Adaptive node feature extraction in graph-based neural networks for brain diseases diagnosis using self-supervised learning

计算机科学 脑电图 人工智能 模式识别(心理学) 特征提取 图形 节点(物理) 特征学习 人工神经网络 机器学习 心理学 神经科学 结构工程 理论计算机科学 工程类
作者
Youbing Zeng,Jiaying Lin,Zhuoshuo Li,Zehui Xiao,Chen Wang,Xinting Ge,Cheng Wang,Gui Chao Huang,Mengting Liu
出处
期刊:NeuroImage [Elsevier BV]
卷期号:297: 120750-120750 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.neuroimage.2024.120750
摘要

Electroencephalography (EEG) has demonstrated significant value in diagnosing brain diseases. In particular, brain networks have gained prominence as they offer additional valuable insights by establishing connections between EEG signal channels. While brain connections are typically delineated by channel signal similarity, there lacks a consistent and reliable strategy for ascertaining node characteristics. Conventional node features such as temporal and frequency domain properties of EEG signals prove inadequate for capturing the extensive EEG information. In our investigation, we introduce a novel adaptive method for extracting node features from EEG signals utilizing a distinctive task-induced self-supervised learning technique. By amalgamating these extracted node features with fundamental edge features constructed using Pearson correlation coefficients, we showed that the proposed approach can function as a plug-in module that can be integrated to many common GNN networks (e.g., GCN, GraphSAGE, GAT) as a replacement of node feature selections module. Comprehensive experiments are then conducted to demonstrate the consistently superior performance and high generality of the proposed method over other feature selection methods in various of brain disorder prediction tasks, such as depression, schizophrenia, and Parkinson's disease. Furthermore, compared to other node features, our approach unveils profound spatial patterns through graph pooling and structural learning, shedding light on pivotal brain regions influencing various brain disorder prediction based on derived features.
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