新闻动æ€

  

克日,,,,,,,,我院黄铠教授团队在自然旗下期刊 Scientific Reports æ­æ™“题为“Graph-generative neural network for EEG-based epileptic seizure detection via discovery of dynamic brain functional connectivityâ€çš„æ–‡ç« ã€‚。。。。。。。

克日,,,,,,,,我院黄铠教授团队在自然旗下期刊 Scientific Reports æ­æ™“题为“Graph-generative neural network for EEG-based epileptic seizure detection via discovery of dynamic brain functional connectivityâ€çš„æ–‡ç« ã€‚。。。。。。。该事情由æ¥è‡ªä¼˜å¾·å®˜ç½‘ã€é¦™æ¸¯ä¸­æ–‡å¤§å­¦ï¼ˆæ·±åœ³ï¼‰ã€çº½çº¦å·žç«‹å¤§å­¦ã€å¤©æ™®å¤§å­¦ä¸Žä¸­ç§‘云盘算研究院的五ä½ä½œè€…相助完æˆï¼Œ,,,,,,,通过人工智能模å­ï¼Œ,,,,,,,为脑神ç»ç–¾ç—…的剖æžä¸Žæ£€æµ‹ä½œå‡ºäº†ä¸»è¦å­é¡ºã€‚。。。。。。。

文章æå‡ºä¸€ç§æ–°çš„图天生神ç»ç½‘络(GGN)模å­ï¼Œ,,,,,,,用于æç»˜åЍæ€è„‘功效毗连强度与转å˜ï¼Œ,,,,,,,并用于脑电图(EEG)的多ç§ç™«ç—«çˆ†å‘类型的检测。。。。。。。。GGN针对头皮EEG在剖æžåЍæ€è„‘功效毗连的时空区分率较低这一问题æå‡ºäº†æ–°çš„解决计划,,,,,,,,在7ç§ç™«ç—«å‘病类型检测使命中å–得了凌驾90%的准确率。。。。。。。。除了癫痫以外,,,,,,,,该事情还å¯ä»¥ä¸ºç¥žç»ç§‘学家æä¾›å…¶ä»–神ç»ç³»ç»Ÿç–¾ç—…的剖æžä¸Žç›‘测,,,,,,,,如阿尔茨海默病和精神破碎症等脑神ç»ç–¾ç—…。。。。。。。。

论文链接:Li Z, Hwang K, Li K, Wu J, and Ji T. “Graph-generative neural network for EEG-based epileptic seizure detection via discovery of dynamic brain functional connectivityâ€. Springer Nature - Scientific Reports. Nov 8, 2022. (https://www.nature.com/articles/s41598-022-23656-1)

期刊先容

Scientific Reports是自然旗下一本开放获å–çš„JCI Q1期刊。。。。。。ã€‚ã€‚æœŸåˆŠæ­æ™“æ¥è‡ªè‡ªç„¶ç§‘å­¦ã€å¿ƒç†å­¦ã€åŒ»å­¦å’Œå·¥ç¨‹å­¦å„个领域的原创研究,,,,,,,,Scientific Reports是全çƒç¬¬äº”大被引用期刊,,,,,,,,2021年被引用凌驾696,000次,,,,,,,,在政策文件和媒体中å—到普é关注。。。。。。。。该æ‚å¿—æ¯æœˆçº¦æœ‰240万至270万å读者。。。。。。。。该期刊在Web of Scienceã€PubMedã€PubMedCentralã€Scopusã€Dimensionsã€Google Scholar,,,,,,,,DOAJå’ŒSAO/NASA ADS䏭凿œ‰ç´¢å¼•。。。。。。。。

