第三条路线 · 后续检验 · 解码器没训练过的 SSVEP 频率

解码器靠什么回答没训练过的 SSVEP 频率?

在第三条路线的 BETA 队列上,六项后续检验各检验一个想法——提问方式、分类头、刺激相位、匹配计算,以及对 CCA 的学习修正;第七项把这个修正原样用于 Wearable-102。

测量所用数据集:Wearable SSVEP BCI dataset (dry and wet electrodes)

简答

在 BETA 的留出频率上,时域 CCA 加一个小的学习修正达到 86.15%,CCA 单独为 80.90%,两者都在 8 个频率中选择(+5.24 pp,+3.91 至 +6.62;70 名被试;pp 即百分点)。同一批模型原样用于 Wearable-102,相对 CCA 的变化为干电极 +0.07 pp(−0.71 至 +0.91)、湿电极 −0.61 pp(−1.48 至 +0.23)。读参考谱或刺激相位的学习型分类头远低于 CCA。

任务、队列与名称

这些后续检验怎样设置

这些后续检验回答的是一位读者在 Hugging Face 帖子下的评论中提出的问题。

各卡片报告的任务,以及每个任务的随机水平。
任务候选数随机水平卡片衡量什么
留出频率812.50%1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6在该轮换中训练解码器时留出的那些频率之间选择的准确率。
见过的频率(平衡)323.13%1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6在解码器训练过的频率之间选择的平衡准确率。
BETA 核心协议402.50%BETA,八个通道 · BETA,四个通道核心矩阵的任务,结果在各自的协议页面上。
Wearable-102128.33%7在 Wearable-102 的目标之间选择的准确率;干电极与湿电极头带分别评分。
用题号询问留出频率—无定义—题号只为训练中见过的频率而设,所以无法询问留出的频率。

卡片 1 至 6:BETA,70 名被试,11,200 个两秒时间窗,7 个被试折 × 5 个频率轮换(32 个见过、8 个留出);训练的分类头各用 3 个随机种子。这些后续检验沿用第三条路线已经研究过的队列。“没见过”指解码器中经过训练的部分没有见过。

本页使用的名称,以及数据文件中对应的代码。
本页名称导出代码卡片
题号ID1 · 2 · 4
数值编码NUM1 · 2 · 4
标签模板TPL1 · 2
参考谱REF1 · 2 · 3 · 4
带刺激相位的参考谱REFc-02 · 3
固定频谱匹配(无需训练)TEMPLATE1
普通频谱L01 · 2 · 3 · 4
复数频谱L0c2 · 3 · 4
冻结的 CBraMod 特征L11
FiLM 分类头FS1 · 2 · 3 · 4
匹配分类头MATCH2 · 4
CCA(无需训练)CCA · CCA-RAW1 · 2 · 4 · 5 · 6
Hann 窗 CCACCA-HANN-C · CCA-HANN-U5
裁剪谱匹配(无需训练)SUBSPACE-CROP · CCA-CROP同一组分数:卡片 5 的导出中为 SUBSPACE-CROP,卡片 6 的导出中为 CCA-CROP5 · 6
通道能量平均CHANNEL-JOINT · CHANNEL-HARMONIC5
共享岭回归打分器SHARED-RIDGE5
能量分类头ENERGY-FS6
适配分类头ADAPT-FS6
加学习修正的 CCARAW-RESIDUAL6 · 7
加学习修正的裁剪谱匹配CROP-RESIDUAL6
裁剪谱检查(Wearable-102)CCA-CROP卡片 7 的 Wearable-102 导出中的代码7

卡片 1 · 提问方式

用参考谱来提问

问题
用 CCA 自身参考信号的频谱来提问,分类头在没训练过的频率上会不会做得更好?
改变了什么
每个频率的问法:用参考谱代替数值编码或题号,由 FiLM 分类头在同样的特征与数据划分上读取。
匹配对照
同一种 FiLM 分类头:在留出频率上用数值编码提问,在见过的频率上用题号提问;CCA 与固定频谱匹配都不经训练,在同样的时间窗上评分。

结果

用 CCA 自身参考信号的频谱提问(频率本身及其二次与三次谐波上的正弦与余弦),分类头在没训练过的频率上达到 39.00%(36.07%–41.78%)。数值编码为 41.46%,CCA 为 80.90%。与数值编码配对相比,参考谱相差 −2.46 pp(−3.47 至 −1.52)。在见过频率的 32 类任务上,它的平衡准确率为 31.48%,题号为 32.06%:配对差为 −0.57 pp(−1.06 至 −0.05),在 ±2 pp 的界值内等效,同时也是一个低于零的小差值。

在冻结的 CBraMod 特征上,参考谱在没见过的频率上同样低于数值编码(−2.35 pp,−3.16 至 −1.57)。在见过的频率上,它落在界值之内,差值方向未定(+0.44 pp,−0.01 至 +0.92)。这种问法同时改变了谐波、查询的形状与大小以及分类头的大小,所以这一结果描述的是整套做法。

参考谱与各对照的比较:每种特征上四项预先设定的对比,单位为百分点。
对比任务角色差值,95% 区间解读
普通频谱 · 主要
参考谱 − 数值编码留出频率主要−2.46 pp−3.47 至 −1.52低于零;只看差异
参考谱 − 题号见过的频率(平衡)主要−0.57 pp−1.06 至 −0.05低于零;在 ±2 pp 内等效
参考谱 − CCA(无需训练)留出频率主要−41.90 pp−44.98 至 −38.80低于零;未达到相对 CCA 的非劣界值(−2 pp)
参考谱:留出 − m8留出频率对 m8主要−18.18 pp−19.64 至 −16.69低于零;代价不在零的 ±2 pp 以内
冻结的 CBraMod 特征 · 次要
参考谱 − 数值编码留出频率次要−2.35 pp−3.16 至 −1.57低于零;只看差异
参考谱 − 题号见过的频率(平衡)次要+0.44 pp−0.01 至 +0.92方向未定;在 ±2 pp 内等效
参考谱 − CCA(无需训练)留出频率次要−61.83 pp−65.45 至 −58.07低于零;未达到相对 CCA 的非劣界值(−2 pp)
参考谱:留出 − m8留出频率对 m8次要−27.50 pp−30.08 至 −24.93低于零;代价不在零的 ±2 pp 以内

