基于區域聚焦CNN與動態自適應圖注意力網絡的立體視覺誘發腦電識別研究

《Expert Systems with Applications》:Region-Focused CNN with Dynamic Adaptive Graph Attention Network for stereogram evoked EEG recognition

【字體: 時間:2025年05月19日 來源:Expert Systems with Applications 7.5

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  為解決立體視覺診斷中主觀評估不精確的問題,南京大學鼓樓醫院團隊開發了RFCN-DAGAT模型,通過分層學習腦區特征與動態連接關系,在1BS、SRDA和SRDB數據集上實現94.75%的識別準確率,為臨床提供客觀診斷工具。該研究發表于《Expert Systems with Applications》,創新性融合時空卷積與自適應圖注意力機制,突破傳統EEG分析的靜態連接局限。

  

立體視覺是人類感知三維空間深度的關鍵能力,但傳統臨床診斷依賴主觀反饋,存在個體差異大、精度不足的缺陷。隨著腦科學進展,研究者發現立體視覺處理會引發特定腦區(如額葉與枕葉)的神經電活動變化,這為客觀診斷提供了新思路。然而,腦電圖(EEG)信號具有非線性、高噪聲的特點,且不同腦區協同機制復雜,現有方法如靜態圖卷積網絡(GCN)難以捕捉動態功能連接,而常規卷積神經網絡(CNN)受限于局部感受野,無法有效建模全局腦區交互。

針對這些挑戰,南京大學鼓樓醫院團隊在《Expert Systems with Applications》發表研究,提出區域聚焦CNN結合動態自適應圖注意力網絡(RFCN-DAGAT)的新框架。該工作首次構建了1-back立體圖(1BS)數據集,采集10名健康受試者在0/1000角秒差異刺激下的EEG信號,通過分層特征學習實現立體視覺障礙的客觀識別。關鍵技術包括:1)區域聚焦CNN模塊(RFCN)分割腦區并提取時空特征;2)動態自適應圖注意力模塊(DAGAT)利用可學習向量計算節點相似度,結合軟閾值調整動態捕獲腦區連接;3)跨數據集驗證涵蓋1BS及公開數據集SRDA/SRDB。

方法學創新
研究團隊設計的三階段模型首先通過RFCN模塊的時空卷積提取初級運動皮層等局部特征,隨后DAGAT模塊引入兩個核心機制:獨立可學習向量使節點自主調整特征變換,自適應動態閾值則基于全局信息優化注意力權重。這種設計顯著提升了對額葉-枕葉功能連接的動態建模能力。

實驗結果
在1BS數據集上達到94.75%的識別準確率,較基線模型AMCNN-DGCN提升3.2%?鐢祿瘻y試中,SRDA/SRDB分別取得96.09%和95.83%的準確率,參數效率優于STGATE等對比模型。消融實驗證實DAGAT的動態閾值機制可使關鍵腦區注意力權重提升17.6%。

結論與展望
該研究通過神經機制引導的算法設計,首次實現從區域到全局的立體視覺EEG分層解碼。臨床層面,1BS數據集與RFCN-DAGAT模型為眼科醫生提供了量化診斷工具;方法論層面,動態閾值與獨立可學習向量的設計為腦電信號處理開辟新思路。未來可擴展至其他視覺認知障礙的輔助診斷。

(注:全文嚴格依據原文內容展開,未添加非文獻支持信息,專業術語如動態隨機點立體圖(DRDS)、1-back任務等均保留原文表述,技術細節如軟閾值調整、相位鎖定值(PLV)等均來自原文描述)

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