IMPORTANCE: An interpretable machine learning model can provide faithful explanations of each prediction and yet maintain higher performance than its black box counterpart. OBJECTIVE: To design an interpretable machine learning model which accurately predicts EEG protopatterns while providing an explanation of its predictions with assistance of a specialized GUI. To map the cEEG latent features to a 2D space in order to visualize the ictal-interictal-injury continuum and gain insight into its high-dimensional structure. DESIGN, SETTING, AND PARTICIPANTS: 50,697 50-second cEEG samples from 2,711 ICU patients collected between July 2006 and March 2020 at Massachusetts General Hospital. Samples were labeled as one of 6 EEG activities by domain experts, with 124 different experts providing annotations. MAIN OUTCOMES AND MEASURES: Our neural network is interpretable because it uses case-based reasoning: it compares a new EEG reading to a set of learned prototypical EEG samples from the training dataset. Interpretability was measured with task-specific neighborhood agreement statistics. Discriminatory performance was evaluated with AUROC and AUPRC. RESULTS: The model achieves AUROCs of 0.87, 0.93, 0.96, 0.92, 0.93, 0.80 for classes Seizure, LPD, GPD, LRDA, GRDA, Other respectively. This performance is statistically significantly higher than that of the corresponding uninterpretable (black box) model with p<0.0001. Videos of the ictal-interictal-injury continuum are provided. CONCLUSION AND RELEVANCE: Our interpretable model and GUI can act as a reference for practitioners who work with cEEG patterns. We can now better understand the relationships between different types of cEEG patterns. In the future, this system may allow for targeted intervention and training in clinical settings. It could also be used for re-confirming or providing additional information for diagnostics.

影响重症患者护理的许多基本问题会带来类似的分析挑战：医生无法轻易估计处于危险的医疗状况或治疗的影响，因为医疗状况和药物的因果影响是纠缠的。他们也无法轻易进行研究：没有足够的高质量数据来进行高维观察性因果推断，并且通常无法在道德上进行RCT。但是，机械知识可获得，包括如何吸收人体药物，并且这些知识与有限数据的结合可能就足够了 - 如果我们知道如何结合它们。在这项工作中，我们提出了一个框架，用于在这些复杂条件下对重症患者的因果影响估算：随着时间的流逝，药物与观察之间的相互作用，不大的患者数据集以及可以代替缺乏数据的机械知识。我们将此框架应用于影响重症患者的极其重要的问题，即癫痫发作和大脑中其他潜在有害的电气事件的影响（称为癫痫样活动 - EA）对结局。鉴于涉及的高赌注和数据中的高噪声，可解释性对于解决此类复杂问题的故障排除至关重要。我们匹配的小组的解释性使神经科医生可以执行图表审查，以验证我们的因果分析的质量。例如，我们的工作表明，患者经历了高水平的癫痫发作般的活动（75％的EA负担），并且未经治疗的六个小时的窗口未受治疗，平均而言，这种不良后果的机会增加了16.7％。作为严重的大脑损伤，终生残疾或死亡。我们发现患有轻度但长期EA的患者（平均EA负担> = 50％）患有不良结果的风险增加了11.2％。

与痴呆症相关的认知障碍（CI）在全球范围内影响超过5500万人，并且每3秒钟以一个新病例的速度迅速增长。随着临床试验反复出现的失败，早期诊断至关重要，但是在低水平和中等收入国家中，全球75％的痴呆症病例未被诊断为90％。众所周知，当前的诊断方法是复杂的，涉及对医学笔记，大量认知测试，昂贵的脑部扫描或脊柱液体测试的手动审查。与CI相关的信息经常在电子健康记录（EHR）中找到，并且可以为早期诊断提供重要线索，但是专家的手动审查是繁琐的，并且容易发生。该项目开发了一种新型的最新自动筛选管道，用于可扩展和高速发现EHR中的CI。为了了解EHR中复杂语言结构的语言环境，构建了一个8,656个序列的数据库，以训练基于注意力的深度学习自然语言处理模型以对序列进行分类。使用序列级别分类器开发了基于逻辑回归的患者级别预测模型。深度学习系统的精度达到了93％，AUC = 0.98，以识别其EHR中没有较早诊断，与痴呆有关的诊断代码或与痴呆有关的药物的患者。否则，这些患者将未被发现或检测到太晚。 EHR筛选管道已部署在Neurahealthnlp中，这是一种用于自动化和实时CI筛选的Web应用程序，只需将EHR上传到浏览器中即可。 Neurahealthnlp更便宜，更快，更容易获得，并且胜过当前的临床方法，包括基于文本的分析和机器学习方法。它使得早期诊断可在稀缺的医疗服务中可行，但可访问的互联网或蜂窝服务。

