111.03122 2022-02-16

1.標(biāo)題：Functional connectivity ensemble method to enhance BCI performance (FUCONE)（增強(qiáng)腦機(jī)接口性能的功能連接集成方法（FUCONE））

2.作者：Marie-Constance Corsia, Sylvain Chevallier, Fabrizio De Vico Fallani, Florian Yger

3.所屬單位：Sorbonne Université, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute - ICM, CNRS, Inria, Inserm, AP-HP, H?pital de la Pitié Salpêtrière, France（法國(guó)巴黎綜合大學(xué)，巴黎大腦研究所，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心，法國(guó)國(guó)家計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化研究所，法國(guó)國(guó)家健康與醫(yī)學(xué)研究院，巴黎醫(yī)院）

4.關(guān)鍵字：Brain-Computer Interface, Ensemble learning, Functional connectivity, Riemannian geometry（腦機(jī)接口，集成學(xué)習(xí)，功能連接性，黎曼幾何）

5.網(wǎng)址：https://arxiv.org/pdf/2111.03122

?

6.總結(jié)：

(1): 本文的研究背景是提高腦機(jī)接口的性能。作者認(rèn)為功能連接性提供了有關(guān)神經(jīng)相互作用的動(dòng)態(tài)的重要洞見(jiàn)。

(2): 過(guò)去的方法是基于協(xié)方差的流程，但面臨著分類(lèi)精度低和不穩(wěn)定性高的問(wèn)題。該方法的動(dòng)機(jī)是通過(guò)結(jié)合功能連接性估計(jì)器和協(xié)方差方法來(lái)改進(jìn)腦機(jī)接口的分類(lèi)性能。

(3): 本文提出的研究方法是使用功能連接性估計(jì)器和基于黎曼幾何的分類(lèi)器。每個(gè)估計(jì)器訓(xùn)練一個(gè)分類(lèi)器，然后通過(guò)集成分類(lèi)器組合每個(gè)特征空間的決策。

(4): 本文的方法在不同條件和數(shù)據(jù)集上進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行元分析，實(shí)驗(yàn)證明該方法在性能上顯著優(yōu)于所有現(xiàn)有的方法。性能的提升主要?dú)w功于特征空間的多樣性增加，從而增加了對(duì)個(gè)體和組內(nèi)變異性的魯棒性。這些結(jié)果為我們理解功能連接性的重要性以提高腦機(jī)接口性能提供了新的見(jiàn)解。

方法：

(1): 本文的方法思想是利用功能連接性估計(jì)器和基于黎曼幾何的分類(lèi)器來(lái)提高腦機(jī)接口的性能。

(2): 首先，通過(guò)腦電信號(hào)數(shù)據(jù)計(jì)算功能連接性。功能連接性是指識(shí)別不同腦區(qū)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以提供動(dòng)態(tài)神經(jīng)相互作用的洞見(jiàn)。

(3): 然后，使用黎曼幾何的方法應(yīng)用于功能連接性估計(jì)器結(jié)果，產(chǎn)生一系列特征空間。黎曼幾何是一種非歐幾何的數(shù)學(xué)框架，用于處理在流形空間中的矩陣數(shù)據(jù)。

(4): 接下來(lái)，對(duì)每個(gè)特征空間訓(xùn)練分類(lèi)器。分類(lèi)器能夠根據(jù)輸入特征向量將腦電信號(hào)分為不同類(lèi)別，從而實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口的分類(lèi)功能。

(5): 最后，通過(guò)集成分類(lèi)器將每個(gè)特征空間的決策進(jìn)行組合，得出最終的分類(lèi)結(jié)果。集成分類(lèi)器可以使用多種方法，例如投票法或加權(quán)平均法。

(6): 為了評(píng)估方法的性能，本文在不同條件和數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行元分析，比較了本文方法與其他現(xiàn)有方法的性能差異。

(7): 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法在性能上優(yōu)于現(xiàn)有方法。這主要?dú)w功于通過(guò)增加特征空間的多樣性，提高了對(duì)個(gè)體和組內(nèi)變異性的魯棒性。(8): 本文的方法對(duì)于改進(jìn)腦機(jī)接口的性能具有重要的理論和實(shí)際意義，并為我們深入理解功能連接性在腦機(jī)接口中的作用提供了新的見(jiàn)解。

