我们在自我神经调节任务中获得了一个人的学习进步的个人签名，由功能MRI（FMRI）为指导。签名基于在第一节中给定第二神经融合会话中Amygdala的活性。该预测由深神经网络进行，这是在整个培训队训练的患者的培训。该信号，其指示人在执行Amygdala调制任务方面的进步，在多个原型脑状态中聚集，然后通过线性分类器对各种个人和临床适应症进行分类。所获得的签名的预测力比以前从FMRI神经融合获得个人签名的方法更强，并且提供了人的学习模式可以用作诊断工具的指示。我们的代码已提供，并通过道德批准，共享数据。

我们介绍了用于分析功能磁共振成像（FMRI）数据的TFF变压器框架。TFF采用基于变压器的架构和两阶段培训方法。首先，自我监督培训适用于FMRI扫描的集合，其中模型培训用于重建3D卷数据。其次，预训练模型在特定任务上进行了微调，利用地面真理标签。我们的结果显示了各种FMRI任务的最先进的性能，包括年龄和性别预测，以及精神分裂症认可。

Despite the impact of psychiatric disorders on clinical health, early-stage diagnosis remains a challenge. Machine learning studies have shown that classifiers tend to be overly narrow in the diagnosis prediction task. The overlap between conditions leads to high heterogeneity among participants that is not adequately captured by classification models. To address this issue, normative approaches have surged as an alternative method. By using a generative model to learn the distribution of healthy brain data patterns, we can identify the presence of pathologies as deviations or outliers from the distribution learned by the model. In particular, deep generative models showed great results as normative models to identify neurological lesions in the brain. However, unlike most neurological lesions, psychiatric disorders present subtle changes widespread in several brain regions, making these alterations challenging to identify. In this work, we evaluate the performance of transformer-based normative models to detect subtle brain changes expressed in adolescents and young adults. We trained our model on 3D MRI scans of neurotypical individuals (N=1,765). Then, we obtained the likelihood of neurotypical controls and psychiatric patients with early-stage schizophrenia from an independent dataset (N=93) from the Human Connectome Project. Using the predicted likelihood of the scans as a proxy for a normative score, we obtained an AUROC of 0.82 when assessing the difference between controls and individuals with early-stage schizophrenia. Our approach surpassed recent normative methods based on brain age and Gaussian Process, showing the promising use of deep generative models to help in individualised analyses.

近年来，来自神经影像数据的脑疾病的单一受试者预测引起了人们的关注。然而，对于某些异质性疾病，例如严重抑郁症（MDD）和自闭症谱系障碍（ASD），大规模多站点数据集对预测模型的性能仍然很差。我们提出了一个两阶段的框架，以改善静止状态功能磁共振成像（RS-FMRI）的异质精神疾病的诊断。首先，我们建议对健康个体的数据进行自我监督的掩盖预测任务，以利用临床数据集中健康对照与患者之间的差异。接下来，我们在学习的判别性表示方面培训了一个有监督的分类器。为了建模RS-FMRI数据，我们开发Graph-S4；最近提出的状态空间模型S4扩展到图形设置，其中底层图结构未提前知道。我们表明，将框架和Graph-S4结合起来可以显着提高基于神经成像的MDD和ASD的基于神经影像学的单个主题预测模型和三个开源多中心RS-FMRI临床数据集的诊断性能。

Neuroimaging-based prediction methods for intelligence and cognitive abilities have seen a rapid development in literature. Among different neuroimaging modalities, prediction based on functional connectivity (FC) has shown great promise. Most literature has focused on prediction using static FC, but there are limited investigations on the merits of such analysis compared to prediction based on dynamic FC or region level functional magnetic resonance imaging (fMRI) times series that encode temporal variability. To account for the temporal dynamics in fMRI data, we propose a deep neural network involving bi-directional long short-term memory (bi-LSTM) approach that also incorporates feature selection mechanism. The proposed pipeline is implemented via an efficient GPU computation framework and applied to predict intelligence scores based on region level fMRI time series as well as dynamic FC. We compare the prediction performance for different intelligence measures based on static FC, dynamic FC, and region level time series acquired from the Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) study involving close to 7000 individuals. Our detailed analysis illustrates that static FC consistently has inferior prediction performance compared to region level time series or dynamic FC for unimodal rest and task fMRI experiments, and in almost all cases using a combination of task and rest features. In addition, the proposed bi-LSTM pipeline based on region level time series identifies several shared and differential important brain regions across task and rest fMRI experiments that drive intelligence prediction. A test-retest analysis of the selected features shows strong reliability across cross-validation folds. Given the large sample size from ABCD study, our results provide strong evidence that superior prediction of intelligence can be achieved by accounting for temporal variations in fMRI.