ç ”ç©¶é…æ™¯

神ç»ç³»ç»Ÿç–¾ç—…æ˜¯å…¨çƒæŠ¥å‘Šçš„å¯¼è‡´æ®‹ç–¾çš„ä¸»è¦ç¼˜æ•…原由之一,,,,,,,,是一个严é‡çš„医疗问题,,,,,,,ï¼Œè¿«åˆ‡éœ€è¦æœ‰ç”¨çš„解决计划和治疗妄想。。。。。。ã€‚ã€‚å…¨çƒæœ‰5000万人ä¿å­˜å‘¨æœŸæ€§ç™«ç—«çˆ†å‘,,,,,,,,8000万人é¢ä¸´é˜¿å°”茨海默æ°ç—…。。。。。。。ˋD)引起的痴呆问题,,,,,,,,凌驾2500万人患有精神破碎症。。。。。。。。这些疾病影å“了患者的生涯与事情,,,,,,,ï¼Œé€ æˆæƒ…绪抑éƒã€èº«ä½“残疾,,,,,,,ï¼Œç”šè‡³å¼•å‘æ®’命。。。。。。。。这些神ç»ç³»ç»Ÿç–¾ç—…与大脑é‡å¤§çš„功效毗连有关,,,,,,,,å¯é€šè¿‡å¤´çš®è„‘EEGä¿¡å·ä¸¾è¡Œæ£€æµ‹å’Œå‰–æžã€‚。。。。。。。表1展示了2022å¹´å…¨çƒä¸»è¦è„‘神ç»éšœç¢ç–¾ç—…的情形。。。。。。。。全天下有1.65亿人正é­å—ç€è„‘神ç»éšœç¢ç–¾ç—…的困扰,,,,,,,,约å å…¨çƒæ€»ç”Ÿé½¿çš„2.1%。。。。。。。。

表1. å…¨çƒä¸»è¦è„‘神ç»éšœç¢ç–¾ç—…一览

该事情主è¦èšç„¦äºŽåŸºäºŽå¤´çš®EEG的癫痫疾病诊断。。。。。。ã€‚ã€‚å¤æ¿çš„ä¿¡å·å¤„置惩罚è¦é¢†å’Œç»å…¸çš„神ç»ç½‘络模å­ï¼Œ,,,,,,,如RNNã€CNNã€GNNå’Œtransformer等,,,,,,,,通过将EEGä¿¡å·ä½œä¸ºæ—¶é—´åºåˆ—æ•°æ®æˆ–多通é“图åƒï¼Œ,,,,,,,è¯å®žæ™°å…¶åœ¨ç™«ç—«çˆ†å‘检测和分类中的é‡å¤§æ½œåŠ›ã€‚。。。。。。。然而,,,,,,,,这些模å­ç¼ºä¹ä»¥æå–EEGä¿¡å·çš„动æ€ç©ºé—´ä¿¡æ¯ï¼Œ,,,,,,,而动æ€ç©ºé—´ä¿¡æ¯å…³äºŽè¡¨å¾éšè—在脑å¶å·®åˆ«åŒºåŸŸçš„大脑功效毗连问题的瞬æ€ç‰¹å¾è‡³å…³ä¸»è¦ã€‚。。。。。。。

为相识决以上问题,,,,,,,,作者æå‡ºäº†ä¸€ç§åŸºäºŽæ¦‚率的图天生è¦é¢†ï¼Œ,,,,,,,使用对分类使命的监视历程æ¥å­¦ä¹ å·®åˆ«æ—¶åˆ»è„‘功效毗连的强度,,,,,,,,并使用注é‡åŠ›æœºåˆ¶æ¥æé«˜è„‘åŠŸæ•ˆå›¾å¤©ç”Ÿçš„å‡†ç¡®æ€§ã€‚。。。。。。。模å­é€šè¿‡æ·±å…¥å‰–æžä»Žæ‚£è€…头皮差别区域纪录的EEGä¿¡å·åŠ¨æ€æ•获,,,,,,,,天生大脑功效毗连图,,,,,,,,用于æå–多ç§ç™«ç—«çˆ†å‘模å¼çš„æ—¶ç©ºä¿¡æ¯ã€‚。。。。。。。

研究内容

研究团队在3047例癫痫爆å‘病例的真实临床数æ®ä¸­ä¸¾è¡Œäº†å®žéªŒï¼ˆå¦‚图1所示)。。。。。。。。使用EEGä¿¡å·çš„æ—¶ç©ºä¿¡æ¯ï¼Œ,,,,,,ï¼Œè¯¥æ¡†æž¶ä¸»è¦æœ‰ä¸¤ä¸ªç›®çš„: 1.对癫痫å‘ç—…çš„7ç§ç±»åž‹ä¸¾è¡Œæ£€æµ‹åˆ†ç±»ï¼›;;;ï¼›;;2.æç»˜åЍæ€è„‘功效毗连图的强度和转å˜ã€‚。。。。。。。