結(jié)論：

(1): 本篇文章的意義在于提出了一種名為FUCONE的方法，通過(guò)在每個(gè)特征空間中結(jié)合集成分類(lèi)器的決策，對(duì)功能連接性估計(jì)器進(jìn)行了黎曼幾何處理。通過(guò)多種實(shí)驗(yàn)評(píng)估，證明該方法在腦機(jī)接口中具有巨大的潛力，有助于提高性能。

(2): 創(chuàng)新點(diǎn)：本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于將功能連接性估計(jì)器和黎曼幾何方法相結(jié)合，通過(guò)優(yōu)化參數(shù)和引入特征空間的多樣性，提高了腦機(jī)接口的分類(lèi)性能。

性能表現(xiàn)：通過(guò)對(duì)多個(gè)MI數(shù)據(jù)集的評(píng)估，與幾個(gè)最先進(jìn)的方法相比，本文的方法表現(xiàn)出更高的分類(lèi)精度和穩(wěn)定性。

工作量：本文詳細(xì)優(yōu)化了關(guān)鍵參數(shù)，并在多個(gè)實(shí)驗(yàn)條件和數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了評(píng)估，展示了該方法的性能優(yōu)勢(shì)。該研究工作涉及到數(shù)據(jù)的收集和處理，需要一定的工作量和計(jì)算資源支持。

?

On Interfacing the Brain with Quantum Computers: An Approach to Listen to the Logic of the Mind

https://arxiv.org/pdf/2101.03887 2021-01-17

標(biāo)題: On Interfacing the Brain with Quantum Computers: An Approach to Listen to the Logic of the Mind (與量子計(jì)算機(jī)連接大腦：聽(tīng)取心靈邏輯的方法)

作者: Eduardo R. Miranda

所屬單位: Interdisciplinary Centre for Computer Music Research (ICCMR), University of Plymouth, United Kingdom (英國(guó)普利茅斯大學(xué)，計(jì)算機(jī)音樂(lè)研究部門(mén))

關(guān)鍵詞: Interfacing, Brain, Quantum Computers, Logic, Mind (連接，大腦，量子計(jì)算機(jī)，邏輯，心靈)

網(wǎng)址: https://arxiv.org/pdf/2101.03887

?

總結(jié):

(1): 本文的研究背景是探索如何將大腦與量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，以理解大腦活動(dòng)背后的邏輯和心靈。

(2): 過(guò)去的方法很少涉及量子計(jì)算機(jī)連接大腦，并且對(duì)大腦活動(dòng)如何產(chǎn)生心靈的理解還很有限。本文的動(dòng)機(jī)是通過(guò)提出一種邏輯的心靈來(lái)研究和掌握精神活動(dòng)的神經(jīng)相互關(guān)系，為BCI系統(tǒng)的發(fā)展提供有效的邏輯表示。

(3): 本文提出了一種將心理活動(dòng)的神經(jīng)相關(guān)性編碼為邏輯表達(dá)式的方法，作為研究神經(jīng)相關(guān)性的工具，并將這些邏輯表達(dá)式與BCI系統(tǒng)的命令關(guān)聯(lián)起來(lái)。

(4): 本文的方法實(shí)現(xiàn)了將神經(jīng)相關(guān)性轉(zhuǎn)化為邏輯表達(dá)式，并將其用于驅(qū)動(dòng)BCI系統(tǒng)執(zhí)行特定任務(wù)的可能性。該方法還通過(guò)量子計(jì)算機(jī)，結(jié)合邏輯表達(dá)式的運(yùn)算，為心靈邏輯的研究和掌握提供了新的途徑。還介紹了通過(guò)量子計(jì)算和聲音合成的方法，將量子電路的結(jié)果轉(zhuǎn)化為聲音輸出。本文的方法在小規(guī)模樣例中表現(xiàn)良好，但實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的績(jī)效尚需進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。

8.結(jié)論：

(1): 這部作品的意義在于探索將大腦與量子計(jì)算機(jī)連接的方法，以理解大腦邏輯和心靈活動(dòng)的背后邏輯，并為腦機(jī)界面系統(tǒng)的發(fā)展提供有效的邏輯表示方法。

