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面向基于 Transformer 的 EEG 基础模型的位置编码策略基准测试

Benchmarking Positional Encoding Strategies for Transformer-Based EEG Foundation Models

模型评测模型能力评测

摘要

脑电图(EEG)是脑机接口(BCI)应用中广泛使用的无创脑活动测量技术。有监督 EEG 解码模型往往难以在任务、被试与数据集之间泛化,这推动了基于 Transformer、以自监督学习训练的 EEG 基础模型的发展。由于 Transformer 具有置换不变性,它们需要显式的位置信息。与文本 token 不同,EEG 电极在头皮上呈空间分布,这就引出了一个问题上:在基于 Transformer 的 EEG 模型中应如何编码电极位置。在本研究中,我们在 CBraMod 主干内对五种位置编码策略进行基准测试,并在运动想象分类与情绪识别任务上、于线性探测(linear probing)与微调两种协议下进行评估。结果表明,没有任何一种策略能在所有任务上持续领先。球面位置编码(SPE)能为运动想象产生强表示,但在情绪识别上表现欠佳;而非对称条件位置编码(ACPE)则在各任务之间表现更为一致。这些发现表明,最优的位置编码策略取决于具体任务,在 EEG 解码场景中不存在通用方案。

面向基于 Transformer 的 EEG 基础模型的位置编码策略基准测试:论文配图
图 1:实验设置概述。 CBraMod 主干保留了其原始的变压器块,而位置编码模块则被正在研究的三个主要变体所取代:不对称条件 PE、球形 PE 和可学习 PE。此外,我们还使用投影模块扩展了 SPE,并包含无位置编码基线。