95% 区间来自对被试与各折共享的种子编号所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007)。普通频谱上四项主要对比、冻结的 CBraMod 特征上四项次要对比,均未做多重比较校正。用同一参考做固定频谱匹配、不经训练,在没见过的频率上达到 28.84%。它的分数不随频率轮换而变,因此泛化代价按构造为零,CCA 也是如此。

卡片 1 的全部水平:留出、m8、代价、见过的频率,以及两项读出
各水平及其 95% 区间。标注“第三条路线”的行是第三条路线本身的运行结果,原样沿用。题号只为见过的频率而设,因此它的留出各格无定义。CCA 读取原始的多通道时间窗,保留了普通频谱舍弃的时序与相位,它是两种特征共同的对照。
实验组留出频率m8代价(留出 − m8)见过的频率(平衡)nn8u3
普通频谱 · FiLM 分类头 · 主要
参考谱39.00%36.07%–41.78%57.18%53.38%–60.95%−18.18 pp−19.64 至 −16.6931.48%28.28%–34.62%43.41%40.04%–46.58%19.61%18.53%–20.63%
数值编码取自第三条路线41.46%38.15%–44.68%53.76%49.87%–57.49%−12.30 pp−13.42 至 −11.1723.67%21.22%–26.09%40.96%37.65%–44.13%20.57%19.33%–21.78%
题号取自第三条路线无定义58.58%54.75%–62.33%无定义32.06%28.79%–35.19%44.32%40.84%–47.57%无定义
标签模板取自第三条路线28.69%26.95%–30.55%53.13%49.57%–56.66%−24.44 pp−26.44 至 −22.2626.10%23.49%–28.59%39.67%36.78%–42.47%19.33%18.23%–20.47%
冻结的 CBraMod 特征 · FiLM 分类头 · 次要
参考谱19.07%18.06%–20.22%46.57%43.37%–49.75%−27.50 pp−30.08 至 −24.9324.68%22.02%–27.43%19.40%18.35%–20.52%24.49%23.34%–25.69%
数值编码取自第三条路线21.42%20.16%–22.62%37.58%35.01%–40.17%−16.16 pp−17.88 至 −14.4713.86%12.52%–15.22%21.46%20.20%–22.67%11.42%10.74%–12.12%
题号取自第三条路线无定义46.08%43.04%–49.16%无定义24.24%21.61%–26.92%18.28%17.30%–19.30%无定义
标签模板取自第三条路线18.96%18.02%–19.88%43.23%40.20%–46.29%−24.27 pp−26.72 至 −21.8520.75%18.49%–23.09%20.12%18.98%–21.33%27.03%25.96%–28.05%
无需训练
CCA(无需训练)取自第三条路线80.90%76.59%–84.85%80.90%76.59%–84.85%0.00 pp按构造65.46%59.66%–71.08%66.66%61.33%–71.56%81.70%78.49%–84.57%
固定频谱匹配(无需训练)28.84%26.46%–31.49%28.84%26.46%–31.49%0.00 pp按构造12.85%11.18%–14.58%27.35%25.09%–29.93%31.99%29.84%–34.08%

局限:本轮没有运行匹配(双线性)分类头与仅含基频的参考谱;卡片 2 运行了这两项。

卡片 2 · 分类头、特征与提问方式

是分类头、频谱还是提问方式

问题
拖住分类头的是什么:分类头本身、它读取的频谱,还是频率的问法?在见过的频率上,普通的 softmax 会不会更好?
改变了什么
每项对比改变一个指明的部分:分类头(用匹配分类头代替 FiLM 分类头)、特征(用保留相位的复数频谱代替普通频谱)、问法(带刺激相位的参考谱,或去掉二次与三次谐波的参考谱),以及在另一次运行中的输出(不带问题的 softmax,或用 softmax 损失训练第三条路线的分类头)。
匹配对照
未做这一改变的同一组,在相同的被试、折、轮换与种子上配对;卡片 1 的参考谱、数值编码与 CCA 作为水平列在一旁。

结果

在同样的频谱上,普通的 32 类 softmax 在见过频率上的平衡准确率为 35.90%(32.30%–39.32%)。每个问题一个输出的分类头,用同样的 softmax 损失训练,达到 31.45%;像第三条路线那样用一对其余方式训练,则为 32.16%。两者的配对差为 −0.71 pp(−1.01 至 −0.41):差值很小,低于零,并且在 ±2 pp 的界值之内。

在普通频谱上,用匹配分类头代替 FiLM 分类头,见过频率的平衡准确率在用参考谱提问时变化 −3.60 pp(−4.37 至 −2.73),用题号提问时变化 +2.54 pp(+1.74 至 +3.37);按协议,分类头的提升要在区间下限高于 +2 pp 时才算有意义,两项的下限都没有达到。用题号提问时,还保留了相位的复数频谱使 FiLM 分类头的见过频率平衡准确率变化 +18.03 pp(+14.13 至 +21.77),达到 50.08%;使匹配分类头变化 +21.53 pp(+17.25 至 +25.63),达到 56.14%。复数频谱还改变了维度、缩放与分类头的大小,所以这些数字描述的是整套特征做法。

在留出频率上,带有各目标刺激相位的问法使复数频谱上 FiLM 分类头的准确率相对幅度问法变化 +16.30 pp(+13.36 至 +19.32),达到 24.97%;匹配分类头变化 +15.95 pp(+13.38 至 +18.45),达到 22.47%。并列来看,两者都低于普通频谱上的参考谱(39.00%)、数值编码(41.46%)与 CCA(80.90%);匹配分类头与 CCA 的配对差为 −58.43 pp(−62.10 至 −54.83)。

刺激相位取自 BETA 作者的更正说明,换算为余弦约定、零潜伏期;各谐波幅度相等、第 h 次谐波的相位取刺激相位的 h 倍,属于建模假设。它们是屏幕上所显示刺激的相位,问法中不含任何在头皮上测得的相位。

从参考谱中去掉二次与三次谐波,普通频谱上 FiLM 分类头的留出准确率变化 −13.27 pp(−15.04 至 −11.45),降至 25.73%;见过频率的平衡准确率变化 −3.12 pp(−3.65 至 −2.57)。

