电极布局各不相同的颅内脑电也能跨患者查癫痫:MOSAIC 用自蒸馏稳住通道连接图
核心概要
颅内脑电的电极数量和位置因患者而异,固定拓扑的检测器在跨患者评估中难以泛化。MOSAIC 用共享卷积编码每个通道,再由单层通道注意力从编码特征推断加权通道邻接矩阵,不需要预设电极布局图;指数滑动平均自蒸馏把每个窗口的邻接拉向缓慢更新的患者级教师。在四个公开颅内脑电语料上,MOSAIC 在 SWEC-ETHZ 短期与长期语料上的 F2 均高于所列基线,短期比最强基线高 1.8 分,长期高 3.3 分。
深度剖析
跨患者检测癫痫时,模型要面对每个患者各不相同的电极数量和位置,MOSAIC 把通道间连接关系本身变成可推断的量,而不是沿用训练时固定的电极布局图。 此前的图神经网络检测器在训练时固定通道邻接,并假定部署时仍然成立;基于 Transformer 的方法改用自注意力绕开固定拓扑,但要付出全自注意力的二次计算与推理延迟。 在 SWEC-ETHZ 短期语料上,MOSAIC 的 F2 为 51.1,比表中最强基线高 1.8 分;在长期语料上 F2 为 50.6,比最强基线高 3.3 分,训练耗时 100 分钟,而多任务 Transformer 为 300 分钟。
每个通道先由同一个一维卷积编码器提取局部时序特征,通道注意力再据此算出逐窗口的加权邻接矩阵,图卷积在这张图上更新节点特征并汇总成窗口级判断。 邻接由单层共享自注意力给出,查询与键先做归一化再点积,并用可学习温度缩放后逐行 softmax,因此不需要任何固定的电极布局图。 在四个公开语料上评估:SWEC-ETHZ 短期与长期采用留一患者协议,Mayo 与 FNUSA 为单通道片段,采用分组留一协议,所有结果取 5 个随机种子的平均。
逐窗口推断的邻接会随信号非平稳而波动,自蒸馏项把每个窗口的邻接拉向该患者自身历史预测的滑动平均,从而只稳定结构、不引入外部监督。 去掉自蒸馏后,短期语料 F2 为 48.3,与均匀邻接对照的 48.8 相当,说明单独学习邻接并不带来增益;只有经过正则化的邻接才比均匀对照高 2.3 分。 在 SWEC-ETHZ 短期语料上,完整 MOSAIC 的 F2 为 51.1、宏 F1 为 64.1、准确率 73.1;去掉时序编码器后 F2 降至 31.2,是消融中降幅最大的一项。
启示与展望
评估限于四个公开颅内脑电语料:SWEC-ETHZ 短期与长期为多通道连续记录,Mayo 与 FNUSA 为单通道固定长度片段,后两者上通道注意力邻接退化为共享编码器。结果均为 5 个随机种子平均,跨患者协议为留一患者或分组留一。
自蒸馏教师只是模型自身预测的平滑副本,因此蒸馏损失只降低邻接的方差,无法纠正系统性偏差,例如持续集中在单一主导通道。作者把扩展蒸馏目标(如引入外部监督)与在头皮脑电上评估列为后续工作。