 å›¾1.基于头皮EEG的癫痫展望框架。。。。。。。。æå–时空信æ¯ä¸¾è¡Œç™«ç—«å‘病类型展望和动æ€è„‘功效毗连图天生。。。。。。。。7ç§å‘病类型包括:FN,,,,,,,,GN,,,,,,,,SP,,,,,,,,CP,,,,,,,,AB,,,,,,,,TN,,,,,,,,TC。。。。。。。。GGNèƒ½å¤Ÿå±•æœ›å°æ—¶é—´çª—å£ä¸‹çš„动æ€è„‘功效毗连图

图2展示了GGN模å­åœ¨ç¬¬ä¸€ä¸ªç›®çš„(7ç§ç™«ç—«åˆ†ç±»ï¼‰ä¸Šå’Œå…¶å®ƒä¸»æµæ¨¡å­ï¼ˆSVM,,,,,,,,CNN,,,,,,,,GNN,,,,,,,,Tranformer)的性能比照。。。。。。。??? ???梢韵宰趴闯觯,,,,,,,GGN抵达了91%的准确率,,,,,,,,远高于CNN(65%)ã€GNN(74%)和Transformer模å­ï¼ˆ82%)的准确率。。。。。。。。在图2左边å¯ä»¥çœ‹å‡ºï¼Œ,,,,,,,GGN在7ç§ç™«ç—«åˆ†ç±»å±•望上的ROC-AUC曲线,,,,,,,,都凌驾95%的准确率,,,,,,,,其中,,,,,,,,AB与TN抵达了100%的效果。。。。。。。。

图 2. äº”ç§æœºæ¢°å­¦ä¹ ä¸Žæ·±åº¦å­¦ä¹ æ¨¡å­çš„æ€§èƒ½æ¯”照:SVM (Support Vector Machine),,,,,,,, CCN(Convolutional Neural Network), Transformer,,,,,,,,与 GGN(Graph-Generative Neural Network)

除了检测或分类使命,,,,,,,,大脑功效毗连多年æ¥ä¸€ç›´æ˜¯å¾ˆæ˜¯çƒ­é—¨çš„研究课题。。。。。。。。在很是å°çš„æ—¶é—´çª—å£å†…展现准确的脑功效毗连图关于模拟与神ç»ç³»ç»Ÿç–¾ç—…相关的大脑è¿åŠ¨è‡³å…³ä¸»è¦ã€‚。。。。。。。åªç®¡fMRIå¯ä»¥æ£€æµ‹åˆ°æ¯—连的转å˜ï¼Œ,,,,,,ï¼Œä½†ä»…é€šè¿‡ä½Žæœ¬é’±æ— åˆ›çš„å¤´çš®è„‘ç”µå›¾æ¥æŽ¢è®¨ç™«ç—«æ‚£è€…å¤§è„‘è¿åŠ¨çš„å®žè´¨æœºåˆ¶ä»ç„¶æ˜¯ä¸€ä¸ªæ‚¬è€Œæœªå†³çš„问题。。。。。。。。