每项对比改变一个指明的部分;差值单位为百分点。
对比任务角色差值,95% 区间解读
分类头 · 普通频谱
匹配分类头 − FiLM 分类头,用参考谱提问见过的频率(平衡)主要−3.60 pp−4.37 至 −2.73低于零;未达到有意义的分类头提升(下限高于 +2 pp)
匹配分类头 − FiLM 分类头,用题号提问见过的频率(平衡)主要+2.54 pp+1.74 至 +3.37高于零;未达到有意义的分类头提升(下限高于 +2 pp)
特征 · 复数频谱 − 普通频谱
FiLM 分类头,用参考谱提问见过的频率(平衡)主要+15.81 pp+11.91 至 +19.51高于零
FiLM 分类头,用题号提问见过的频率(平衡)主要+18.03 pp+14.13 至 +21.77高于零
匹配分类头,用参考谱提问见过的频率(平衡)主要+26.19 pp+21.85 至 +30.42高于零
匹配分类头,用题号提问见过的频率(平衡)主要+21.53 pp+17.25 至 +25.63高于零
问法 · 复数频谱
FiLM 分类头:带刺激相位的参考谱 − 参考谱留出频率主要+16.30 pp+13.36 至 +19.32高于零
匹配分类头:带刺激相位的参考谱 − 参考谱留出频率主要+15.95 pp+13.38 至 +18.45高于零
匹配分类头:带刺激相位的参考谱 − 数值编码留出频率主要+12.14 pp+9.36 至 +14.82高于零
用带刺激相位的参考谱提问的匹配分类头 − CCA(无需训练)留出频率主要−58.43 pp−62.10 至 −54.83低于零;未达到相对 CCA 的非劣界值(−2 pp)
问法 · 普通频谱
FiLM 分类头:仅含基频的参考谱 − 参考谱留出频率主要−13.27 pp−15.04 至 −11.45低于零
FiLM 分类头:仅含基频的参考谱 − 参考谱见过的频率(平衡)主要−3.12 pp−3.65 至 −2.57低于零
输出 · softmax 运行,普通频谱
每个问题一个输出:softmax 训练 − 一对其余训练见过的频率(平衡)主要−0.71 pp−1.01 至 −0.41低于零;在 ±2 pp 内等效
每个问题一个输出、softmax 训练 − 普通的 32 类 softmax见过的频率(平衡)次要−4.45 pp−5.12 至 −3.79低于零;未在 ±2 pp 内等效

95% 区间来自对被试与各折共享的种子编号所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007)。主运行中十二项预先设定的对比均为主要对比,softmax 运行中一项主要、一项次要,均未做多重比较校正。

卡片 2 的全部水平:留出、m8、代价、见过的频率,以及两项读出
各水平及其 95% 区间。标注“卡片 1”或“第三条路线”的行是那些运行的结果,原样沿用。题号与 softmax 只适用于见过的频率,因此它们的留出各格无定义。在复数频谱上,u3 还涉及刺激相位,因为相邻目标的相位不同。
实验组留出频率m8代价(留出 − m8)见过的频率(平衡)nn8u3
普通频谱 · FiLM 分类头
参考谱取自卡片 139.00%36.07%–41.78%57.18%53.38%–60.95%−18.18 pp−19.64 至 −16.6931.48%28.28%–34.62%43.41%40.04%–46.58%19.61%18.53%–20.63%
仅含基频的参考谱25.73%24.20%–27.24%54.47%50.84%–58.00%−28.74 pp−31.17 至 −26.1628.36%25.49%–31.13%41.67%38.48%–44.70%18.37%17.26%–19.47%
题号取自第三条路线无定义58.58%54.75%–62.33%无定义32.06%28.79%–35.19%44.32%40.84%–47.57%无定义
数值编码取自第三条路线41.46%38.15%–44.68%53.76%49.87%–57.49%−12.30 pp−13.42 至 −11.1723.67%21.22%–26.09%40.96%37.65%–44.13%20.57%19.33%–21.78%
标签模板取自第三条路线28.69%26.95%–30.55%53.13%49.57%–56.66%−24.44 pp−26.44 至 −22.2626.10%23.49%–28.59%39.67%36.78%–42.47%19.33%18.23%–20.47%
普通频谱 · 匹配分类头
参考谱33.40%31.10%–35.56%51.86%48.52%–55.13%−18.46 pp−20.22 至 −16.7127.88%25.04%–30.64%40.36%37.51%–43.27%25.20%24.27%–26.07%
题号无定义58.75%55.03%–62.37%无定义34.60%31.15%–37.91%46.10%42.76%–49.44%无定义
数值编码41.22%37.84%–44.45%53.98%50.22%–57.55%−12.76 pp−13.81 至 −11.7226.08%23.40%–28.82%40.99%37.77%–44.03%27.99%26.30%–29.52%
复数频谱 · FiLM 分类头
参考谱8.67%7.85%–9.61%65.56%61.57%–69.44%−56.89 pp−61.14 至 −52.5647.29%42.73%–51.92%8.56%7.66%–9.53%25.46%24.22%–26.73%
带刺激相位的参考谱24.97%22.60%–27.44%66.96%63.01%–70.83%−41.98 pp−45.04 至 −38.9349.24%44.54%–53.97%7.44%6.63%–8.26%69.66%65.97%–73.21%
题号无定义67.95%63.95%–71.82%无定义50.08%45.34%–54.78%7.40%6.58%–8.35%无定义
数值编码13.13%12.14%–14.17%50.71%47.16%–54.37%−37.57 pp−41.13 至 −33.9924.52%22.01%–27.12%13.41%12.44%–14.41%7.16%6.63%–7.79%
复数频谱 · 匹配分类头
参考谱6.52%5.76%–7.34%70.16%66.13%–74.16%−63.64 pp−68.11 至 −59.0654.07%49.11%–59.13%6.69%5.88%–7.54%23.99%23.12%–24.83%
带刺激相位的参考谱22.47%20.46%–24.45%70.00%65.87%–74.03%−47.53 pp−50.87 至 −44.2854.16%49.25%–59.24%6.75%5.93%–7.58%60.73%58.00%–63.39%
题号无定义71.50%67.56%–75.33%无定义56.14%51.31%–61.08%6.78%5.90%–7.69%无定义
数值编码10.33%9.39%–11.36%50.03%46.53%–53.66%−39.70 pp−43.47 至 −36.1225.22%22.72%–27.86%10.68%9.68%–11.79%10.76%9.85%–11.71%
普通频谱 · 不带问题,softmax 运行
普通的 32 类 softmax无定义——35.90%32.30%–39.32%——
每个问题一个输出,softmax 训练无定义——31.45%28.28%–34.49%——
每个问题一个输出,一对其余训练取自第三条路线无定义——32.16%28.93%–35.29%——
无需训练
CCA(无需训练)取自第三条路线80.90%76.59%–84.85%80.90%76.59%–84.85%0.00 pp按构造65.46%59.66%–71.08%66.66%61.33%–71.56%81.70%78.49%–84.57%

