Common measures of brain functional connectivity (FC) including covariance and correlation matrices are semi-positive definite (SPD) matrices residing on a cone-shape Riemannian manifold. Despite its remarkable success for Euclidean-valued data generation, use of standard generative adversarial networks (GANs) to generate manifold-valued FC data neglects its inherent SPD structure and hence the inter-relatedness of edges in real FC. We propose a novel graph-regularized manifold-aware conditional Wasserstein GAN (GR-SPD-GAN) for FC data generation on the SPD manifold that can preserve the global FC structure. Specifically, we optimize a generalized Wasserstein distance between the real and generated SPD data under an adversarial training, conditioned on the class labels. The resulting generator can synthesize new SPD-valued FC matrices associated with different classes of brain networks, e.g., brain disorder or healthy control. Furthermore, we introduce additional population graph-based regularization terms on both the SPD manifold and its tangent space to encourage the generator to respect the inter-subject similarity of FC patterns in the real data. This also helps in avoiding mode collapse and produces more stable GAN training. Evaluated on resting-state functional magnetic resonance imaging (fMRI) data of major depressive disorder (MDD), qualitative and quantitative results show that the proposed GR-SPD-GAN clearly outperforms several state-of-the-art GANs in generating more realistic fMRI-based FC samples. When applied to FC data augmentation for MDD identification, classification models trained on augmented data generated by our approach achieved the largest margin of improvement in classification accuracy among the competing GANs over baselines without data augmentation.

生成的对抗网络（GAN）是在众多领域成功使用的一种强大的深度学习模型。它们属于一个称为生成方法的更广泛的家族，该家族通过从真实示例中学习样本分布来生成新数据。在临床背景下，与传统的生成方法相比，GAN在捕获空间复杂，非线性和潜在微妙的疾病作用方面表现出增强的能力。这篇综述评估了有关gan在各种神经系统疾病的成像研究中的应用的现有文献，包括阿尔茨海默氏病，脑肿瘤，脑老化和多发性硬化症。我们为每个应用程序提供了各种GAN方法的直观解释，并进一步讨论了在神经影像学中利用gans的主要挑战，开放问题以及有希望的未来方向。我们旨在通过强调如何利用gan来支持临床决策，并有助于更好地理解脑部疾病的结构和功能模式，从而弥合先进的深度学习方法和神经病学研究之间的差距。

无创医学神经影像学已经对大脑连通性产生了许多发现。开发了几种实质技术绘制形态，结构和功能性脑连接性，以创建人脑中神经元活动的全面路线图。依靠其非欧国人数据类型，图形神经网络（GNN）提供了一种学习深图结构的巧妙方法，并且它正在迅速成为最先进的方法，从而导致各种网络神经科学任务的性能增强。在这里，我们回顾了当前基于GNN的方法，突出了它们在与脑图有关的几种应用中使用的方式，例如缺失的脑图合成和疾病分类。最后，我们通过绘制了通往网络神经科学领域中更好地应用GNN模型在神经系统障碍诊断和人群图整合中的路径。我们工作中引用的论文列表可在https://github.com/basiralab/gnns-inns-intwork-neuroscience上找到。

在本文中，我们提出了一种新方法，以可靠的方式使用基于几何的变异自动编码器以可靠的方式执行数据增强。我们的方法结合了VAE被视为Riemannian歧管的适当潜在空间建模和新一代方案，该方案产生了更有意义的样本，尤其是在小型数据集的背景下。该方法通过广泛的实验研究进行了测试，在该研究中，其对数据集，分类器和训练样品的稳健性受到了强调。还可以在充满挑战的ADNI数据库上进行医学成像分类任务进行验证，其中使用拟议的VAE框架考虑了少量的3D脑MRIS并增强。在每种情况下，所提出的方法都可以在分类指标中获得显着可靠的增益。例如，在最先进的CNN分类器中，经过50次认知正常（CN）和50例阿尔茨海默氏病（AD）患者的最先进的CNN分类器，平衡准确度从66.3％跃升至74.3％，从77.7％到86.3％。具有243 CN和210 AD，同时提高了极大的敏感性和特异性指标。