GGN 通过æ•获空间和时间特å¾ï¼Œ,,,,,,,获å–高区分率动æ€åŠŸæ•ˆæ¯—è¿žå›¾ã€‚。。。。。。。如图3所示,,,,,,,,作者比照了使用MIC获得的20个通é“EEGä¿¡å·çš„å…³è”图(左边方形)和基于概率天生的脑功效图(å³è¾¹åœ†å½¢ï¼‰ï¼Œ,,,,,,,验è¯äº†åŸºäºŽæ¦‚率的天生图的åˆç†æ€§ã€‚。。。。。。。差别颜色和毗连边沿宽度代表了四个脑å¶ä¹‹é—´æ­£å¸¸å’Œå¼‚常功效毗连的强度。。。。。。。。图3第一行中,,,,,,,,å³FNæ‚£è€…çˆ†å‘æ—¶ä»£ï¼Œ,,,,,,ï¼Œå±•çŽ°å‡ºä¸‹åœºéƒ¨å¼ºå…³è”æ€§ï¼Œ,,,,,,,这与临床上的诊断效果一致。。。。。。。。图3第二行展示了GN患者在å‘病时代的大é¢ç§¯è„‘电信å·çš„异常,,,,,,,ï¼Œå…¨å±€éƒ½æœ‰è¾ƒå¼ºçš„å…³è”æ€§ï¼Œ,,,,,,,也å»åˆä¸´åºŠå’Œå…¶å®ƒç ”究的效果。。。。。。。。

图3.癫痫FN患者和GN患者å‘ç—…ä¿¡å·å·®åˆ«çš„Association Mapså’ŒGGN天生的动æ€è„‘功效毗连图比照

GGNå¯ä»¥æ£€æµ‹ç™«ç—«çˆ†å‘差别阶段功效毗连的转å˜ã€‚。。。。。。。作者将这ç§åЍæ€è¿žé€šæ€§ç§°ä¸ºæ—¶ç©ºè¿žé€šæ€§ã€‚。。。。。。。与Pearson correlation或MIC等关è”图åªèƒ½åœ¨ç‰¢é çš„大时间窗å£å†…检测线性相关关系相比,,,,,,,,GGNé€šè¿‡ä½¿ç”¨å°æ—¶é—´çª—å£å¯ä»¥æ›´å‡†ç¡®åœ°æ£€æµ‹ã€‚。。。。。。。图4展示了GGN检测到的一åFNæ‚£è€…ç—…æƒ…çˆ†å‘æ—¶çš„动æ€è„‘功效毗连图,,,,,,,ï¼Œå…¶ä¸­çˆ†å‘æœ€å…ˆäºŽ31秒,,,,,,,,竣事于128秒。。。。。。。。图4b显示了在四个主瓣中ç€è‰²çš„20个电æžçš„Gamma波段中的频率动æ€ã€‚。。。。。ã€‚ã€‚åœ¨çˆ†å‘æ—¶ä»£ï¼Œ,,,,,,,天生的脑功效毗连图å应下场部链接强度的转å˜ã€‚。。。。。。。

图4.FN癫痫患者EEGä¿¡å·åœ¨4ä¸ªå°æ—¶é—´çª—å£ï¼ˆ5秒)上天生的动æ€è„‘功效毗连图。。。。。。。ï¼›;;;ï¼›;;颊咴诘1çª—å£æ­£å¸¸ï¼Œ,,,,,,,第2窗å£ç™«ç—«æœ€å…ˆï¼Œ,,,,,,,第3窗å£ç—…情进入岑岭,,,,,,,,第4窗å£ç—…情æ¢å¤æ¸…é™ã€‚。。。。。。。 

研究结论

该研究效果为脑科专家æä¾›äº†ä¸€ä¸ªæœºæ¢°å­¦ä¹ æ¡†æž¶ï¼Œ,,,,,,,以自动化地准确识别癫痫爆å‘的多ç§ç±»åž‹ã€‚。。。。。。。这ç§åŸºäºŽäººå·¥æ™ºèƒ½çš„è¦é¢†å¯ä»¥å¢žå¼ºç¥žç»å­¦ä¸´åºŠè¯Šæ–­ï¼Œ,,,,,,,æé«˜å‡†ç¡®æ€§ã€‚。。。。。。。由于较快的推ç†é€ŸçŽ‡ï¼Œ,,,,,,,训练åŽçš„æ¨¡å­è¿˜å¯ä»¥åµŒå…¥åˆ°AI芯片中,,,,,,,,以æä¾›ä¸´åºŠçš„实时辅助诊断。。。。。。。。其次,,,,,,,,作者æå‡ºçš„图天生神ç»ç½‘络è¦é¢†ä¸ºå±•现大脑功效毗连异常æä¾›äº†ä¸€ç§æ–°å·¥å…·ã€‚。。。。。ã€‚ã€‚åŒæ—¶ï¼Œ,,,,,,,æå‡ºçš„图天生è¦é¢†å¯ä»¥å¢žå¼ºå…¶ä»–神ç»ç½‘络,,,,,,,,如CNN,,,,,,,,GNNå’ŒTransformerç­‰çš„æ—¶ç©ºç‰¹å¾æå–能力。。。。。。。。