局限:每一组都是一套固定的做法。匹配分类头是一种双线性设计;softmax 运行则一次改变了整个训练目标,或同时改变了结构中的几个部分。这些对比比较的是这些做法本身;普通频谱究竟含有多少频率信息,仍是开放的问题。两次运行都是在已知第三条路线结果的情况下设计的。

卡片 3 · 刺激相位

带相位查询下的随机延迟

只在训练时,给每个时间窗的复数频谱加一个所有通道共用的随机延迟,延迟取自 0–125 ms,或取自 0 到训练标签频率的一个周期。分类头是复数频谱上的 FiLM 分类头,以带刺激相位的参考谱作查询,即带相位的查询(526,465 个参数,从零开始训练);查询和测试时间窗都不变。在留出频率上,0–125 ms 组达到 12.51%(11.93%–13.13%),一个周期组达到 13.13%(12.61%–13.68%)。同一分类头不加延迟时为 24.97%(22.60%–27.44%)。主要对比,0–125 ms 减去不加延迟:−12.46 pp(−14.84 至 −10.25)。见过频率上的平衡准确率从 49.24% 降到 15.70% 和 15.28%。

卡片 3 的四个组:准确率及其 95% 区间。
组分类头 · 特征 · 查询留出频率见过的频率(平衡)
0–125 ms 延迟COMMON-125MSFiLM 分类头 · 复数频谱 · 带刺激相位的参考谱12.51%11.93%–13.13%15.70%13.71%–17.88%
一个周期的延迟COMMON-ONE-PERIODFiLM 分类头 · 复数频谱 · 带刺激相位的参考谱13.13%12.61%–13.68%15.28%13.83%–16.69%
不加延迟(匹配对照)L0c-FS-REFc-0FiLM 分类头 · 复数频谱 · 带刺激相位的参考谱24.97%22.60%–27.44%49.24%44.54%–53.97%
普通频谱上的幅度参考谱分类头L0-FS-REFFiLM 分类头 · 普通频谱 · 参考谱39.00%36.07%–41.78%31.48%28.28%–34.62%

只有 0–125 ms 减去不加延迟这一项是主要对比,其余都是描述性对比。95% 区间来自对被试与训练种子所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007),以固定的被试折与三个种子为条件;五个固定的频率轮换先取平均。这 6 项对比都没有做多重比较校正。延迟是把已经加窗的系数乘以同一条相位斜坡,近似于起点的平移。一个周期的范围取决于训练标签的频率;0–125 ms 的范围不看标签,只在最低的刺激频率上恰好等于一个周期,所以各目标的相位分布不同。BETA 给每个目标分配各自的刺激相位,相邻频率之间按相同步长递增,所以延迟也去掉了与标签相关的信息。普通频谱上的幅度参考谱分类头(39.00%)在特征、查询和规模上都不同。全部 4 项随机标签检查都通过了(40 次拟合);仍不能排除借助依赖标签的延迟、只在训练中起作用的捷径。

全部 6 项配对对比
每项对比都是配对差,左项减去右项,单位为百分点。
对比任务比较角色估计值95% 区间
P1留出频率0–125 ms 延迟减去不加延迟主要−12.46 pp−14.84 至 −10.25
S1留出频率一个周期的延迟减去不加延迟描述性−11.85 pp−14.29 至 −9.51
S2留出频率一个周期的延迟减去普通频谱上的幅度参考谱分类头描述性−25.87 pp−28.64 至 −22.99
S3留出频率一个周期的延迟减去 0–125 ms 延迟描述性+0.62 pp−0.13 至 +1.40
S4见过的频率(平衡)0–125 ms 延迟减去不加延迟描述性−33.54 pp−37.84 至 −29.45
S5见过的频率(平衡)一个周期的延迟减去不加延迟描述性−33.97 pp−38.12 至 −29.88

卡片 4 · 刺激相位

幅度查询下的随机相位斜坡

只在训练时,给每个时间窗的复数频谱加一个最长一个刺激周期的随机延迟,以同一条相位斜坡作用于所有通道。查询和测试时间窗都不变。以幅度参考谱作查询时,FiLM 分类头在留出频率上达到 30.56%(27.81%–33.22%)。与普通频谱上同一分类头、同一查询相比,变化为 −8.45 pp(主要对比;−10.14 至 −6.69);与不加斜坡的复数频谱上同一分类头、同一查询相比(后者为 8.67%),变化为 +21.88 pp(次要对比;+18.78 至 +25.00)。见过频率上的平衡准确率从 47.29% 降到 15.03%。匹配分类头在两项任务上最终都落在随机水平。同一留出任务上,CCA 达到 80.90%。讨论串中的赌注是留出频率准确率会超过 39%;FiLM 分类头以幅度参考谱作查询达到 30.56%,以数值编码作查询为 28.10%。

