論文の概要: Geodesic Optimization for Predictive Shift Adaptation on EEG data

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.03878v1
• Date: Thu, 4 Jul 2024 12:15:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-08 18:12:58.436399
• Title: Geodesic Optimization for Predictive Shift Adaptation on EEG data
• Title（参考訳）: 脳波データに基づく予測シフト適応のための測地的最適化
• Authors: Apolline Mellot, Antoine Collas, Sylvain Chevallier, Alexandre Gramfort, Denis A. Engemann,
• Abstract要約: ドメイン適応メソッドは、$X$と$y$で分散シフトが同時に発生したときに苦労する。 本稿では,GOPSA(Geodesic Optimization for Predictive Shift Adaptation)と呼ばれる新しい手法を提案する。 GOPSAは、脳波のバイオメディカル応用のための混合効果モデリングと機械学習を併用する可能性を持っている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 53.58711912565724
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Electroencephalography (EEG) data is often collected from diverse contexts involving different populations and EEG devices. This variability can induce distribution shifts in the data $X$ and in the biomedical variables of interest $y$, thus limiting the application of supervised machine learning (ML) algorithms. While domain adaptation (DA) methods have been developed to mitigate the impact of these shifts, such methods struggle when distribution shifts occur simultaneously in $X$ and $y$. As state-of-the-art ML models for EEG represent the data by spatial covariance matrices, which lie on the Riemannian manifold of Symmetric Positive Definite (SPD) matrices, it is appealing to study DA techniques operating on the SPD manifold. This paper proposes a novel method termed Geodesic Optimization for Predictive Shift Adaptation (GOPSA) to address test-time multi-source DA for situations in which source domains have distinct $y$ distributions. GOPSA exploits the geodesic structure of the Riemannian manifold to jointly learn a domain-specific re-centering operator representing site-specific intercepts and the regression model. We performed empirical benchmarks on the cross-site generalization of age-prediction models with resting-state EEG data from a large multi-national dataset (HarMNqEEG), which included $14$ recording sites and more than $1500$ human participants. Compared to state-of-the-art methods, our results showed that GOPSA achieved significantly higher performance on three regression metrics ($R^2$, MAE, and Spearman's $\rho$) for several source-target site combinations, highlighting its effectiveness in tackling multi-source DA with predictive shifts in EEG data analysis. Our method has the potential to combine the advantages of mixed-effects modeling with machine learning for biomedical applications of EEG, such as multicenter clinical trials.
• Abstract（参考訳）: 脳波(EEG)データは、様々な個体群と脳波装置を含む様々な状況から収集されることが多い。 この可変性は、データである$X$と、興味を持つ$y$の生物医学変数における分布シフトを誘導し、教師付き機械学習(ML)アルゴリズムの適用を制限する。 ドメイン適応(DA)メソッドは、これらのシフトの影響を軽減するために開発されているが、そのようなメソッドは、分散シフトが同時に$X$と$y$で発生した場合に苦労する。 脳波の最先端MLモデルは空間共分散行列(Symmetric Positive Definite (SPD) 行列のリーマン多様体)で表されるデータを表すため、SPD多様体上で動くDA技術の研究は魅力的である。 本稿では、ソースドメインがそれぞれ$y$の分布を持つ状況に対して、テスト時マルチソースDAに対処するため、GOPSA(Geodesic Optimization for Predictive Shift Adaptation)と呼ばれる新しい手法を提案する。 GOPSAはリーマン多様体の測地構造を利用して、サイト固有のインターセプトと回帰モデルを表す領域固有の再中心作用素を共同で学習する。 我々は,大規模多国籍データセット(HarMNqEEG)から得られた静止状態脳波データを用いた年齢予測モデルのクロスサイト一般化に関する実証的ベンチマークを行った。 その結果,GOPSAは3つの回帰指標(R^2$, MAE, Spearman's $\rho$)に対して,複数のソース・ターゲットサイトの組み合わせに対して高い性能を達成し,脳波データ解析におけるマルチソースDA処理の有効性を強調した。 本手法は多施設臨床試験などの脳波バイオメディカル応用における混合効果モデリングと機械学習の利点を併用する可能性がある。

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