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​万字综述 | 图神经网络在时间序列中的应用:预测、分类、填补和异常检测

时间序列是记录动态系统测量值的主要数据类型,由物理传感器和在线过程(虚拟传感器)大量生成。因此,时间序列分析对于揭示可用数据中隐含的信息财富至关重要。随着图神经网络(GNNs)的最新进展,基于GNN的时间序列分析方法大幅增加。这些方法可以明确地建模时序和变量间的关系,而传统的和其他基于深度神经网络的方法则难以做到。在这项调查中,我们对图神经网络在时间序列分析中的应用进行了全面回顾(GNN4TS),涵盖了四个基本维度:预测、分类、异常检测和填补。我们的目标是指导设计师和从业者了解、构建应用程序,并推进GNN4TS的研究。首先,我们提供了一个全面的面向任务的GNN4TS分类法。然后,我们介绍和讨论代表性研究成果,并介绍GNN4TS的主流应用。最后,我们全面讨论了潜在的未来研究方向。这项调查首次汇集了大量关于基于GNN的时间序列研究的知识,突出了图神经网络在时间序列分析中的基础、实际应用和机遇。

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Nature子刊综述:脑功能网络在神经退行性疾病患者评估中作用

网络分析工具越来越多地应用于静息代谢活动(PET)或血氧依赖信号(功能MRI)的脑成像,以表征导致脑部疾病的异常神经环路。这种方法对神经退行性疾病的研究特别有价值,因为神经退行性疾病的特征是病理沿着离散的神经通路扩散。疾病特异性脑网络的识别和验证有助于定量评估通路随时间和治疗过程中的变化。网络异常通常可以在症状出现之前识别出来,甚至可以在临床前期用于跟踪疾病进展。同样,治疗可调节网络活动,因此可能在临床试验中作为疗效的标志物。最后,通过同时测量个体患者扫描图像中多个疾病网络的活动水平,可以实现早期鉴别诊断。虽然这些技术最初是为PET开发的,但在过去几年中,类似的方法也被引入了功能MRI,这是一种更容易获得的非侵入性成像模式。这一进展预计将扩大网络工具在大规模和多样化患者人群中的应用。

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Brain:机器学习揭示精神分裂症两个不同的神经解剖亚型

精神分裂症的神经生物学异质性了解甚少,并混淆了当前的分析。我们在一个多机构多种族队列中研究了神经解剖亚型,使用新的半监督机器学习方法,旨在发现与疾病相关的模式,而不是正常的解剖变异。研究人员对307名确诊精神分裂症患者和364名健康对照者进行了结构MRI和临床测量分析。灰质、白质和脑脊液局部体积测量被用来识别独特的和可重复的精神分裂症神经解剖亚型。两种不同的神经解剖亚型被发现。亚型1表现出广泛更低的灰质体积,主要分布于下丘脑、伏隔核、内侧颞叶、内侧前额叶/额叶和岛叶皮质。亚型2显示基底神经节和内囊体积增加,其他脑体积正常。在亚型1中灰质体积与病程呈负相关(r = -0.201, P = 0.016),而在亚型2中则不相关(r = -0.045, P = 0.652),这可能暗示了不同的潜在神经病理过程。子类型没有年龄(t = -1.603, df = 305, P = 0.109),性别(df =1χ2 = 0.013,P = 0.910),疾病持续时间(t = -0.167, df = 277, P =0.868),抗精神病剂(t = -0.439, df = 210, P = 0.521),发病年龄(t = -1.355, df = 277, P = 0.177),阳性症状(t =0.249, df = 289, P = 0.803),阴性症状(t = 0.151, df = 289, P= 0.879)或抗精神病类型(卡方= 6.670,df =3, P = 0.083)差异。亚型 1的受教育程度低于亚型2(卡方= 6.389,df = 2, P = 0.041)。总之,我们发现了两种截然不同且高度可再生的神经解剖亚型。亚型1显示与病程相关的广泛体积减少,以及更差的发病前功能。亚型2除基底神经节和内囊较大外,解剖结构稳定正常,不能用抗精神病药剂量解释。这些亚型挑战了脑容量损失是精神分裂症的一个普遍特征的概念,并暗示了不同的病因。它们可以为丰富和分层临床试验和精确诊断提供策略。

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CVPR 2023 | 一块隔热片即可实现红外场景下的物理攻击,北航提出针对红外行人检测器的漏洞挖掘技术

