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ProtoEEG:EEGの視覚的デコーディングのための構造化されたプロトタイプアライメント

arXiv:2610.33065v1 発表タイプ:新規 要旨:頭皮上の記録はノイズが多く、空間的に粗く、試行間および被験者間で変動するため、EEGによる視覚デコーディングは依然として困難である。多くのシステムでは、各試行を高密度な画像埋め込みに位置合わせしているが、その埋め込みには意味的コンテンツと、インスタンス固有のテクスチャ・姿勢・背景が混在している。このような手法では、EEGには存在しない詳細情報を必要とする場合があり、予測を支える視覚的要因について明示的な説明も提供されない。そこで私たちは、共有可能な学習可能な視覚コードブック上でのソフトな合成としてEEG–画像の位置合わせを再定式化する、プロトタイプ媒介型フレームワークである\textbf{ProtoEEG}を提案する。学習可能なEEGエンコーダーと固定された視覚教師が、同一の$K=64$個のプロトタイプに対する割り当て分布を生成し、それらの重み付き再構成によって構造化された表現を形成する。

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Abstract:EEG visual decoding remains difficult because scalp recordings are noisy, spatially coarse, and variable across trials and subjects. Most systems align each trial with a dense image embedding, although that embedding mixes semantic content with instance-specific texture, pose, and background. This target can demand details absent from EEG and provides no explicit account of the visual factors supporting a prediction. We propose \textbf{ProtoEEG}, a prototype-mediated framework that reformulates EEG--image alignment as soft composition over a shared learnable visual codebook. A trainable EEG encoder and a frozen visual teacher produce assignment distributions over the same $K=64$ prototypes. Their weighted reconstructions form a structured representation for retrieval and image generation. Prototype contrast supplies the main cross-modal training signal, distribution alignment coordinates codebook use across modalities, an instance anchor preserves fine-grained discrimination, and diversity regularization prevents redundant prototypes. The shared assignment profile also makes the learned bottleneck directly testable through prototype retention, random selection, and identity shuffling. Across five seeds, ProtoEEG reaches 64.0\% Top-1 and 91.5\% Top-5 on THINGS-EEG2 200-way retrieval. After retraining on EEG-ImageNet, it obtains 44.8\% Top-1 and 73.8\% Top-5 in 80-way retrieval. ProtoEEG also ranks first on all seven reconstruction metrics. Removing prototype contrast lowers Top-1 by 56.9 percentage points, while shuffling prototype identities reduces it to 0.5\%. Prototype analyses further show distributed assignments and broad codebook use rather than one-prototype routing. These results support structured alignment targets as a practical alternative to increasing encoder or teacher capacity alone.

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