Särdragsextrahering från MEG data med självövervakad inlärning : Undersökning av kontrastiv representationsinlärning för att hitta informativa representationer

Modern day society is vastly complex, with information and data constantly being posted, shared, and collected everywhere. There is often an abundance of massive amounts of unlabeled data that can not be leveraged in a supervised machine learning context. Thus, there exists an incentive to research and develop machine learning methods which can learn without labels. Selfsupervised learning (SSL) is a newly emerged machine learning paradigm that aims to learn representations that can later be used in domain specific downstream tasks. In this degree project three SSL models based on the Simple Framework for Contrastive Learning of Visual Representations (SimCLR) are evaluated. Each model aims to learn sleep deprivation related representations on magnetoencephalography (MEG) measurements. MEG is a non-invasive neuroimaging technique that is used on humans to investigate neuronal activity. The data was acquired through a collaboration with Karolinska Institutet and Stockholm University, where the SLEMEG project was conducted to study the neurophysiological response to partial sleep deprivation. The features extracted by the SSL-models are analyzed both qualitatively and quantitatively, and also used to perform classification and regression tasks on subject labels. The results show that the evaluated Signal- and Recording SimCLR models can learn sleep deprivation related features, whilst simultaneously learning other co-occuring information also. Furthermore, the results indicate that the learned representations are informative and can be utilized for multiple downstream tasks. However, it is noted that what has been learned is mostly related to subject-specific individual variance, which leads to poor generalization performance on classification and regression downstream tasks. Thus, it is believed that the models would perform better with access to more MEG data, and that source localized MEG data could remove part of the individual variance that is learned.Den moderna dagens samhälle är enormt komplext, information och data blir konstant postat, delat, och insamlat överallt. På grund av det så finns det ofta ett överflöd av massiva mängder omärkt data some inte kan användas i ett övervakat maskininlärnings-sammanhang. Därmed finns det ett incitament att forska om och utveckla maskininlärningsmetoder som kan lära modeller utan tillgång till märkningar. Självövervakad inlärning (SSL) är en modern metod som nyligen har fått mycket fokus, vars mål är att lära sig representationer av datat som sedan kan användas i domänspecifika nedströmsuppgifter. I det här examensarbetet så är tre SSL metoder evaluerade där de alla strävar efter att lära sig representationer relaterat till sömndeprivering på magnetoencefalografi (MEG) mätningar. MEG är en icke-invasiv metod som används på människor för att undersöka neuronal aktivitet. Datat var förvärvat genom ett sammarbeta med Karolinska Institutet och Stockholms Universitet, där SLEMEG studien hade blivit genomförd för att studera neurofysiologisk respons på sömndeprivering. De av SSL-modellerna extraherade särdragen är analyserade både kvalitativt samt kvantitativt, och sedan använda för att genomföra klassificerings och regressions-uppgifter. Resultaten visar på att de evaluerade Signal- och Recording SimCLR modellerna kan lära sig särdrag relaterade till sömndepriverad, men samtidigt också lära sig annan samförekommande information. Dessutom så indikerar resultaten att de lärda representationerna är informativa och kan då användas i flera olika nedströmsuppgifter. Dock så noteras det att det som blivit inlärt är mestadels relaterat till individ-specifik varians, vilket leder till dålig generaliseringsprestanda. Således är det trott att modellerna hade presterat bättre med tillgång till mer MEG data, samt att källlokalisering av MEG datat hade kunnat ta bort en del av den individuella variansen som blir inlärd