机器之心专栏 机器之心编辑部 来自北航人工智能研究院的韦星星副教授团队设计出一种隐蔽性更强、物理实施更简单、速度更快的 “对抗红外补丁”,可用于针对红外模态的物理鲁棒性评估研究。 在计算机视觉领域,基于 DNN 的红外与可见光目标检测系统在诸多安全保障任务中得到广泛应用,而 DNN 易受对抗样本攻击的特性,天然给这些检测系统埋下了安全隐患,检测器的对抗鲁棒性也因此受到了学术界与工业界的共同关注,相关研究的发展势头强劲。 已有不少研究者针对可见光模态提出了物理鲁棒性评估技术,它们被设计在常见的物品上,有着精

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Nature:可重复的全脑关联研究需要数千人参与

磁共振成像(MRI)已经改变了我们对人类大脑的理解,通过对特定结构的能力(例如,损伤研究)和功能(例如,任务功能MRI (fMRI))的复制映射。心理健康研究和护理还没有从核磁共振成像中实现类似的进步。一个主要的挑战是复制大脑结构或功能的个体间差异与复杂的认知或心理健康表型之间的关联(全脑关联研究(BWAS))。这样的BWAS通常依赖于适合经典脑成像的样本量(中位神经成像研究样本量约为25),但对于捕捉可复制的脑行为表型关联可能太小了。在这里,我们使用了目前最大的三个神经成像数据集,总样本量约为50,000人,以量化BWAS效应大小和可重复性作为样本量的函数。BWAS的关联比之前认为的要小,导致了统计上的研究不足,效应大小和典型样本量的复制失败。随着样本量增加到数千个,复制率开始提高,效应大小信息减少。功能性MRI(对比结构)、认知测试(对比心理健康问卷)和多变量方法(对比单变量)检测到更强的BWAS效应。小于预期的脑表型关联和人群亚样本的变异性可以解释广泛的BWAS复制失败。与影响更大的非BWAS方法(例如,损伤、干预和个人)相比,BWAS的可重复性需要数千个人的样本。

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《重构》第三章 - 读后感(坏味道-“长类和长参数”)

溜达一圈,据说公司又有同事利用工作时间考取了某某研究生。不知不觉中又开始焦虑,人比人累死人。本人一天写点笔记,从根本上就是为了克服毕业之后那种发自内心的恐惧之感,我可不是那种麻木的人,但同样不是那种对自己恨的人。究其恐惧的本质,还是边界不清导致的,我们无法做到精通所有行业,所以我们的对比对象必然要限定于自己所在的行业,跨行业比对是没有任何意义的,在自己所在的行业中,寻找同等背景和水平的伙伴才是真正属于自己的真正赛道,至于行业中厉害的人往往就是我们学习的榜样。相比自己比较弱的人往往是我们群众基础。所以明晰自己的定位是很重要的,那是我们不骄不躁,保持良好心态的基础。在此基础上才可能发生真正的提升。但总归一句话:见贤思齐!

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基因对静息态脑功能网络的影响

用静息状态功能性磁共振成像测量的大脑静息状态网络(RSNs)的激活振幅是可遗传的,并且与基因相关,表明了多效性。最近的单变量全基因组关联研究(GWASs)探索了RSNs活性个体变异的遗传基础。然而,单变量基因组分析并不能描述RSNs的多变量特性。在这项研究中,研究者使用了一种新的多变量方法,称为基因组结构方程模型,来模拟捕RSNs共享基因组影响的潜在因素,并确定单核苷酸多态性(SNPs)和驱动这种多效性的基因。利用GWAS对英国生物银行报道的21个RSNs (N=31,688)的汇总统计,首先在一个发现样本(N=21,081)中进行基因组潜在因子分析,然后在同一个队列的独立样本(N=10,607)中进行测试。研究表明,RSNs的遗传组织可以由两个不同但相关的遗传因素最好地解释,它们划分了多模态关联网络和感觉网络。17个因素负荷中的11个在独立样本中重复。通过多元GWAS,研究者发现并复制了9个与RSNs联合结构相关的独立SNPs。此外,通过将发现的样本和复制的样本相结合,研究者发现了额外的SNP和与RSN幅值这两个因素相关的基因。研究认为,以多变量的方式模拟遗传对大脑功能的影响是了解更多涉及大脑功能的生物机制的有力途径。

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