Interpretable functional specialization emerges in deep convolutional networks trained on brain signals
Identifikátory výsledku
Kód výsledku v IS VaVaI
<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00216208%3A11130%2F22%3A10443089" target="_blank" >RIV/00216208:11130/22:10443089 - isvavai.cz</a>
Nalezeny alternativní kódy
RIV/00064203:_____/22:10443089
Výsledek na webu
<a href="https://verso.is.cuni.cz/pub/verso.fpl?fname=obd_publikace_handle&handle=de24omQx6e" target="_blank" >https://verso.is.cuni.cz/pub/verso.fpl?fname=obd_publikace_handle&handle=de24omQx6e</a>
DOI - Digital Object Identifier
<a href="http://dx.doi.org/10.1088/1741-2552/ac6770" target="_blank" >10.1088/1741-2552/ac6770</a>
Alternativní jazyky
Jazyk výsledku
angličtina
Název v původním jazyce
Interpretable functional specialization emerges in deep convolutional networks trained on brain signals
Popis výsledku v původním jazyce
OBJECTIVE: Functional specialization is fundamental to neural information processing. Here, we study whether and how functional specialization emerges in artificial deep convolutional neural networks (CNNs) during a brain-computer interfacing (BCI) task. APPROACH: We trained CNNs to predict hand movement speed from intracranial EEG (iEEG) and delineated how units across the different CNN hidden layers learned to represent the iEEG signal. MAIN RESULTS: We show that distinct, functionally interpretable neural populations emerged as a result of the training process. While some units became sensitive to either iEEG amplitude or phase, others showed bimodal behavior with significant sensitivity to both features. Pruning of highly-sensitive units resulted in a steep drop of decoding accuracy not observed for pruning of less sensitive units, highlighting the functional relevance of the amplitude- and phase-specialized populations. SIGNIFICANCE: We anticipate that emergent functional specialization as uncovered here will become a key concept in research towards interpretable deep learning for neuroscience and BCI applications.
Název v anglickém jazyce
Interpretable functional specialization emerges in deep convolutional networks trained on brain signals
Popis výsledku anglicky
OBJECTIVE: Functional specialization is fundamental to neural information processing. Here, we study whether and how functional specialization emerges in artificial deep convolutional neural networks (CNNs) during a brain-computer interfacing (BCI) task. APPROACH: We trained CNNs to predict hand movement speed from intracranial EEG (iEEG) and delineated how units across the different CNN hidden layers learned to represent the iEEG signal. MAIN RESULTS: We show that distinct, functionally interpretable neural populations emerged as a result of the training process. While some units became sensitive to either iEEG amplitude or phase, others showed bimodal behavior with significant sensitivity to both features. Pruning of highly-sensitive units resulted in a steep drop of decoding accuracy not observed for pruning of less sensitive units, highlighting the functional relevance of the amplitude- and phase-specialized populations. SIGNIFICANCE: We anticipate that emergent functional specialization as uncovered here will become a key concept in research towards interpretable deep learning for neuroscience and BCI applications.
Klasifikace
Druh
J<sub>imp</sub> - Článek v periodiku v databázi Web of Science
CEP obor
—
OECD FORD obor
30103 - Neurosciences (including psychophysiology)
Návaznosti výsledku
Projekt
<a href="/cs/project/GA20-21339S" target="_blank" >GA20-21339S: Dynamika neuronálních sítí v průběhu řešení interně a externě zaměřených kognitivních úloh</a><br>
Návaznosti
P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)
Ostatní
Rok uplatnění
2022
Kód důvěrnosti údajů
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Údaje specifické pro druh výsledku
Název periodika
Journal of Neural Engineering [online]
ISSN
1741-2552
e-ISSN
—
Svazek periodika
19
Číslo periodika v rámci svazku
3
Stát vydavatele periodika
GB - Spojené království Velké Británie a Severního Irska
Počet stran výsledku
15
Strana od-do
036006
Kód UT WoS článku
000792469300001
EID výsledku v databázi Scopus
2-s2.0-85130000495