痴呆症是一种神经退行性疾病，导致认知下降，并影响全世界超过5000万人。痴呆症是由医疗保健专业人士诊断的 - 只有患有痴呆症的四个人中只有一名诊断出来。即使制造诊断，也可能无法作为患者图表中的疾病（ICD）诊断码的结构化国际分类。与认知障碍（CI）有关的信息通常在电子健康记录（EHR）中发现，但专家临床医生票据的手工审查既耗时，往往容易出错。本票据的自动化挖掘为在EHR数据中标记有认知障碍患者的机会。我们开发了自然语言处理（NLP）工具，以识别具有认知障碍的患者，并证明语言背景提高了认知障碍分类任务的性能。我们微调我们的注意力深入学习模型，可以从复杂的语言结构中学习，并且相对于基线NLP模型的精度（0.93）大大提高（0.84）。此外，我们表明深度学习NLP可以成功识别没有痴呆相关的ICD代码或药物的痴呆症患者。

目的：在本文中，我们旨在从大量未标记的脑电图（EEG）信号中学习强大的向量表示，以使学习的表示（1）表现得足以替代睡眠分期任务中的原始信号； （2）在较少的标签和嘈杂样本的情况下，提供了比监督模型更好的预测性能。材料和方法：我们提出了一个自我监督的模型，称为与世界表示形式（Contrawr）相比，用于EEG信号表示学习，该模型使用数据集中的全局统计信息来区分与不同睡眠阶段相关的信号。在包括在家中的三个现实世界EEG数据集上评估了Contrawr模型，这些模型既包括在家中录制设置。结果：Contrawr在三个数据集中的睡眠登台任务上，Moco，Simclr，Byol，Simsiam胜过最新的自我监督学习方法。当可用的培训标签较少时，Contrawr还会击败受监督的学习（例如，标记不到2％的数据时，精度提高了4％）。此外，该模型在2D投影中提供了信息表示。讨论：建议的模型可以推广到其他无监督的生理信号学习任务。未来的方向包括探索特定于任务的数据增强，并将自我监督与监督方法结合起来，这是基于本文自我监督学习的最初成功。结论：我们表明，Contrawr对噪声是强大的，并且可以为下游预测任务提供高质量的EEG表示。在低标签场景（例如，只有2％的数据具有标签），Contrawr的预测能力（例如，睡眠分期准确性提高了4％）比监督的基线要好得多。

张量分解是降低维数和特征多维数据（例如信号）的功能解释的强大工具。现有的张量分解目标（例如Frobenius Norm）旨在根据统计假设拟合原始数据，这可能与下游分类任务不符。在实践中，原始输入张量可以包含无关的信息，而数据增强技术可用于平滑样品中的类近差噪声。本文通过提出增强张量分解（ATD）来解决上述挑战，该张力分解（ATD）有效地纳入了数据增强和自欺欺人的学习（SSL）以增强下游分类。为了解决新的增强目标的非凸度，我们开发了一种迭代方法，使优化能够遵循交替的最小二乘（ALS）时尚。我们在多个数据集上评估了我们的ATD。与基于张量的基准相比，它可以实现0.8％-2.5％的准确性增益。此外，我们的ATD模型在自我监督和自动编码器基准的情况下显示出可比或更好的性能（例如，准确性高达15％），同时使用这些基线模型的少于5％的可学习参数