基于电动机图像（MI）的脑电脑界面（BCIS）允许通过解码神经生理现象来控制几种应用，这些现象通常通过使用非侵入性技术被脑电图（EEG）记录。尽管在基于MI的BCI的进展方面很大，但脑电图有特定于受试者和各种变化随时间。这些问题指出了提高分类绩效的重大挑战，特别是在独立的方式。为了克服这些挑战，我们提出了Min2Net，这是一个新的端到端多任务学习来解决这项任务。我们将深度度量学习集成到多任务AutoEncoder中，以从脑电图中学习紧凑且识别的潜在表示，并同时执行分类。这种方法降低了预处理的复杂性，导致EEG分类的显着性能改善。实验结果以本语独立的方式表明，MIN2Net优于最先进的技术，在SMR-BCI和OpenBMI数据集中分别实现了6.72％的F1分数提高，以及2.23％。我们证明MIN2NET在潜在代表中提高了歧视信息。本研究表明使用此模型的可能性和实用性为新用户开发基于MI的BCI应用，而无需校准。

类似于心血管和肌肉骨骼系统的熟练程度的差异如何预测个人的运动能力，同一大脑区域如何编码个人的差异可以解释他们的行为。然而，在研究大脑如何编码信息时，研究人员选择不同的神经影像任务（例如，语言或电机任务），其可以依赖于处理不同类型的信息并且可以调制不同的脑区。我们假设信息如何在大脑中编码信息的个人差异是特定于任务的，并预测不同的行为措施。我们提出了一种使用编码模型的框架，以识别大脑编码和测试中的单个差异，如果这些差异可以预测行为。我们使用任务功能磁共振成像数据评估我们的框架。我们的结果表明，编码模型显示的个体差异是预测行为的强大工具，并且研究人员应优化他们对其感兴趣行为的任务和编码模型的选择。

背景：虽然卷积神经网络（CNN）实现了检测基于磁共振成像（MRI）扫描的阿尔茨海默病（AD）痴呆的高诊断准确性，但它们尚未应用于临床常规。这是一个重要原因是缺乏模型可理解性。最近开发的用于导出CNN相关性图的可视化方法可能有助于填补这种差距。我们调查了具有更高准确性的模型还依赖于先前知识预定义的判别脑区域。方法：我们培训了CNN，用于检测痴呆症和Amnestic认知障碍（MCI）患者的N = 663 T1加权MRI扫描的AD，并通过交叉验证和三个独立样本验证模型的准确性= 1655例。我们评估了相关评分和海马体积的关联，以验证这种方法的临床效用。为了提高模型可理解性，我们实现了3D CNN相关性图的交互式可视化。结果：跨三个独立数据集，组分离表现出广告痴呆症与控制的高精度（AUC $ \ GEQUQ $ 0.92）和MCI与控制的中等精度（AUC $ \约0.75美元）。相关性图表明海马萎缩被认为是广告检测的最具信息性因素，其其他皮质和皮质区域中的萎缩额外贡献。海马内的相关评分与海马体积高度相关（Pearson的r $ \大约$ -0.86，p <0.001）。结论：相关性地图突出了我们假设先验的地区的萎缩。这加强了CNN模型的可理解性，这些模型基于扫描和诊断标签以纯粹的数据驱动方式培训。

