論文の概要: WavesFM: Hierarchical Representation Learning for Longitudinal Wearable Sensor Waveforms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.09173v1
• Date: Sat, 09 May 2026 21:22:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-12 23:28:50.099819
• Title: WavesFM: Hierarchical Representation Learning for Longitudinal Wearable Sensor Waveforms
• Title（参考訳）: WavesFM: 縦型ウェアラブルセンサ波形の階層的表現学習
• Authors: Peng Cao, Zhijian Yang, Tennison Liu, Jonathan Wang, Jiang Wu, Magdalena Proszewska, Arvind Pillai, Mingwu Gao, Amir Farjadian, Lawrence Cai, Emily Blanchard, Daniel McDuff, Pramod Rudrapatna, Matthew Thompson, Anupam Pathak, Mark Malhotra, Shwetak Patel, Dina Katabi, Paolo Di Achille, Ming-Zher Poh,
• Abstract要約: 本稿では,2段階のSSLフレームワークを縦型生理データに適用した基礎モデルWavesFMを提案する。 具体的には、学習問題を2つの段階に分解する: まず、セグメントレベルのエンコーダを事前訓練して、短い波形から局所的な埋め込みを抽出する。 この階層的なアプローチは、高解像度の長いシーケンスデータの計算複雑性を克服し、局所的な信号意味論と複雑な概日変動と、生理力学を規定する日内変動の両方を全体モデルで捉えることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.599420483017227
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Wearable sensors enable the continuous acquisition of high-resolution physiological waveforms, such as photoplethysmography and accelerometry, under free-living conditions. However, inferring health-related phenotypes from these signals presents significant challenges due to high sampling frequencies, multimodal dependencies, and extreme sequence lengths (e.g., weeks of recordings), compounded by a scarcity of ground-truth labels. To address these challenges, existing self-supervised learning (SSL) methodologies typically follow two paradigms: (1) learning rich morphological representations from short waveform segments while collapsing longitudinal dynamics through simple aggregation, or (2) modeling behavioral patterns from coarse, hand-crafted features (e.g. heart rate, step counts) spanning longer horizons but foregoing subtle, predictive signatures in raw waveforms. To bridge this gap, we propose WavesFM, a foundation model utilizing a two-stage SSL framework for longitudinal physiological data. Specifically, we decompose the learning problem into two stages: first, a segment-level encoder is pretrained to extract local embeddings from short waveforms; subsequently, a temporal encoder is trained to model the sequence of these embeddings across a multi-day horizon. This hierarchical approach overcomes the computational complexity of high-resolution, long-sequence data, allowing the overall model to capture both local signal semantics and the complex circadian and inter-day variations governing physiological dynamics. Pretrained on over 6.8M hours (N=324k individuals) of recordings for the first stage and 5.3M hours (N=10k) for the second stage, WavesFM demonstrates superior performance across 58 diverse tasks spanning demographics, lifestyle, health conditions, and medications.
• Abstract（参考訳）: ウェアラブルセンサーは、光胸腺撮影や加速度計などの高分解能な生理波形を自由な条件下で連続的に取得することを可能にする。 しかし,これらの信号から健康関連表現型を推定することは,高サンプリング頻度,多モード依存性,極端配列の長さ(例えば,数週間の録音など)に起因して重要な課題を呈する。 これらの課題に対処するために、既存の自己監督学習(SSL)手法は、(1)単純な集約を通して縦方向のダイナミクスを崩壊させながら、短い波形セグメントから豊かな形態表現を学ぶこと、(2)より長い地平線にまたがる粗い手作りの特徴(例えば、心拍数、歩数)から振舞いパターンをモデル化すること、そして、生波形における微妙で予測的なシグネチャを予見することである。 このギャップを埋めるため、縦型生理データのための2段階SSLフレームワークであるWavesFMを提案する。 具体的には、学習問題を2つの段階に分解する: まず、セグメントレベルのエンコーダを事前訓練して、短い波形から局所的な埋め込みを抽出し、その後、時間的エンコーダを訓練して、これらの埋め込みのシーケンスを複数日の水平方向にモデル化する。 この階層的なアプローチは、高解像度の長いシーケンスデータの計算複雑性を克服し、局所的な信号意味論と複雑な概日変動と、生理力学を規定する日内変動の両方を全体モデルで捉えることができる。 1段目は6.8万時間(N=324k個体)、2段目は5.3万時間(N=10k個体)以上、ウェーブズFMは人口動態、生活習慣、健康状態、薬物などを含む58種類のタスクで優れたパフォーマンスを示す。

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