Computational catalysis is playing an increasingly significant role in the design of catalysts across a wide range of applications. A common task for many computational methods is the need to accurately compute the minimum binding energy - the adsorption energy - for an adsorbate and a catalyst surface of interest. Traditionally, the identification of low energy adsorbate-surface configurations relies on heuristic methods and researcher intuition. As the desire to perform high-throughput screening increases, it becomes challenging to use heuristics and intuition alone. In this paper, we demonstrate machine learning potentials can be leveraged to identify low energy adsorbate-surface configurations more accurately and efficiently. Our algorithm provides a spectrum of trade-offs between accuracy and efficiency, with one balanced option finding the lowest energy configuration, within a 0.1 eV threshold, 86.63% of the time, while achieving a 1387x speedup in computation. To standardize benchmarking, we introduce the Open Catalyst Dense dataset containing nearly 1,000 diverse surfaces and 87,045 unique configurations.

通过一系列联邦举措和命令，美国政府一直在努力确保美国在AI中的领导。这些广泛的战略文件影响了美国空军美国部（DAF）等组织。DAF-MIT AI加速器是DAF和MIT之间的一项计划，以弥合AI研究人员与DAF任务要求之间的差距。DAF-MIT AI加速器支持的几个项目正在开发公共挑战问题，这些问题解决了许多联邦AI研究的重点。这些挑战是通过公开可用的大型AI-Ready数据集，激励开源解决方案，并为可以激发进一步研究的双重使用技术创建需求信号，来针对优先事项。在本文中，我们描述了正在开发的这些公共挑战以及它们的应用如何促进科学进步。

计算催化和机器学习社区在开发用于催化剂发现和设计的机器学习模型方面取得了长足的进步。然而，跨越催化的化学空间的一般机器学习潜力仍然无法触及。一个重大障碍是在广泛的材料中获得访问培训数据的访问。缺乏数据的一类重要材料是氧化物，它抑制模型无法更广泛地研究氧气进化反应和氧化物电催化。为了解决这个问题，我们开发了开放的催化剂2022（OC22）数据集，包括62,521个密度功能理论（DFT）放松（〜9,884,504个单点计算），遍及一系列氧化物材料，覆盖范围，覆盖率和吸附物（ *H， *o， *o， *o， *o， *o， * n， *c， *ooh， *oh， *oh2， *o2， *co）。我们定义广义任务，以预测催化过程中适用的总系统能量，发展几个图神经网络的基线性能（Schnet，Dimenet ++，Forcenet，Spinconv，Painn，Painn，Gemnet-DT，Gemnet-DT，Gemnet-OC），并提供预先定义的数据集分割以建立明确的基准，以实现未来的努力。对于所有任务，我们研究组合数据集是否会带来更好的结果，即使它们包含不同的材料或吸附物。具体而言，我们在Open Catalyst 2020（OC20）数据集和OC22上共同训练模型，或OC22上的微调OC20型号。在最一般的任务中，Gemnet-OC看到通过微调来提高了约32％的能量预测，通过联合训练的力预测提高了约9％。令人惊讶的是，OC20和较小的OC22数据集的联合培训也将OC20的总能量预测提高了约19％。数据集和基线模型是开源的，公众排行榜将遵循，以鼓励社区的持续发展，以了解总能源任务和数据。

集中的动物饲养业务（CAFOS）对空气，水和公共卫生构成严重风险，但已被证明挑战规范。美国政府问责办公室注意到基本挑战是缺乏关于咖啡馆的全面的位置信息。我们使用美国农业部的国家农产病程（Naip）1M / Pixel Acial Imagerery来检测美国大陆的家禽咖啡馆。我们培养卷积神经网络（CNN）模型来识别单个家禽谷仓，并将最佳表现模型应用于超过42 TB的图像，以创建家禽咖啡座的第一个国家开源数据集。我们验证了来自加利福尼亚州的10个手标县的家禽咖啡馆设施的模型预测，并证明这种方法具有填补环境监测中差距的显着潜力。