卡片 4 的各组:准确率及其 95% 区间。短横表示没有定义的分数:题号无法询问留出的频率。
分类头 · 查询留出频率m8(匹配对照)见过的频率(平衡)
复数频谱,训练时加相位斜坡
FiLM 分类头 · 参考谱FS-REF30.56%27.81%–33.22%42.86%39.29%–46.25%15.03%13.50%–16.51%
FiLM 分类头 · 数值编码FS-NUM28.10%25.48%–30.58%35.35%32.14%–38.39%10.92%9.72%–12.11%
FiLM 分类头 · 题号FS-ID—14.03%13.62%–14.47%3.70%3.49%–3.90%
匹配分类头 · 参考谱MATCH-REF12.93%12.31%–13.51%12.33%11.98%–12.65%3.13%2.95%–3.30%
匹配分类头 · 数值编码MATCH-NUM12.42%11.87%–12.99%12.37%11.92%–12.83%3.03%2.81%–3.22%
匹配分类头 · 题号MATCH-ID—12.01%11.38%–12.65%3.15%2.89%–3.42%
复数频谱,不加斜坡(匹配对照)
FiLM 分类头 · 参考谱L0c-FS-REF8.67%7.85%–9.61%65.56%61.57%–69.44%47.29%42.73%–51.92%
FiLM 分类头 · 数值编码L0c-FS-NUM13.13%12.14%–14.17%50.71%47.16%–54.37%24.52%22.01%–27.12%
FiLM 分类头 · 题号L0c-FS-ID—67.95%63.95%–71.82%50.08%45.34%–54.78%
匹配分类头 · 参考谱L0c-MATCH-REF6.52%5.76%–7.34%70.16%66.13%–74.16%54.07%49.11%–59.13%
匹配分类头 · 数值编码L0c-MATCH-NUM10.33%9.39%–11.36%50.03%46.53%–53.66%25.22%22.72%–27.86%
匹配分类头 · 题号L0c-MATCH-ID—71.50%67.56%–75.33%56.14%51.31%–61.08%
普通频谱,不加斜坡
FiLM 分类头 · 参考谱L0-FS-REF39.00%36.07%–41.78%57.18%53.38%–60.95%31.48%28.28%–34.62%
FiLM 分类头 · 数值编码L0-FS-NUM41.46%38.15%–44.68%53.76%49.87%–57.49%23.67%21.22%–26.09%
无需训练
CCA(无需训练)CCA80.90%76.59%–84.85%80.90%76.59%–84.85%65.46%59.66%–71.08%

这 13 项对比中,六项为主要对比(P1–P6),七项为次要对比(S1–S7);都没有做多重比较校正。95% 区间来自对被试与训练种子所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007),以固定的被试折与三个种子为条件;五个固定的频率轮换先取平均。CCA 无需训练,只有单一的种子维度;它唯一的对比是 S7(−67.97 pp)。留出分数在 8 个候选中选择,见过频率的分数在 32 个候选中选择,两者是不同的任务;留出分数的匹配对照是 m8,以幅度参考谱作查询的 FiLM 分类头在 m8 上达到 42.86%。与普通频谱的对比(P1、P2、S3、S4)比较的除了斜坡,还有两种特征配方:复数频谱与普通频谱在归一化、维度和容量上都不同。延迟范围取决于每个时间窗的训练标签。FiLM 分类头与匹配分类头的初始分数不同,所以分类头之间的比较没有对齐初始化。BETA 给每个目标分配各自的刺激相位,所以相位本身携带真实的标签信息。相位斜坡作用于已经加窗的系数,保留幅度和通道间的相位,各谐波的相位一起转动,近似于一次时间平移。全部 10 项随机标签检查都通过了(120 次拟合);仍不能排除借助依赖标签的延迟、只在训练中起作用的捷径。

全部 13 项配对对比
每项对比都是配对差,单位为百分点:代码下方的单元(训练时加斜坡)减去“比较”一栏中的组;除非另行注明,两者的分类头与查询相同。不加斜坡指训练时不加相位斜坡的复数频谱;普通频谱不加斜坡。
对比任务比较角色估计值95% 区间
P1FiLM 分类头 · 参考谱留出频率加斜坡减去普通频谱主要−8.45 pp−10.14 至 −6.69
P2匹配分类头 · 参考谱留出频率加斜坡减去普通频谱(FiLM 分类头 · 参考谱)主要−26.07 pp−28.84 至 −23.19
P3FiLM 分类头 · 题号见过的频率(平衡)加斜坡减去不加斜坡主要−46.38 pp−51.06 至 −41.71
P4匹配分类头 · 题号见过的频率(平衡)加斜坡减去不加斜坡主要−52.98 pp−57.96 至 −48.11
P5FiLM 分类头 · 数值编码留出频率加斜坡减去不加斜坡主要+14.96 pp+12.10 至 +17.63
P6匹配分类头 · 数值编码留出频率加斜坡减去不加斜坡主要+2.09 pp+0.88 至 +3.29
S1FiLM 分类头 · 参考谱见过的频率(平衡)加斜坡减去不加斜坡次要−32.26 pp−36.12 至 −28.45
S2匹配分类头 · 参考谱见过的频率(平衡)加斜坡减去不加斜坡次要−50.94 pp−56.07 至 −45.96
S3FiLM 分类头 · 数值编码留出频率加斜坡减去普通频谱次要−13.37 pp−15.60 至 −11.30
S4匹配分类头 · 数值编码留出频率加斜坡减去普通频谱(FiLM 分类头 · 数值编码)次要−29.04 pp−32.22 至 −25.73
S5FiLM 分类头 · 参考谱留出频率加斜坡减去不加斜坡次要+21.88 pp+18.78 至 +25.00
S6匹配分类头 · 参考谱留出频率加斜坡减去不加斜坡次要+6.41 pp+5.40 至 +7.34
S7匹配分类头 · 参考谱留出频率加斜坡减去 CCA(无需训练)次要−67.97 pp−72.07 至 −63.76
描述性读出:泛化代价、nn8 与 u3
描述性读出及其 95% 区间,定义见“方法与局限”。短横表示没有定义的分数。
分类头 · 查询泛化代价nn8u3
复数频谱,训练时加相位斜坡
FiLM 分类头 · 参考谱FS-REF−12.30 pp−13.71 至 −10.9531.62%28.79%–34.41%25.09%24.07%–26.22%
FiLM 分类头 · 数值编码FS-NUM−7.25 pp−8.62 至 −5.9728.42%25.75%–30.96%14.37%13.62%–15.17%
FiLM 分类头 · 题号FS-ID—13.74%13.13%–14.36%—
匹配分类头 · 参考谱MATCH-REF+0.61 pp−0.11 至 +1.3213.05%12.49%–13.59%24.20%23.51%–24.92%
匹配分类头 · 数值编码MATCH-NUM+0.05 pp−0.64 至 +0.7312.50%11.93%–13.10%12.79%12.28%–13.29%
匹配分类头 · 题号MATCH-ID—13.46%12.76%–14.17%—
复数频谱,不加斜坡(匹配对照)
FiLM 分类头 · 参考谱L0c-FS-REF−56.89 pp−61.14 至 −52.568.56%7.66%–9.53%25.46%24.22%–26.73%
FiLM 分类头 · 数值编码L0c-FS-NUM−37.57 pp−41.13 至 −33.9913.41%12.44%–14.41%7.16%6.63%–7.79%
FiLM 分类头 · 题号L0c-FS-ID—7.40%6.58%–8.35%—
匹配分类头 · 参考谱L0c-MATCH-REF−63.64 pp−68.11 至 −59.066.69%5.88%–7.54%23.99%23.12%–24.83%
匹配分类头 · 数值编码L0c-MATCH-NUM−39.70 pp−43.47 至 −36.1210.68%9.68%–11.79%10.76%9.85%–11.71%
匹配分类头 · 题号L0c-MATCH-ID—6.78%5.90%–7.69%—
普通频谱,不加斜坡
FiLM 分类头 · 参考谱L0-FS-REF−18.18 pp−19.64 至 −16.6943.41%40.04%–46.58%19.61%18.53%–20.63%
FiLM 分类头 · 数值编码L0-FS-NUM−12.30 pp−13.42 至 −11.1740.96%37.65%–44.13%20.57%19.33%–21.78%
无需训练
CCA(无需训练)CCA0.00 pp66.66%61.33%–71.56%81.70%78.49%–84.57%

