BrainOmni: Um Modelo de Fundação Cerebral para Sinais EEG e MEG Unificados

A eletroencefalografia (EEG) e a magnetoencefalografia (MEG) medem a atividade neural de forma não invasiva ao capturar campos eletromagnéticos gerados por correntes dendríticas. Embora estejam baseadas na mesma biofísica, EEG e MEG exibem padrões de sinal distintos, complicados ainda mais por variações nas configurações dos sensores entre modalidades e dispositivos de gravação. Abordagens existentes tipicamente dependem de modelos separados, específicos para modalidade e conjunto de dados, o que limita o desempenho e a escalabilidade entre domínios. Este artigo propõe o BrainOmni, o primeiro modelo de fundação cerebral que generaliza entre gravações heterogêneas de EEG e MEG. Para unificar fontes de dados diversas, introduzimos o BrainTokenizer, o primeiro tokenizador que quantiza a atividade cerebral espaço-temporal em representações discretas. O núcleo do BrainTokenizer é um novo Codificador de Sensor que codifica propriedades dos sensores como disposição espacial, orientação e tipo, permitindo compatibilidade entre dispositivos e modalidades. A partir das representações discretas, o BrainOmni aprende representações semânticas unificadas dos sinais cerebrais por meio de pré-treinamento auto-supervisionado. Até onde sabemos, é o primeiro modelo de fundação que suporta tanto sinais EEG quanto MEG, além de ser o primeiro a incorporar pré-treinamento MEG em larga escala. Um total de 1.997 horas de dados EEG e 656 horas de MEG foram selecionadas e padronizadas a partir de fontes públicas para pré-treinamento. Experimentos mostram que o BrainOmni supera tanto modelos de fundação existentes quanto modelos de tarefa específicos e estado-da-arte em diversas tarefas subsequentes. Também demonstra forte generalização para dispositivos EEG e MEG não vistos anteriormente. Análises adicionais revelam que o treinamento conjunto EEG-MEG (EMEG) gera melhorias consistentes em ambas as modalidades. Código e pontos de verificação do modelo serão disponibilizados após aceitação.