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Enregistrement W3112130169 · doi:10.1101/2020.12.17.423197

DN3: An open-source Python library for large-scale raw neurophysiology data assimilation for more flexible and standardized deep learning

2020· preprint· en· W3112130169 sur OpenAlexafffund
Demetres Kostas, Frank Rudzicz

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2020
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueEEG and Brain-Computer Interfaces
Établissements canadiensSt. Michael's HospitalVector InstituteUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesCanadian Institute for Advanced Research
Mots-clésPython (programming language)Computer scienceArtificial intelligenceSupport vector machineMachine learningPattern recognition (psychology)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract We propose an open-source Python library, called DN3, designed to accelerate deep learning (DL) analysis with encephalographic data. This library focuses on making experimentation rapid and reproducible and facilitates the integration of both public and private datasets. Furthermore, DN3 is designed in the interest of validating DL processes that include, but are not limited to, classification and regression across many datasets to prove capacity for generalization. We explore the effectiveness of this library by presenting a general scheme for person disambiguation called T-Vectors inspired by speech recognition. These are single vectors created by typically short, though arbitrary in length, electro-encephalographic (EEG) data sequences that uniquely identify users relative to others. T-Vectors were trained by classifying nearly 1000 people using as little as 1 second-long sequences and generalize effectively to users never seen during training. Generalized performance is demonstrated on two commonly used and publicly accessible motor imagery task datasets, which are notorious for intra- and inter-subject signal variability. According to these datasets, subjects can be identified with accuracies as high as 97.7% by simply adopting the label of the nearest neighbouring T-Vectors, with no dependence on task performed and little dependence on recording session, even when sessions are separated by days. Visualization of the T-Vectors from both datasets show no conflation of subjects between datasets, and indicates a T-Vector manifold where subjects cluster well. We first conclude that this is a desirable paradigm shift in EEG-based biometrics and secondly that this manifold deserves further investigation. Our proposed library provides a variety of essential tools that facilitated the development of T-Vectors. The T-vectors codebase serves as a template for future projects using DN3, and we encourage leveraging our provided model for future work. Author summary We present a new Python library to train deep learning (DL) models with brain data. This library is tailored, but not limited, to developing neural networks for brain-computer-interfaces (BCI) applications. There is abundant interest in leveraging DL in the wider neuroscience community, but we have found current solutions limiting. Furthermore both BCI and DL benefit from benchmarking against multiple datasets and sharing parameters. Our library tries to be accessible to DL novices, yet not limiting to experts, while making experiment configurations more easily shareable and flexible for benchmarking. We demonstrated many of the features of our library by developing a deep neural network capable of disambiguating people from arbitrary lengths of electroencephalography data. We identify a variety of future avenues of study for these representations produced by our network, particularly in biometric applications and addressing the variation in BCI classifier performance. We share our model, library and its associated guides and documentation with the community at large.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,007
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Logiciel · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,039
Score d'incertitude au seuil0,130

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,007
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,003
Science ouverte0,0050,005
Intégrité de la recherche0,0010,004
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0390,020

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,049
Tête enseignante GPT0,291
Écart entre enseignants0,242 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreLogiciel

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2020
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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