最åŽï¼Œ,,,,,,,该事情å¯ä»¥è¢«ç¥žç»ç§‘学家应用于研究其他神ç»ç³»ç»Ÿç–¾ç—…中大脑功效毗连的剖æžï¼Œ,,,,,,,如阿尔茨海默病和精神破碎症等。。。。。。。。无侵入å¼çš„头皮EEG的低区分率会阻ç¢å¯¹è¿™äº›ç–¾ç—…中脑功效毗连的准确剖æžï¼Œ,,,,,,,而使用论文中所æå‡ºçš„å›¾å¤©ç”Ÿæ–¹è§„åˆ™æœ‰åŠ©äºŽå‡†ç¡®å‘æ˜Žå…·æœ‰å°è§†å¯Ÿçª—å£çš„功效连通性,,,,,,,,为脑科学家æä¾›äº†ä¸€ç§å…¨æ–°çš„剖æžå·¥å…·ï¼Œ,,,,,,,以é™ä½Žä½¿ç”¨é¢…内电æžEEG的腾贵用度以åŠä¾µå…¥å¼çš„æŸå®³å±å®³ã€‚。。。。。。。

作者简介

æœ¬æ–‡ç¬¬ä¸€ä½œè€…æŽæ”¿é“是香港中文大学(深圳)ç†å·¥å­¦é™¢åšå£«ç”Ÿï¼Œ,,,,,,,师从黄铠教授。。。。。。。。他在北京邮电大学信æ¯ä¸Žé€šè®¯å·¥ç¨‹å­¦é™¢å–得电å­ä¸Žé€šè®¯å·¥ç¨‹å­¦å£«å’Œç¡•士学ä½ï¼Œ,,,,,,,之åŽåœ¨åŒ—京百度公å¸ä»Žäº‹å¤§æ•°æ®å’Œäº‘盘算事情,,,,,,,,任高级工程师,,,,,,,,曾获得百度云盘算之星奖ã€é‡å¤§çªç ´å¥–。。。。。。。。他的主è¦ç ”ç©¶åå‘为图机械学习,,,,,,,,漫è¡å¼äº‘盘算和大数æ®åº”用系统。。。。。。。。åšå£«è®ºæ–‡ä¸“注于图机械学习åŠå…¶åœ¨äº¤é€šã€åŒ»ç–—ç­‰åå‘的应用。。。。。。。。

本文通讯作者黄铠教授,,,,,,,,伯克利加州大学盘算机科学åšå£«ã€‚。。。。。。ï¼›;;;ï¼›ï¼›ï¼›ç¥æ·Œè° è¯¿æ‹¦éœžå“Ÿç¬¥è‚«æ–©çº±ç¬±è°“æ½­å—„è¾,,,,,,,2018年加入香港中文大学(深圳)担当校长讲座教授,,,,,,,,兼任优德官网高性能智能盘算中心主任。。。。。。。。他在盘算机结构ã€å¹¶è¡Œå¤„置惩罚ã€äº‘盘算与物è”网方é¢è‘—作等身,,,,,,,ï¼Œæ¡ƒæŽæ»¡å¤©ä¸‹ã€‚。。。。。。。被评选入全çƒ2%顶级科学家。。。。。。ã€‚ã€‚ä»–æ­æ™“了10部专著,,,,,,,,以åŠ300多篇学术论文,,,,,,,,被Google Scholar引用凌驾23300次。。。。。。。。2005年获中国盘算机学会CCF首届外洋优异å­é¡ºå¥–,,,,,,,,2012年获天下云盘算大会(CloudCom)终身æˆç»©å¥–。。。。。。。。2019年获全çƒåŽäººå½±å“åŠ›ç››å…¸æ­æ™“的开国70年科技立异æˆç»©å¥–,,,,,,,,2020å¹´å›¢é˜ŸèŽ·å¾—å´æ–‡ä¿Šäººå·¥æ™ºèƒ½è‡ªç„¶ç§‘学奖。。。。。。。。