在大脑中找到适当的动态活动的适当表示对于许多下游应用至关重要。由于其高度动态的性质，暂时平均fMRI（功能磁共振成像）只能提供狭窄的脑活动视图。以前的作品缺乏学习和解释大脑体系结构中潜在动态的能力。本文构建了一个有效的图形神经网络模型，该模型均包含了从DWI（扩散加权成像）获得的区域映射的fMRI序列和结构连接性作为输入。我们通过学习样品水平的自适应邻接矩阵并进行新型多分辨率内群平滑来发现潜在大脑动力学的良好表示。我们还将输入归因于具有集成梯度的输入，这使我们能够针对每个任务推断（1）高度涉及的大脑连接和子网络，（2）成像序列的时间键帧，这些成像序列表征了任务，以及（3）歧视单个主体的子网络。这种识别特征在异质任务和个人中表征信号状态的关键子网的能力对神经科学和其他科学领域至关重要。广泛的实验和消融研究表明，我们提出的方法在空间 - 周期性图信号建模中的优越性和效率，具有对脑动力学的深刻解释。

基于脑电图（EEG）的脑生物识别技术已被越来越多地用于个人鉴定。传统的机器学习技术以及现代的深度学习方法已采用有希望的结果。在本文中，我们提出了EEG-BBNET，这是一个混合网络，该网络将卷积神经网络（CNN）与图形卷积神经网络（GCNN）集成在一起。 CNN在自动特征提取方面的好处以及GCNN通过图形表示在EEG电极之间学习连通性的能力被共同利用。我们检查了各种连通性度量，即欧几里得距离，皮尔逊的相关系数，相锁定值，相位滞后指数和RHO索引。在由各种脑部计算机界面（BCI）任务组成的基准数据集上评估了所提出的方法的性能，并将其与其他最先进的方法进行了比较。我们发现，使用会议内数据的平均正确识别率最高99.26％，我们的模型在事件相关电位（ERP）任务中的所有基线都优于所有基准。具有Pearson相关性和RHO指数的EEG-BBNET提供了最佳的分类结果。此外，我们的模型使用会议间和任务数据显示出更大的适应性。我们还研究了我们提出的模型的实用性，该模型的电极数量较少。额叶区域上的电极放置似乎最合适，性能损失最少。

Mapping the connectome of the human brain using structural or functional connectivity has become one of the most pervasive paradigms for neuroimaging analysis. Recently, Graph Neural Networks (GNNs) motivated from geometric deep learning have attracted broad interest due to their established power for modeling complex networked data. Despite their superior performance in many fields, there has not yet been a systematic study of how to design effective GNNs for brain network analysis. To bridge this gap, we present BrainGB, a benchmark for brain network analysis with GNNs. BrainGB standardizes the process by (1) summarizing brain network construction pipelines for both functional and structural neuroimaging modalities and (2) modularizing the implementation of GNN designs. We conduct extensive experiments on datasets across cohorts and modalities and recommend a set of general recipes for effective GNN designs on brain networks. To support open and reproducible research on GNN-based brain network analysis, we host the BrainGB website at https://braingb.us with models, tutorials, examples, as well as an out-of-box Python package. We hope that this work will provide useful empirical evidence and offer insights for future research in this novel and promising direction.

许多领域的研究表明，转移学习（TL）非常适合提高具有少量样品的数据集中深度学习（DL）模型的性能。这种经验成功引发了对具有功能神经影像数据的认知解码分析的应用的兴趣。这里，我们系统地评估了从全脑功能磁共振成像（FMRI）数据的认知状态（例如，观看面部或房屋图像）的解码的TL。我们首先在大型公共FMRI数据集中预先列出两个DL架构，随后在独立实验任务和完全独立的数据集中评估其性能。预先训练的模型始终如一地达到更高的解码精度，并且通常需要较少的训练时间和数据，而不是模型变形，这些模型变体没有预先接受培训，明确强调预制培训的好处。我们证明，这些益处是由于预先训练的模型在使用新数据培训时重用了许多学习功能的这些益处，从而深入了解导致预训练的好处的机制。然而，在解释预先训练模型的解码决策时，我们还通过DL模型对全脑认知解码进行了差别挑战，因为这些已经学会了在不可预见的情况下利用FMRI数据和识别单个认知状态的违反直觉方式。