The challenges of collecting medical data on neurological disorder diagnosis problems paved the way for learning methods with scarce number of samples. Due to this reason, one-shot learning still remains one of the most challenging and trending concepts of deep learning as it proposes to simulate the human-like learning approach in classification problems. Previous studies have focused on generating more accurate fingerprints of the population using graph neural networks (GNNs) with connectomic brain graph data. Thereby, generated population fingerprints named connectional brain template (CBTs) enabled detecting discriminative bio-markers of the population on classification tasks. However, the reverse problem of data augmentation from single graph data representing brain connectivity has never been tackled before. In this paper, we propose an augmentation pipeline in order to provide improved metrics on our binary classification problem. Divergently from the previous studies, we examine augmentation from a single population template by utilizing graph-based generative adversarial network (gGAN) architecture for a classification problem. We benchmarked our proposed solution on AD/LMCI dataset consisting of brain connectomes with Alzheimer's Disease (AD) and Late Mild Cognitive Impairment (LMCI). In order to evaluate our model's generalizability, we used cross-validation strategy and randomly sampled the folds multiple times. Our results on classification not only provided better accuracy when augmented data generated from one sample is introduced, but yields more balanced results on other metrics as well.

In biomedical image analysis, the applicability of deep learning methods is directly impacted by the quantity of image data available. This is due to deep learning models requiring large image datasets to provide high-level performance. Generative Adversarial Networks (GANs) have been widely utilized to address data limitations through the generation of synthetic biomedical images. GANs consist of two models. The generator, a model that learns how to produce synthetic images based on the feedback it receives. The discriminator, a model that classifies an image as synthetic or real and provides feedback to the generator. Throughout the training process, a GAN can experience several technical challenges that impede the generation of suitable synthetic imagery. First, the mode collapse problem whereby the generator either produces an identical image or produces a uniform image from distinct input features. Second, the non-convergence problem whereby the gradient descent optimizer fails to reach a Nash equilibrium. Thirdly, the vanishing gradient problem whereby unstable training behavior occurs due to the discriminator achieving optimal classification performance resulting in no meaningful feedback being provided to the generator. These problems result in the production of synthetic imagery that is blurry, unrealistic, and less diverse. To date, there has been no survey article outlining the impact of these technical challenges in the context of the biomedical imagery domain. This work presents a review and taxonomy based on solutions to the training problems of GANs in the biomedical imaging domain. This survey highlights important challenges and outlines future research directions about the training of GANs in the domain of biomedical imagery.

以时间序列形式出现的信号测量是医疗机学习应用中使用的最常见数据类型之一。这样的数据集的大小通常很小，收集和注释昂贵，并且可能涉及隐私问题，这阻碍了我们培训用于生物医学应用的大型，最先进的深度学习模型的能力。对于时间序列数据，我们可以用来扩展数据集大小的数据增强策略套件受到维护信号的基本属性的限制。生成对抗网络（GAN）可以用作另一种数据增强工具。在本文中，我们提出了TTS-CGAN，这是一种基于变压器的条件GAN模型，可以在现有的多级数据集上进行训练，并生成特定于类的合成时间序列序列的任意长度。我们详细介绍了模型架构和设计策略。由我们的模型生成的合成序列与真实的序列无法区分，可以用来补充或替换相同类型的真实信号，从而实现了数据增强的目标。为了评估生成的数据的质量，我们修改小波相干度量指标，以比较两组信号之间的相似性，还可以进行案例研究，其中使用合成和真实数据的混合来训练深度学习模型用于序列分类。与其他可视化技术和定性评估方法一起，我们证明TTS-CGAN生成的合成数据类似于真实数据，并且我们的模型的性能优于为时间序列数据生成而构建的其他最先进的GAN模型。

Generative adversarial networks (GANs) provide a way to learn deep representations without extensively annotated training data. They achieve this through deriving backpropagation signals through a competitive process involving a pair of networks. The representations that can be learned by GANs may be used in a variety of applications, including image synthesis, semantic image editing, style transfer, image super-resolution and classification. The aim of this review paper is to provide an overview of GANs for the signal processing community, drawing on familiar analogies and concepts where possible. In addition to identifying different methods for training and constructing GANs, we also point to remaining challenges in their theory and application.