本文其他作者包括æŽå…‹å‹¤æ•™æŽˆï¼Œ,,,,,,,他是纽约州立大学(SUNYï¼‰è®²å¸­æ•™æŽˆã€æ¬§æ´²ç§‘学院院士ã€IEEE Fellowã€AAIA Fellow。。。。。。ã€‚ã€‚æŽæ•™æŽˆäºŽ1985年获得清åŽå¤§å­¦ç›˜ç®—机科学学士学ä½ï¼Œ,,,,,,,1990年于休斯敦大学获得盘算机科学åšå£«å­¦ä½ã€‚。。。。。。。2010年获得SUNY优异教授奖章。。。。。。。。æŽå…‹å‹¤æ•™æŽˆåœ¨å¤šä¸ªæœŸåˆŠå’Œèšä¼šèŽ·å¾—æœ€ä½³è®ºæ–‡å¥–ï¼Œ,,,,,,,包括PDPTA 1996ã€NAECON 1997ã€IPDPS 2000ã€ISPA 2016ã€NPC 2019ã€ISPA 2019ã€CPSCom 2022。。。。。。。。他被斯å¦ç¦å¤§å­¦åˆ—为天下å‰2%科学家。。。。。。。。

æœ¬æ–‡å…¶ä»–ä½œè€…åŒ…æ‹¬å´æ°æ•™æŽˆï¼Œ,,,,,,,他现在在天普大学(Temple University)盘算机与信æ¯ç§‘学系任 Laura H. Carnell讲席教授。。。。。。。。他是AAAS Fellow〠IEEE Fellow。。。。。。ã€‚ã€‚å´æ°æ•™æŽˆæ›¾äºŽ2011年获得CCF外洋优异å­é¡ºå¥–,,,,,,,,也曾获得多个最佳论文奖,,,,,,,,包括MASS2016ã€IWQoS 2016等。。。。。。。。他曾主æŒIEEE Technical Committee on Distributed Processing与许多国际èšä¼šï¼Œ,,,,,,,包括IEEE IPDPS’08ã€IEEE DCOSS’09ã€IEEE ICDCS’13ã€ACM MobiHoc’14ã€ICPP’16ã€IEEE CNS’16ã€WiOpt’21ã€ICDCN’22。。。。。。。。

本文其他作者包括季统凯,,,,,,,ï¼Œä»–æ˜¯é¦™æ¸¯ä¸­æ–‡å¤§å­¦ï¼ˆæ·±åœ³ï¼‰å…¼èŒæ•™æŽˆï¼Œ,,,,,,,中科云盘算中心主任,,,,,,,,广东电å­å·¥ä¸šç ”究院院长ã€å›½äº‘科技股份有é™å…¬å¸è‘£äº‹é•¿ã€‚。。。。。。。他曾获得2010年度中国产学研相助立异奖ã€ä¸­å›½ç§‘å­¦é™¢é™¢åœ°ç›¸åŠ©å¥–å…ˆè¿›å°æˆ‘ç§å®¶ä¸€ç­‰å¥–。。。。。。。。2011年中国科学院授æƒä»–在æ¾å±±æ¹–国家高新区组建全院唯一的云盘算中心。。。。。。。。他å‘导团队自主开å‘云æ“作系统(G-CLOUD)。。。。。。。。季教授在海内外主è¦èšä¼šåŠæœŸåˆŠä¸Šæ­æ™“论文40多篇,,,,,,,,å‘å¯¼å›¢é˜Ÿç”³è¯·å‘æ˜Žä¸“利500多项,,,,,,,ï¼Œç”³è¯·å›½é™…å‘æ˜Žä¸“利(PCT)近20项。。。。。。。。他加入黄铠教授的研究团队,,,,,,,,于2020å¹´èŽ·å¾—å´æ–‡ä¿Šäººå·¥æ™ºèƒ½è‡ªç„¶ç§‘学奖。。。。。。。。