诊断阿尔茨海默氏病（AD）涉及故意诊断过程，这是由于其先天性的不可逆性特征和微妙而逐渐发展。这些特征使AD生物标志物从结构性脑成像（例如结构MRI）扫描非常具有挑战性。此外，很有可能与正常衰老纠缠在一起。我们通过使用临床引导的原型学习，通过可解释的AD可能性图估计（XADLIME）提出了一种新颖的深度学习方法，用于在3D SMRIS上进行AD进展模型。具体而言，我们在潜在临床特征的簇上建立了一组拓扑感知的原型，发现了AD光谱歧管。然后，我们测量潜在临床特征和完善的原型之间的相似性，估计“伪”可能性图。通过将此伪图视为丰富的参考，我们采用估计网络来估算3D SMRI扫描的AD可能性图。此外，我们通过从两个角度揭示了可理解的概述：临床和形态学，促进了这种可能性图的解释性。在推断期间，这张估计的似然图可以替代看不见的SMRI扫描，以有效地执行下游任务，同时提供彻底的可解释状态。

The access to activity of subcortical structures offers unique opportunity for building intention dependent brain-computer interfaces, renders abundant options for exploring a broad range of cognitive phenomena in the realm of affective neuroscience including complex decision making processes and the eternal free-will dilemma and facilitates diagnostics of a range of neurological deceases. So far this was possible only using bulky, expensive and immobile fMRI equipment. Here we present an interpretable domain grounded solution to recover the activity of several subcortical regions from the multichannel EEG data and demonstrate up to 60% correlation between the actual subcortical blood oxygenation level dependent sBOLD signal and its EEG-derived twin. Then, using the novel and theoretically justified weight interpretation methodology we recover individual spatial and time-frequency patterns of scalp EEG predictive of the hemodynamic signal in the subcortical nuclei. The described results not only pave the road towards wearable subcortical activity scanners but also showcase an automatic knowledge discovery process facilitated by deep learning technology in combination with an interpretable domain constrained architecture and the appropriate downstream task.

功能磁共振成像（fMRI）的功能连通性网络（FCN）数据越来越多地用于诊断脑疾病。然而，最新的研究用来使用单个脑部分析地图集以一定的空间尺度构建FCN，该空间尺度很大程度上忽略了层次范围内不同空间尺度的功能相互作用。在这项研究中，我们提出了一个新型框架，以对脑部疾病诊断进行多尺度FCN分析。我们首先使用一组定义明确的多尺地图像来计算多尺度FCN。然后，我们利用多尺度地图集中各个区域之间具有生物学意义的大脑分层关系，以跨多个空间尺度进行淋巴结池，即“ Atlas指导的池”。因此，我们提出了一个基于多尺度的层次图形卷积网络（MAHGCN），该网络（MAHGCN）建立在图形卷积和ATLAS引导的池上，以全面地从多尺度FCN中详细提取诊断信息。关于1792名受试者的神经影像数据的实验证明了我们提出的方法在诊断阿尔茨海默氏病（AD），AD的前驱阶段（即轻度认知障碍[MCI]）以及自闭症谱系障碍（ASD），，AD的前瞻性阶段（即，轻度认知障碍[MCI]），，精度分别为88.9％，78.6％和72.7％。所有结果都显示出我们提出的方法比其他竞争方法具有显着优势。这项研究不仅证明了使用深度学习增强的静止状态fMRI诊断的可行性，而且还强调，值得探索多尺度脑层次结构中的功能相互作用，并将其整合到深度学习网络体系结构中，以更好地理解有关的神经病理学。脑疾病。

衡量心理工作量的主要原因是量化执行任务以预测人类绩效的认知成本。不幸的是，一种评估具有一般适用性的心理工作量的方法。这项研究提出了一种新型的自我监督方法，用于从脑电图数据中使用深度学习和持续的大脑率，即认知激活的指标，而无需人类声明性知识，从而从脑电图数据进行了精神负荷建模。该方法是可培训的卷积复发性神经网络，该神经网络可通过空间保留脑电图数据的光谱地形图训练，以适合大脑速率变量。发现证明了卷积层从脑电图数据中学习有意义的高级表示的能力，因为受试者内模型的测试平均绝对百分比误差平均为11％。尽管确实提高了其准确性，但增加了用于处理高级表示序列的长期期内存储层并不重要。发现指出，认知激活的高级高水平表示存在准稳定的块，因为它们可以通过卷积诱导，并且似乎随着时间的流逝而彼此依赖，从而直观地与大脑反应的非平稳性质相匹配。跨主体模型，从越来越多的参与者的数据诱导，因此包含更多的可变性，获得了与受试者内模型相似的精度。这突出了人们在人们之间诱发的高级表示的潜在普遍性，这表明存在非依赖于受试者的认知激活模式。这项研究通过为学者提供一种用于心理工作负载建模的新型计算方法来促进知识的体系，该方法旨在通常适用，不依赖于支持可复制性和可复制性的临时人工制作的模型。

