THD-BAR: Topology Hierarchical Derived Brain Autoregressive Modeling for EEG Generic Representations

自回归模型 计算机科学 一般化 人工智能 脑电图 自编码 拓扑(电路) 代表(政治) 模式识别(心理学) 网络拓扑 人工神经网络 机器学习 等级制度 特征学习 分层数据库模型 水准点(测量)
作者
Wenchao Yang,Weidong Yan,Wenkang Liu,Yu‐Lan Ma,Yang Li
出处
期刊: 卷期号:: 166892-166916 被引量:5
标识
DOI:10.52202/085713-5025
摘要

Large-scale pre-trained models hold significant potential for learning universal EEG representations. However, most existing methods, particularly autoregressive (AR) frameworks, primarily rely on straightforward temporal sequencing of multi-channel EEG data, which fails to capture the rich physiological characteristics inherent to EEG signals. Moreover, their time-centered modeling approach also limits the effective representation of the dynamic spatial topology of brain activity. To address these challenges and fully exploit the potential of large-scale EEG models, we propose a novel Topology Hierarchical Derived Brain Autoregressive Modeling (THD-BAR) for EEG generic representations. The core innovation of THD-BAR lies in the introduction of the Brain Topology Hierarchy (BTH), which establishes a multi-scale spatial order for EEG channels. This hierarchical structure enables a redefinition of autoregressive learning as a "next-scale-time prediction" problem, effectively capturing both spatial and temporal dynamics. Based on BTH, we design a Topology-Hierarchical Vector Quantized-Variational Autoencoder (THVQ-VAE) for multi-scale tokenization and develop an enhanced Brain Autoregressive (BAR) module with specialized masking strategies for prediction. Through extensive large-scale pre-training on 17 datasets, followed by rigorous validation on 10 downstream datasets spanning 5 distinct tasks, THD-BAR consistently outperforms existing methods. These results highlight the superior generalization and modeling capabilities of our proposed approach.
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