“Pre-train, prompt” Framework to Boost Graph Neural Networks Performance in EEG Analysis

计算机科学 脑电图 人工神经网络 图形 人工智能 语音识别 理论计算机科学 神经科学 心理学
作者
Can Cui,Hongyi Chen,Man-Sheng Chen,Jiahong Li,Zhaopeng Tong,Cong Fang,Changdong Wang,Yuexin Cai
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-15
标识
DOI:10.1109/jbhi.2025.3541058
摘要

Electroencephalography (EEG) is a vital noninvasive technique used in neuroscience research and clinical diagnosis. However, EEG data have a complex nonEuclidean structure and are often scarce, making training effective graph neural network (GNN) models difficult. We propose a "pre-train, prompt" framework in graph neural networks for EEG analysis, called GNN-based EEG Prompt Learning (GEPL). The framework first uses unsupervised contrastive learning to pre-train on a large-scale EEG dataset. It then transfers the generic EEG knowledge learned by the model to target EEG datasets through graph prompt learning, thereby enhancing the model's performance with a limited amount of EEG data from the target domain. We tested the framework on five EEG datasets, and the results showed that GEPL outperformed traditional fine-tuning methods in classification accuracy and area under the ROC curve (AUC). GEPL demonstrated improved generalization, robustness, and computational efficiency, thereby significantly reducing the overfitting risks associated with limited EEG data. Moreover, the model provided interpretable results, highlighting relevant brain regions during classification tasks. This research suggests that the "pre-train, prompt" paradigm is well-suited for EEG analysis and offers potential applications in other domains where data are limited.

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