論文の概要: Deep Jansen-Rit Parameter Inference for Model-Driven Analysis of Brain Activity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.05002v2
• Date: Tue, 18 Mar 2025 17:52:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-19 16:29:09.760266
• Title: Deep Jansen-Rit Parameter Inference for Model-Driven Analysis of Brain Activity
• Title（参考訳）: モデル駆動型脳活動解析のための深ジャンセン・ルートパラメータ推定法
• Authors: Deepa Tilwani, Christian O'Reilly,
• Abstract要約: 本研究では3つのディープラーニングアーキテクチャを用いて、シミュレーションされた脳波データから効率的な接続性(EC)パラメータを推定する。 シナプスゲインや時間定数などの重要な局所パラメータの信頼性を実証する。 本研究は, 学習可能なJR-NMMパラメータのサブセットを推定する深層学習手法の実現可能性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Accurately modeling effective connectivity (EC) is critical for understanding how the brain processes and integrates sensory information. Yet, it remains a formidable challenge due to complex neural dynamics and noisy measurements such as those obtained from the electroencephalogram (EEG). Model-driven EC infers local (within a brain region) and global (between brain regions) EC parameters by fitting a generative model of neural activity onto experimental data. This approach offers a promising route for various applications, including investigating neurodevelopmental disorders. However, current approaches fail to scale to whole-brain analyses and are highly noise-sensitive. In this work, we employ three deep-learning architectures--a transformer, a long short-term memory (LSTM) network, and a convolutional neural network and bidirectional LSTM (CNN-BiLSTM) network--for inverse modeling and compare their performance with simulation-based inference in estimating the Jansen-Rit neural mass model (JR-NMM) parameters from simulated EEG data under various noise conditions. We demonstrate a reliable estimation of key local parameters, such as synaptic gains and time constants. However, other parameters like local JR-NMM connectivity cannot be evaluated reliably from evoked-related potentials (ERP). We also conduct a sensitivity analysis to characterize the influence of JR-NMM parameters on ERP and evaluate their learnability. Our results show the feasibility of deep-learning approaches to estimate the subset of learnable JR-NMM parameters.
• Abstract（参考訳）: 効果的なコネクティビティ(EC)の正確なモデリングは、脳がどのように処理し、感覚情報を統合するかを理解するために重要である。 しかし、脳波(EEG)から得られるような複雑な神経力学やノイズ測定のため、これは恐ろしい課題である。 モデル駆動ECは、実験データに神経活動の生成モデルを適用することにより、局所(脳領域を含む)と大域(脳領域の間)のECパラメータを推論する。 このアプローチは、神経発達障害の調査を含む様々な応用に有望な経路を提供する。 しかし、現在のアプローチは全脳分析にスケールできず、非常にノイズに敏感である。 本研究では,3つのディープラーニングアーキテクチャ(トランスフォーマー,長短期メモリ(LSTM)ネットワーク,畳み込みニューラルネットワークと双方向LSTM(CNN-BiLSTM)ネットワーク)を逆モデリングに適用し,様々なノイズ条件下での脳波データからJansen-Ritニューラルマスモデル(JR-NMM)パラメータを推定するシミュレーションベース推論と比較する。 シナプスゲインや時間定数などの重要な局所パラメータの信頼性を実証する。 しかし、ローカルJR-NMM接続などの他のパラメータは、誘発電位(ERP)から確実に評価できない。 また、ERPに対するJR-NMMパラメータの影響を特徴付ける感度解析を行い、その学習性を評価する。 本研究は, 学習可能なJR-NMMパラメータのサブセットを推定する深層学習手法の実現可能性を示す。

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