Brain decoding is a field of computational neuroscience that uses measurable brain activity to infer mental states or internal representations of perceptual inputs. Therefore, we propose a novel approach to brain decoding that also relies on semantic and contextual similarity. We employ an fMRI dataset of natural image vision and create a deep learning decoding pipeline inspired by the existence of both bottom-up and top-down processes in human vision. We train a linear brain-to-feature model to map fMRI activity features to visual stimuli features, assuming that the brain projects visual information onto a space that is homeomorphic to the latent space represented by the last convolutional layer of a pretrained convolutional neural network, which typically collects a variety of semantic features that summarize and highlight similarities and differences between concepts. These features are then categorized in the latent space using a nearest-neighbor strategy, and the results are used to condition a generative latent diffusion model to create novel images. From fMRI data only, we produce reconstructions of visual stimuli that match the original content very well on a semantic level, surpassing the state of the art in previous literature. We evaluate our work and obtain good results using a quantitative semantic metric (the Wu-Palmer similarity metric over the WordNet lexicon, which had an average value of 0.57) and perform a human evaluation experiment that resulted in correct evaluation, according to the multiplicity of human criteria in evaluating image similarity, in over 80% of the test set.


翻译:大脑解码是计算神经科学的一个领域,它使用可测量的大脑活动来推断心理状态或感知投入的内部表现。 因此, 我们提出一种新颖的大脑解码方法, 同时也依赖语义和背景相似性。 我们使用自然图像视觉的FMRI数据集, 并创建一个由人类视觉中存在自下而上和自上而下两种过程所启发的深层学习解码管道。 我们用直线大脑到功能模型来将FMRI活动特征映射为视觉刺激特征。 我们假设大脑将视觉信息投射到一个空间, 该空间是自定义的, 与一个由前训练的脉动神经网络的类似层所代表的潜在空间相近。 我们通常收集一系列精选的语义特征, 总结并突出各种概念之间的相似和差异。 这些特征然后用近邻和自上而下而下两种过程的视觉传播模型, 并且结果被用来设置一个可感知的潜影传播模型。 从FMRI数据到FML, 我们制作的视觉透视图像的图象性平面评估, 和图象学的原义评估, 我们的正正文的模型的模型测试, 级的模型的模型的模型的模型的模型的模型的原值评估结果。

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