匹配分类头的泛化代价接近零,是因为它的留出分数和 m8 都落在随机水平。

卡片 5 · 匹配计算

CCA 的领先从哪里来

CCA 不经训练、直接读取原始时间窗。它领先于学习型分类头,靠的是这一计算中的哪些部分?

在相同的划分下,原始两秒时间窗上的 CCA 在留出频率上达到 80.90%(76.80%–85.13%,被试 bootstrap)。给时间窗加 Hann 窗后,它变化了 −7.95 pp(−9.07 至 −6.78),降至 72.96%。无需训练的裁剪谱匹配在留出频率上达到 73.20%(68.62%–78.13%),与 Hann 窗 CCA 相差 +0.24 pp(−0.12 至 +0.64)。它所用的复数谱坐标,正是此前的复数频谱分类头在拟合缩放之前读取的坐标;以带刺激相位的参考谱提问时,这些分类头在卡片 2 中分别为 24.97%(FiLM 分类头)和 22.47%(匹配分类头),这里只作对照引用,没有与它们做配对对比。该匹配不使用标签,为每个时间窗拟合通道权重与参考权重。

在参考信号张成的子空间内对每个通道的能量取平均,达到 55.21%(49.99%–60.90%)。在源被试上训练的单个岭回归打分器,以每个通道在 3 个谐波上各自的能量占比为输入,达到 57.45%(53.20%–62.14%):相对该平均为 +2.23 pp(+0.13 至 +4.37),相对 CCA 为 −23.46 pp(−26.64 至 −20.45)。在见过频率的 32 类任务上,它与同一平均相差 −0.82 pp(−2.86 至 +1.18)。

卡片 5(BETA):七个预先设定的对比,单位为百分点,均附 95% 区间。
对比留出频率,8 选 1见过的频率,32 类平衡说明
Hann 窗 CCA(中心化) − CCA(无需训练)−7.95 pp95% 区间 −9.07 至 −6.78−9.98 pp95% 区间 −11.10 至 −8.84—
Hann 窗 CCA:未中心化 − 中心化0.00 pp95% 区间 0.00 至 0.000.00 pp95% 区间 0.00 至 0.00定义不同,结果相同。
裁剪谱匹配(无需训练) − Hann 窗 CCA(未中心化)+0.24 pp95% 区间 −0.12 至 +0.64+0.19 pp95% 区间 −0.22 至 +0.64尚无定论:两项任务上的区间都跨过零。
裁剪谱匹配(无需训练) − 通道能量平均(联合参考子空间)+17.98 pp95% 区间 +14.94 至 +21.28+19.94 pp95% 区间 +17.06 至 +23.18这一领先捆绑了三项改变:跨通道混合、拟合参考系数、聚合方式。
通道能量平均:逐谐波子空间 − 联合参考子空间0.00 pp95% 区间 0.00 至 0.000.00 pp95% 区间 0.00 至 0.00定义不同,结果相同。
共享岭回归打分器 − 通道能量平均(逐谐波子空间)+2.23 pp95% 区间 +0.13 至 +4.37−0.82 pp95% 区间 −2.86 至 +1.18在留出频率上高于平均;在见过的频率上,区间跨过零。
共享岭回归打分器 − CCA(无需训练)−23.46 pp95% 区间 −26.64 至 −20.45−30.54 pp95% 区间 −34.76 至 −26.67—
各打分方法在两项任务上的结果
卡片 5(BETA):七种打分方法在留出频率与见过的频率上的准确率,附 95% 区间。
本页名称导出代码留出频率,8 选 1见过的频率,32 类平衡
CCA(无需训练)CCA-RAW80.90%95% 区间 76.80%–85.13%65.46%95% 区间 59.94%–71.40%
Hann 窗 CCA(中心化)无需训练CCA-HANN-C72.96%95% 区间 68.36%–77.86%55.48%95% 区间 50.01%–61.63%
Hann 窗 CCA(未中心化)无需训练CCA-HANN-U72.96%95% 区间 68.36%–77.86%55.48%95% 区间 50.01%–61.63%
裁剪谱匹配(无需训练)SUBSPACE-CROP73.20%95% 区间 68.62%–78.13%55.67%95% 区间 50.20%–61.78%
通道能量平均(联合参考子空间)无需训练CHANNEL-JOINT55.21%95% 区间 49.99%–60.90%35.74%95% 区间 30.77%–41.13%
通道能量平均(逐谐波子空间)无需训练CHANNEL-HARMONIC55.21%95% 区间 49.99%–60.90%35.74%95% 区间 30.77%–41.13%
共享岭回归打分器在源被试上拟合的岭回归SHARED-RIDGE57.45%95% 区间 53.20%–62.14%34.92%95% 区间 30.83%–39.20%

每种方法都获得全部 40 个候选频率;“留出”指不参与有监督的拟合。本研究包含 6 种无需训练的打分方法和 35 次岭回归拟合,每项任务上有七个预先设定的对比。95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015);未做多重比较校正。

在核对的 6 行上,裁剪后的坐标与此前分类头读取的输入一致;分类头拟合的缩放是可逆的,但会改变匹配所用的距离。核对方式:在全部 11,200 个时间窗上重建了 CCA,无需训练的打分方法抽查了 6 行,35 次岭回归拟合全部独立重新拟合。

卡片 6 · 对 CCA 的学习修正

在 CCA 之上学习修正

保留 CCA,只让学习的部分修正它的得分,留出频率上的准确率会提高吗?