(2): 創(chuàng)新點(diǎn)：本文創(chuàng)新地提出了一種將心理活動(dòng)的神經(jīng)相關(guān)性編碼為邏輯表達(dá)式的方法，并通過(guò)量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)式的運(yùn)算，為心靈邏輯的研究與掌握提供了新的途徑。 性能表現(xiàn)：該方法在小規(guī)模樣例中表現(xiàn)良好，但進(jìn)一步研究與驗(yàn)證仍需進(jìn)行，以確定其在更復(fù)雜任務(wù)和大規(guī)模數(shù)據(jù)集上的性能。 工作量：本文介紹了一種通過(guò)量子計(jì)算和聲音合成的方法，將量子電路的結(jié)果轉(zhuǎn)化為聲音輸出，這可能涉及到一定的工作量，但具體的實(shí)施和應(yīng)用細(xì)節(jié)需要進(jìn)一步探索和開(kāi)發(fā)。

Older Adults and Brain-Computer Interface: An Exploratory Study

https://arxiv.org/pdf/2104.02046 2021-04-05

1.標(biāo)題：Older Adults and Brain-Computer Interface: An Exploratory Study

2.作者：Wies?aw Kope?, Jaros?aw Kowalski, Julia Paluch, Anna Jaskulska, Kinga Skorupska, Marcin Niewiński, Maciej Krzywicki, Cezary Biele

3.所屬單位：(第一作者單位) 波蘭日本信息技術(shù)學(xué)院（Polish-Japanese Academy of Information Technology）

4.關(guān)鍵字：BCI, brain-computer interface, IoT, internet of things, older adults, smart home, living lab

5.網(wǎng)址：https://arxiv.org/pdf/2104.02046 (Github: None)

?

6.總結(jié)： - (1)研究背景：隨著人口結(jié)構(gòu)老齡化的趨勢(shì)，解決老年人的需求變得越來(lái)越重要。非侵入性腦機(jī)接口（BCI）是一個(gè)快速發(fā)展的技術(shù)，可以在智能家居技術(shù)（SHT）中應(yīng)用于老年人。 - (2)方法與問(wèn)題：過(guò)去的方法主要是從科學(xué)家的角度研究BCI對(duì)老年人的應(yīng)用，缺乏直接從老年人群體的角度去了解他們對(duì)BCI技術(shù)的看法和期望。本文的動(dòng)機(jī)是通過(guò)直接從目標(biāo)群體中獲得的見(jiàn)解，探索老年人對(duì)BCI技術(shù)的認(rèn)知和對(duì)智能家居系統(tǒng)中BCI技術(shù)的可接受性和預(yù)期。 - (3)研究方法：本文通過(guò)進(jìn)行兩次研討會(huì)（一次是實(shí)地研討會(huì)，一次是通過(guò)Zoom線(xiàn)上研討會(huì)）來(lái)調(diào)查老年人對(duì)BCI在智能家居技術(shù)中的潛力和應(yīng)用的見(jiàn)解。對(duì)于參與者對(duì)這些設(shè)備的感受進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)分析從研討會(huì)中收集到的見(jiàn)解產(chǎn)生的一些關(guān)鍵問(wèn)題。 - (4)實(shí)現(xiàn)任務(wù)和性能：本文的實(shí)現(xiàn)從目標(biāo)群體獲得的見(jiàn)解，有助于設(shè)計(jì)適用于BCI的智能家居交互模式，并確定進(jìn)一步研究的興趣領(lǐng)域。研究結(jié)果提供了潛在的障礙、解決方法、BCI的優(yōu)勢(shì)和機(jī)遇，對(duì)未來(lái)的研究和設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