脑电图（EEG）解码旨在识别基于非侵入性测量的脑活动的神经处理的感知，语义和认知含量。当应用于在静态，受控的实验室环境中获取的数据时，传统的EEG解码方法取得了适度的成功。然而，开放世界的环境是一个更现实的环境，在影响EEG录音的情况下，可以意外地出现，显着削弱了现有方法的鲁棒性。近年来，由于其在特征提取的卓越容量，深入学习（DL）被出现为潜在的解决方案。它克服了使用浅架构提取的“手工制作”功能或功能的限制，但通常需要大量的昂贵，专业标记的数据 - 并不总是可获得的。结合具有域特定知识的DL可能允许开发即使具有小样本数据，也可以开发用于解码大脑活动的鲁棒方法。虽然已经提出了各种DL方法来解决EEG解码中的一些挑战，但目前缺乏系统的教程概述，特别是对于开放世界应用程序。因此，本文为开放世界EEG解码提供了对DL方法的全面调查，并确定了有前途的研究方向，以激发现实世界应用中的脑电图解码的未来研究。

苏黎世认知语言处理语料库（Zuco）提供了来自两种读取范例，正常读取和特定任务读数的眼跟踪和脑电图信号。我们分析了机器学习方法是否能够使用眼睛跟踪和EEG功能对这两个任务进行分类。我们使用聚合的句子级别功能以及细粒度的单词级别来实现模型。我们在主题内和交叉对象评估方案中测试模型。所有模型都在Zuco 1.0和Zuco 2.0数据子集上进行测试，其特征在于不同的记录程序，因此允许不同的概括水平。最后，我们提供了一系列的控制实验，以更详细地分析结果。

While the brain connectivity network can inform the understanding and diagnosis of developmental dyslexia, its cause-effect relationships have not yet enough been examined. Employing electroencephalography signals and band-limited white noise stimulus at 4.8 Hz (prosodic-syllabic frequency), we measure the phase Granger causalities among channels to identify differences between dyslexic learners and controls, thereby proposing a method to calculate directional connectivity. As causal relationships run in both directions, we explore three scenarios, namely channels' activity as sources, as sinks, and in total. Our proposed method can be used for both classification and exploratory analysis. In all scenarios, we find confirmation of the established right-lateralized Theta sampling network anomaly, in line with the temporal sampling framework's assumption of oscillatory differences in the Theta and Gamma bands. Further, we show that this anomaly primarily occurs in the causal relationships of channels acting as sinks, where it is significantly more pronounced than when only total activity is observed. In the sink scenario, our classifier obtains 0.84 and 0.88 accuracy and 0.87 and 0.93 AUC for the Theta and Gamma bands, respectively.

从磁共振成像（MRI）数据（称为颅骨条状）中去除非脑信号是许多神经图像分析流的组成部分。尽管它们很丰富，但通常是针对具有特定采集特性的图像量身定制的，即近乎各向异性的分辨率和T1加权（T1W）MRI对比度，这些分辨率在研究环境中很普遍。结果，现有的工具倾向于适应其他图像类型，例如在诊所常见的快速旋转回声（FSE）MRI中获得的厚切片。尽管近年来基于学习的大脑提取方法已获得吸引力，但这些方法面临着类似的负担，因为它们仅对训练过程中看到的图像类型有效。为了在成像协议的景观中实现强大的颅骨缠身，我们引入了Synthstrip，这是一种快速，基于学习的脑萃取工具。通过利用解剖学分割来生成具有解剖学，强度分布和远远超过现实医学图像范围的完全合成训练数据集，Synthstrip学会了成功推广到各种真实获得的大脑图像，从而消除了使用训练数据的需求目标对比。我们证明了合成条的功效对受试者人群的各种图像采集和决议的功效，从新生儿到成人。我们显示出与流行的颅骨基线的准确性的实质性提高 - 所有这些基线都采用单个训练有素的模型。我们的方法和标记的评估数据可在https://w3id.org/synthstrip上获得。