保留时域 CCA,在其得分上加一个有界的学习修正,在留出频率上达到 86.15%(82.84%–89.35%),CCA 单独为 80.90%:+5.24 pp(+3.91 至 +6.62)。在见过频率的 32 类任务上,它达到 73.19%,CCA 为 65.46%(+7.73 pp,+6.10 至 +9.46)。这个修正只能重新排序 CCA 相关系数彼此相差在 0.2 以内的候选。在全部留出频率的判断中,它把 7.39% 由错改对,把 2.14% 由对改错。给能量分类头加入裁剪谱匹配的六个典型相关系数,即得到适配分类头,在留出频率上带来 +17.51 pp(+15.46 至 +19.70);这一增益捆绑了多项匹配运算。

候选频率仍为 CCA 提供正弦与余弦参考信号,也提供每个频率的数值编码。这里没有与滤波器组 CCA 和有监督的空间模板做比较。适配分类头与单独 CCA 的比较不是预先计划的对比,没有区间。每个训练组取三个固定训练种子的平均。每项任务上有六个预先设定的对比;95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015),以拟合好的模型与三个固定的训练种子为条件;未做多重比较校正。

全部六组、六个对比与判断的变化
卡片 6(BETA):六组在留出频率与见过的频率上的准确率,附 95% 区间。
本页名称导出代码留出频率,8 选 1见过的频率,32 类平衡
能量分类头在源被试与见过的频率上训练ENERGY-FS63.05%95% 区间 58.97%–67.50%43.34%95% 区间 39.09%–47.83%
适配分类头在源被试与见过的频率上训练ADAPT-FS80.56%95% 区间 76.98%–84.13%64.06%95% 区间 59.56%–68.85%
加学习修正的裁剪谱匹配在源被试与见过的频率上训练CROP-RESIDUAL79.24%95% 区间 75.24%–83.37%63.35%95% 区间 58.39%–68.72%
加学习修正的 CCA在源被试与见过的频率上训练RAW-RESIDUAL86.15%95% 区间 82.84%–89.35%73.19%95% 区间 68.48%–77.99%
裁剪谱匹配(无需训练)CCA-CROP73.20%95% 区间 68.62%–78.13%55.67%95% 区间 50.20%–61.78%
CCA(无需训练)CCA-RAW80.90%95% 区间 76.80%–85.13%65.46%95% 区间 59.94%–71.40%
卡片 6(BETA):六个预先设定的对比,单位为百分点,均附 95% 区间。
对比留出频率,8 选 1见过的频率,32 类平衡说明
适配分类头 − 能量分类头+17.51 pp95% 区间 +15.46 至 +19.70+20.72 pp95% 区间 +18.54 至 +23.01—
适配分类头 − 裁剪谱匹配(无需训练)+7.36 pp95% 区间 +5.33 至 +9.32+8.38 pp95% 区间 +5.91 至 +10.82—
加学习修正的裁剪谱匹配 − 适配分类头−1.32 pp95% 区间 −2.46 至 −0.23−0.71 pp95% 区间 −1.95 至 +0.54在留出频率上,加在裁剪谱匹配上的修正低于适配分类头。
加学习修正的裁剪谱匹配 − 裁剪谱匹配(无需训练)+6.04 pp95% 区间 +4.90 至 +7.17+7.67 pp95% 区间 +6.26 至 +9.13—
加学习修正的 CCA − CCA(无需训练)+5.24 pp95% 区间 +3.91 至 +6.62+7.73 pp95% 区间 +6.10 至 +9.46—
加学习修正的 CCA − 加学习修正的裁剪谱匹配+6.91 pp95% 区间 +5.60 至 +8.16+9.84 pp95% 区间 +8.60 至 +11.04两种修正的起点不同:一个是原始时间窗上的 CCA,一个是裁剪谱匹配。
卡片 6(BETA):修正如何改变 CCA 的判断,以占该任务全部判断的比例表示;先在三个种子上平均,再在五个轮换上平均,最后在 70 名被试上平均。
判断的变化留出频率,8 选 1见过的频率,32 类平衡统计的是什么
由错改对7.39%10.66%CCA 单独时选错了频率,加修正后判断正确。
由对改错2.14%2.93%CCA 单独时选对了频率,加修正后判断错误。
由错改为另一个错2.59%7.63%两次判断都错,但选的频率不同。
未变,正确78.76%62.53%两者都选对了频率。
未变,错误9.12%16.25%两者选了同一个错误频率。
共改变12.12%21.22%前三行之和。

CCA 中最大的两个相关系数相差超过 0.2 的判断,改变了 0 次;这样的预测实例在留出频率上有 11,403 个,在见过的频率上有 6,012 个(在 3 个种子与 5 个轮换上合计)。

卡片 7 · 第二个数据集

同一修正用于 Wearable-102

原样用于第二个数据集时,学习修正还会改变 CCA 的得分吗?

