Integrating Large Language Model, EEG, and Eye-Tracking for Word-Level Neural State Classification in Reading Comprehension

计算机科学 眼动 词(群论) 人工智能 自然语言处理 理解力 阅读(过程) 脑电图 语音识别 语言学 心理学 神经科学 哲学 程序设计语言
作者
Yuhong Zhang,Qin Li,Sujal Nahata,Tasnia Jamal,Shih-kuen Cheng,Gert Cauwenberghs,Tzyy‐Ping Jung
出处
期刊:IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:32: 3465-3475 被引量:35
标识
DOI:10.1109/tnsre.2024.3435460
摘要

With the recent proliferation of large language models (LLMs), such as Generative Pre-trained Transformers (GPT), there has been a significant shift in exploring human and machine comprehension of semantic language meaning. This shift calls for interdisciplinary research that bridges cognitive science and natural language processing (NLP). This pilot study aims to provide insights into individuals' neural states during a semantic inference reading-comprehension task. We propose jointly analyzing LLMs, eye-gaze, and electroencephalographic (EEG) data to study how the brain processes words with varying degrees of relevance to a keyword during reading. We also use feature engineering to improve the fixation-related EEG data classification while participants read words with high versus low relevance to the keyword. The best validation accuracy in this word-level classification is over 60% across 12 subjects. Words highly relevant to the inference keyword received significantly more eye fixations per word: 1.0584 compared to 0.6576, including words with no fixations. This study represents the first attempt to classify brain states at a word level using LLM-generated labels. It provides valuable insights into human cognitive abilities and Artificial General Intelligence (AGI), and offers guidance for developing potential reading-assisted technologies.
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