EEG–fNIRS 多模态脑信号解码

硕士主研方向 · EEG–fNIRS 多模态解码(PCMAN 已发表 / PhysioSync 已接收)

我的硕士主研方向是 EEG–fNIRS 混合脑机接口的多模态解码:EEG 具有毫秒级时间分辨率但空间定位有限,fNIRS 空间分辨率更好但存在数秒的血流动力学延迟。二者互补,但直接融合常因电生理信号与血流动力学信号之间的时空异质性而失效。围绕这一问题,我作为第二作者(导师一作)参与两项工作:一篇已发表于 Applied Soft Computing(IF≈7.8),另一篇已被 IEEE Transactions on Affective Computing 接收(IF≈9.8,2026-08-19)。


工作一:PCMAN — 渐进式跨模态对齐网络(Applied Soft Computing 2026)

针对时空异质性,提出 渐进式跨模态对齐网络(PCMAN),通过三层渐进机制实现 EEG–fNIRS 的深度融合与对齐:

  • 物理对齐:时空相关动态融合框架(SDF),用滑动窗口捕捉血流动力学延迟,并以 fNIRS 驱动的空间注意力增强 EEG 特征。
  • 语义对齐:多维特征增强注意力网络(MDFEA),在保留低层线索的同时学习深层跨模态表示。
  • 任务对齐:跨模态自适应解码网络(CADN),基于前两层进行上下文感知融合与策略自适应。

在心算(MA)、词语生成(WG)、运动想象(MI)三类认知任务上分别取得 88.18% / 81.93% / 72.94% 的准确率,优于当时 SOTA 的混合 BCI 方法 (Gao et al., 2026)。

PCMAN 整体框架:物理对齐 → 语义对齐 → 任务对齐 的三层渐进式跨模态融合。
左:实验范式与 EEG/fNIRS 传感器布局;右:三类认知任务上的性能对比。

工作二:PhysioSync — 神经血管对齐与可靠性感知融合(IEEE T-AFFC · 已接收)

面向连续情绪回归(闭环情感脑机接口场景),提出 PhysioSync:在多模态融合之前,先做 HRF 式时间对齐与残差感知的可靠性控制。

  • DGamma-HRF-NVC:可学习双伽马核,将 EEG 驱动通过有限窗因果卷积映射到 fNIRS 时间轴,建模神经血管耦合(NVC)导致的、随被试与脑区变化的延迟。
  • 可靠性感知融合:将对齐残差转化为跨模态一致性线索,在融合时自适应地选取可靠的 fNIRS 证据、抑制局部不可靠成分。
  • 线性复杂度 Mamba 编码器:高效建模高采样率 EEG 的长程上下文。

在 REFED 被试内 3 折评估上,平均 MAE 相较最优融合基线降低 5.8%、相较仅用 EEG 降低 7.2%,并在 1–3 秒轨迹预测中呈现更低误差 (Gao et al., 2026)。

PhysioSync 总体框架:模态投影与 Mamba 编码 → HRF 式对齐(DGamma-HRF-NVC)→ 可靠性感知融合 → 双任务预测头。
HRF 式时间对齐:将 EEG 驱动映射到 fNIRS 血流动力学时间轴,并将对齐残差作为下游融合的可靠性线索。

相关论文详见 论文页面,可在线阅读摘要并下载 PDF。

References

2026

  1. ASOC
    pcman.png
    Progressive Cross-Modal Attention Network for Brain–Computer Interface Decoding Using EEG and Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS)
    Yunyuan Gao, Xiaoqi Luo, Zhengnan Zhang, and 2 more authors
    Applied Soft Computing. IF≈7.8 · JCR Q1 · 中科院计算机 2区 TOP. Second author (advisor Yunyuan Gao 高云园 first author). Framework: PCMAN. , Jun 2026
  2. Accepted
    physiosync.png
    Neurovascular Alignment and Reliability-Aware Fusion for Continuous EEG–fNIRS Emotion Regression
    Yunyuan Gao, Xiaoqi Luo, Zhengnan Zhang, and 3 more authors
    IEEE Transactions on Affective Computing. IF≈9.8 · JCR Q1 · 中科院计算机 1区 TOP · Accepted on 2026-08-19. Second author (advisor Yunyuan Gao 高云园 first author). Framework: PhysioSync. , 2026