训练单次学习模型的核心挑战是数据空间可用镜头的有限代表性。特别是在网络神经科学领域，大脑被表示为图，这种模型在对大脑状态进行分类时可能会导致低性能（例如，典型与自闭症）。为了应对这一点，大多数现有作品都涉及数据增强步骤，以增加培训集的规模，其多样性和代表性。尽管有效，但这种增强方法仅限于生成与输入镜头相同的样品（例如，从单个射击矩阵中产生大脑连接矩阵）。据我们所知，从单个脑图中产生大脑多编码捕获多种类型的连通性的问题仍然无法解决。在本文中，我们空前提出了一个混合图神经网络（GNN）架构，即多编码发电机网络或短暂的多gnemphnet，包括两个子网络：（1）将大脑多机的输入人群集成到单个gnn中模板图，即连接脑神庙（CBT）和（2）一个反向一对多的U-NET网络，该网络在每个训练步骤中都采用了学习的CBT并输出重建后的输入多数法文人群。两个网络都使用循环损失以端到端的方式训练。实验结果表明，与每个班级的单个CBT训练相比，对在增强大脑多数式的训练进行训练时，我们的多gnetet会提高独立分类器的性能。我们希望我们的框架能够阐明单个图的未来对多编码增强的研究。我们的Multigraphgnet源代码可在https://github.com/basiralab/multigraphgnet上获得。

组织病理学分析是对癌前病变诊断的本金标准。从数字图像自动组织病理学分类的目标需要监督培训，这需要大量的专家注释，这可能是昂贵且耗时的收集。同时，精确分类从全幻灯片裁剪的图像斑块对于基于标准滑动窗口的组织病理学幻灯片分类方法是必不可少的。为了减轻这些问题，我们提出了一个精心设计的条件GaN模型，即hostogan，用于在类标签上合成现实组织病理学图像补丁。我们还研究了一种新颖的合成增强框架，可选择地添加由我们提出的HADOGAN生成的新的合成图像补丁，而不是直接扩展与合成图像的训练集。通过基于其指定标签的置信度和实际标记图像的特征相似性选择合成图像，我们的框架为合成增强提供了质量保证。我们的模型在两个数据集上进行评估：具有有限注释的宫颈组织病理学图像数据集，以及具有转移性癌症的淋巴结组织病理学图像的另一个数据集。在这里，我们表明利用具有选择性增强的组织产生的图像导致对宫颈组织病理学和转移性癌症数据集分别的分类性能（分别为6.7％和2.8％）的显着和一致性。

模拟重力波（GW）检测器环境的时间域观察将使GW源有更好的了解，增强用于GW信号检测的数据集并帮助表征探测器的噪声，从而提供更好的物理学。本文提出了一种新的方法，该方法是使用三人瓦斯汀生成对抗网络（WGAN）（称为dvgan）模拟固定长度的时间域信号，其中包括一个辅助鉴别器，该辅助歧视器在输入信号的衍生物上进行区分。一项消融研究用于比较包括带有香草两种玩家wgan的辅助导数歧视器的对抗反馈的效果。我们表明，在训练阶段，对衍生物的区分可以稳定1D连续信号的GAN组件学习。这会导致更平滑的信号与实际样本不太区分，并更好地捕获训练数据的分布。 DVGAN还用于模拟高级LIGO GW检测器中捕获的真实瞬态噪声事件。