?7. 方法：

(1): 在本研究中，我們邀請(qǐng)了之前參與我們的LivingLab活動(dòng)的七名老年人參與研究。這個(gè)群體由四名女性和三名男性參與者組成，年齡在60至80歲之間，來(lái)自一個(gè)人口超過(guò)100萬(wàn)的城市。他們來(lái)自不同的職業(yè)背景，沒(méi)有嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)或認(rèn)知問(wèn)題，并且都同意參與研究。在選擇受試群體時(shí)，我們的指導(dǎo)思想是盡可能多樣化 - 由不同年齡、性別和對(duì)電子設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、平板電腦或智能手機(jī)）的熟悉程度不同的人組成。然而，值得注意的是，他們的共同特點(diǎn)是對(duì)新技術(shù)的興趣，而且在這個(gè)年齡段的人群中，他們的ICT技能都高于平均水平。他們?cè)谏缃缓椭橇Ψ矫娑己芑钴S，并參與多種活動(dòng)，如在當(dāng)?shù)毓裆鐓^(qū)論壇中出現(xiàn)或之前參加過(guò)以虛擬現(xiàn)實(shí)或智能家居設(shè)備為導(dǎo)向的工作坊；因此，他們能夠?qū)⑦@些技術(shù)與BCI聯(lián)系起來(lái)。本研究分為兩個(gè)獨(dú)立的會(huì)議，每個(gè)會(huì)議約持續(xù)兩個(gè)小時(shí)。第一個(gè)會(huì)議是面對(duì)面的，第二個(gè)會(huì)議在Zoom視頻會(huì)議平臺(tái)上進(jìn)行。兩個(gè)會(huì)議均采用半結(jié)構(gòu)化小組訪(fǎng)談，下面將描述其概述。隨后，將對(duì)訪(fǎng)談內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和注釋?zhuān)赃M(jìn)行進(jìn)一步的歸納和演繹主題分析。

(2): 半結(jié)構(gòu)化研究情景由6個(gè)部分組成：（1）自由聯(lián)想：探索參與者對(duì)BCI在智能家居環(huán)境中的第一印象和觀察。（2）頭腦風(fēng)暴：討論BCI在日?；顒?dòng)中的潛在應(yīng)用。（3）展示：介紹以頭帶作為BCI控制器的概念（基于監(jiān)測(cè)腦電活動(dòng)），并收集參與者對(duì)該技術(shù)的見(jiàn)解。（4）比較：要求參與者比較腦機(jī)接口和語(yǔ)音接口（基于Google Home語(yǔ)音助手）。（5）驗(yàn)證：收集參與者是否愿意在自己家中嘗試基于頭帶的BCI解決方案的意見(jiàn)。（6）分析：討論在智能家居技術(shù)中使用BCI可能的機(jī)遇和威脅。

8.結(jié)論：

(1): 這部作品的意義在于從老年人的角度研究非侵入性腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。通過(guò)探索老年人對(duì)BCI技術(shù)的認(rèn)知和期望，可以設(shè)計(jì)出更適合他們使用的智能家居交互模式，滿(mǎn)足他們的需求和提高他們的生活質(zhì)量。

(2): 創(chuàng)新點(diǎn)：該研究采用了直接從老年人群體中獲取見(jiàn)解的方法，從而填補(bǔ)了以往從科學(xué)家角度研究的空白。這種方法使研究結(jié)果更加貼近老年人的真實(shí)需求和期望，并為未來(lái)的研究和設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。

性能表現(xiàn)：本研究通過(guò)兩次研討會(huì)對(duì)老年人的看法和期望進(jìn)行了調(diào)查，為智能家居系統(tǒng)中BCI技術(shù)的應(yīng)用提供了有價(jià)值的見(jiàn)解。參與者對(duì)BCI技術(shù)的反饋和對(duì)智能家居設(shè)備的感受評(píng)估有助于確定進(jìn)一步研究的興趣領(lǐng)域。

工作量：研究小組在調(diào)查老年人對(duì)BCI技術(shù)的認(rèn)知和期望方面付出了一定的工作量，包括組織兩次研討會(huì)、收集和分析參與者的見(jiàn)解、總結(jié)研究結(jié)果等。這些努力為理解老年人對(duì)BCI技術(shù)的態(tài)度和應(yīng)用提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

?

?

參考文獻(xiàn)：

【1】Corsi M C, Chevallier S, Fallani F D V, et al. Functional connectivity ensemble method to enhance BCI performance (FUCONE)[J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2022, 69(9): 2826-2838.

【2】Miranda E R. On interfacing the brain with quantum computers: An approach to listen to the logic of the mind[J]. arXiv preprint arXiv:2101.03887, 2020.

【3】Kope? W, Kowalski J, Paluch J, et al. Older Adults and Brain-Computer Interface: An Exploratory Study[C]//Extended Abstracts of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. 2021: 1-5.

?

創(chuàng)作聲明：包含?AI?輔助創(chuàng)作

?