Wearable-102:102 名被试,12 个目标(9.25 至 14.75 Hz),每种电极 12,240 个两秒时间窗,干电极与湿电极头带,记录按原样存储;105 个未改动的 BETA 模型。数据集文档无法排除部分被试也出现在 BETA 中。

卡片 6 的 105 个模型(7 个被试折 × 5 个频率轮换 × 3 个种子)在 BETA 上训练,原样用于 Wearable-102。在相同的时间窗上,模型平均为干电极 65.45%、湿电极 81.04%,匹配 CCA 为 65.38% 和 81.65%。与匹配 CCA 配对比较,模型使干电极的得分变化 +0.07 pp(−0.71 至 +0.91),湿电极变化 −0.61 pp(−1.48 至 +0.23);两个区间都包含零,也没有设定等效界值。模型的得分是 CCA 加一个有界的学习项,因此相对匹配 CCA 的变化就是学习项带来的部分。

卡片 7:在 Wearable-102 的 12 个目标之间选择的准确率,按电极类型列出,附 95% 区间。
Wearable-102 电极类型加学习修正的 CCA匹配 CCA相对匹配 CCA 的变化裁剪谱检查(Wearable-102),仅作诊断
Wearable-102,干电极主要对比 · 12,240 个时间窗65.45%95% 区间 60.82%–70.08%65.38%95% 区间 60.73%–70.06%+0.07 pp95% 区间 −0.71 至 +0.9157.78%95% 区间 52.79%–62.89%
Wearable-102,湿电极主要对比 · 12,240 个时间窗81.04%95% 区间 77.14%–84.49%81.65%95% 区间 77.60%–85.14%−0.61 pp95% 区间 −1.48 至 +0.2373.01%95% 区间 68.46%–77.18%
Wearable-102,两种电极合并次要对比 · 24,480 个时间窗73.24%95% 区间 69.40%–76.88%73.51%95% 区间 69.71%–77.22%−0.27 pp95% 区间 −0.95 至 +0.4065.40%95% 区间 60.94%–69.69%

此处的匹配 CCA 与模型内部的 CCA 项相同,使用到三次谐波的正弦和余弦参考信号,干电极为 65.38%、湿电极为 81.65%;「干电极与湿电极」页面的 CCA 在相同窗口上使用到四次谐波的参考信号,为 65.47% 和 81.56%。

裁剪谱检查(Wearable-102)的干电极为 57.78%、湿电极为 73.01%;它只作为诊断列出。

局限:Wearable-102 存储的幅值单位没有文档说明,而修正项读取的是幅度谱,所以这些数字都基于原样存储的记录。它的时间窗从刺激开始后 0.14 s 起,BETA 的时间窗从刺激开始时起;硬件、参考电极、被试和频率网格也同时改变,因此无法分离出单一因素。两种方法都获得这 12 个候选频率。每名被试的准确率对 105 个模型分别计算,先在模型上平均,再在被试上平均;没有集成、重新拟合或模型挑选。这一任务基于另一批记录,与卡片 1 至 6 的 BETA 结果分开看待。

干电极与湿电极为两个主要对比,两种电极合并为次要对比。95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015),以固定的 105 个源模型为条件;未做多重比较校正。

卡片 8 · 进行中

互谱矩阵上的共享打分器

讨论串中的下一项:用一组共享的学习权重给每个候选频率在基频及两个谐波上的通道×通道矩阵打分,不设逐频率参数,即在互谱特征上固定的学习线性读出,并按规定做逐试次归一化或白化。设计已冻结,正在运行;结果经审核后加入本页。

方法与局限

方法与局限

定义

各卡片的区间

没有任何区间做多重比较校正。差值为配对差,在舍入前计算,因此印出的差值可能与印出水平之差在最后一位上不同。

两项工程说明

卡片 2 通过一个经过审查的兼容读取器,为此前的题号与数值编码运行评分,因为那些文件缺少列出其问题的字段。softmax 运行的冻结前检查改为对文件内容计算哈希。两项改动都没有涉及训练、预测或结果。

没有运行的部分

这里不发布的内容

署名、许可与知情同意

BETA

Bingchuan Liu et al. · BETA: A Large Benchmark Database Toward SSVEP-BCI Application (2020), doi:10.3389/fnins.2020.00627.

卡片 1 至 6,以及卡片 7 在 Wearable-102 上运行的模型的来源。

须署名。被试知情同意所描述的用途是非商业科学研究,这一使用边界比版权许可更窄;未成年被试须征得监护人同意。

只发布队列层面的聚合结果;不发布被试记录、EEG 信号或单个预测。

来源 ↗ · CC BY 4.0

BETA 作者的更正说明(Description.pdf)

带刺激相位的参考谱(卡片 2 与 3)所用的刺激相位,换算为余弦约定、零潜伏期。读自 Hugging Face 镜像 Bingchuan/BETA(固定版本 d4290c02…)。

Description.pdf ↗

CBraMod

卡片 1 中冻结的 CBraMod 特征(L1),即第三条路线所用的特征。不分发任何权重。

代码:MIT · 权重:Apache-2.0(官方模型卡)Code: MIT · Weights: Apache-2.0 (official model card)

CBraMod 的页面 · 代码 ↗

Wearable-102 · An Open Dataset for Wearable SSVEP-Based Brain-Computer Interfaces

Zhu, F., Jiang, L., Dong, G., Gao, X., & Wang, Y. (2021). An Open Dataset for Wearable SSVEP-Based Brain-Computer Interfaces. Sensors, 21(4), 1256. https://doi.org/10.3390/s21041256

Zhu, F., Jiang, L., Dong, G., Gao, X., & Wang, Y. (2021). An Open Dataset for Wearable SSVEP-Based Brain-Computer Interfaces (Version 4) [Data set]. Figshare. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.13560281.v4

论文描述的知情同意范围是非商业科学研究。The paper describes consent for noncommercial scientific research.

基于 2026-09-20 获取的清华 BCI 实验室作者官方镜像快照计算;该镜像本身没有单独的 DOI 或版本号。

数据集记录 ↗ · Readme ↗ · CC BY 4.0

以上均为 BCI Report 的衍生分析,只发布聚合结果,不再分发任何原始数据。

数据来源: new-ssvep-frequencies-update.json · schema bci-report-new-ssvep-frequencies-update-v1。

引用本页

BCI Report. 解码器靠什么回答没训练过的 SSVEP 频率?[EB/OL]. (2026-10-20). https://bci.report/zh/topics/new-ssvep-frequencies/

数字来自发布 new-ssvep-frequencies-update-20261020(2026-10-20)。也请同时引用上游数据集:署名就在本页。

每个发布版本都在 Zenodo 存档:doi:10.5281/zenodo.23123296。 本站及各次发布的 BibTeX → · CITATION.cff ↗(英文)