基于深度学习的疾病检测和分割算法承诺提高许多临床过程。然而，由于数据隐私，法律障碍和非统一数据采集协议，此类算法需要大量的注释训练数据，通常在医学环境中不可用。具有注释病理学的合成数据库可以提供所需的培训数据量。我们展示了缺血性卒中的例子，即利用基于深度学习的增强的病变分割的改善是可行的。为此，我们训练不同的图像到图像转换模型，以合成大脑体积的磁共振图像，并且没有来自语义分割图的中风病变。此外，我们培养一种生成的对抗性网络来产生合成病变面具。随后，我们组合这两个组件来构建大型合成描边图像数据库。使用U-NET评估各种模型的性能，该U-NET在临床测试集上培训以进行段中风病变。我们向最佳性能报告$ \ mathbf {72.8} $％[$ \ mathbf {70.8 \ pm1.0} $％]的骰子分数，这胜过了单独临床图像培训的模型培训$ \ mathbf { 67.3} $％[$ \ mathbf {63.2 \ pm1.9} $％]，并且接近人类互相互联网骰子评分$ \ mathbf {76.9} $％。此外，我们表明，对于仅为10或50个临床案例的小型数据库，与使用不使用合成数据的设置相比，合成数据增强产生了显着的改进。据我们所知，这提出了基于图像到图像翻译的合成数据增强的第一个比较分析，并将第一应用于缺血性卒中。

这是关于生成对抗性网络（GaN），对抗性自身额外的教程和调查纸张及其变体。我们开始解释对抗性学习和香草甘。然后，我们解释了条件GaN和DCGAN。介绍了模式崩溃问题，介绍了各种方法，包括小纤维GaN，展开GaN，Bourgan，混合GaN，D2Gan和Wasserstein GaN，用于解决这个问题。然后，GaN中的最大似然估计与F-GaN，对抗性变分贝叶斯和贝叶斯甘甘相同。然后，我们涵盖了GaN，Infogan，Gran，Lsgan，Enfogan，Gran，Lsgan，Catgan，MMD Gan，Lapgan，Progressive Gan，Triple Gan，Lag，Gman，Adagan，Cogan，逆甘，Bigan，Ali，Sagan，Sagan，Sagan，Sagan，甘肃，甘肃，甘河的插值和评估。然后，我们介绍了GaN的一些应用，例如图像到图像转换（包括Pacchgan，Cyclegan，Deepfacedrawing，模拟GaN，Interactive GaN），文本到图像转换（包括Stackgan）和混合图像特征（包括罚球和mixnmatch）。最后，我们解释了基于对冲学习的AutoEncoders，包括对手AutoEncoder，Pixelgan和隐式AutoEncoder。

生成模型在取样质量，多样性和特征解剖学方面的成功综合了图像数据。由于缺失的表示，时间序列的生成模型缺乏这些优势，从而捕获时间动态并允许反转进行采样。本文提出了跨期返回图（IRP）表示，以便于使用基于图像的生成对冲网络进行时间序列。该代表证明有效地捕获时间序列特征，与替代陈述相比，可靠性和尺度不变性的益处。经验基准确认这些功能并证明IRP能够具有梯度惩罚的现成的WASSERTEIN GAN来采样现实时间序列，这始于专门的基于RNN的GAN，同时降低了模型复杂性。

尽管在文本，图像和视频上生成的对抗网络（GAN）取得了显着的成功，但由于一些独特的挑战，例如捕获不平衡数据中的依赖性，因此仍在开发中，生成高质量的表格数据仍在开发中，从而优化了合成患者数据的质量。保留隐私。在本文中，我们提出了DP-CGAN，这是一个由数据转换，采样，条件和网络培训组成的差异私有条件GAN框架，以生成现实且具有隐私性的表格数据。 DP-Cgans区分分类和连续变量，并将它们分别转换为潜在空间。然后，我们将条件矢量构建为附加输入，不仅在不平衡数据中介绍少数族裔类，还可以捕获变量之间的依赖性。我们将统计噪声注入DP-CGAN的网络训练过程中的梯度，以提供差异隐私保证。我们通过统计相似性，机器学习绩效和隐私测量值在三个公共数据集和两个现实世界中的个人健康数据集上使用最先进的生成模型广泛评估了我们的模型。我们证明，我们的模型优于其他可比模型，尤其是在捕获变量之间的依赖性时。最后，我们在合成数据生成中介绍了数据实用性与隐私之间的平衡，考虑到现实世界数据集的不同数据结构和特征，例如不平衡变量，异常分布和数据的稀疏性。

生成的对抗网络（GANS）的培训需要大量数据，刺激新的增强方法的发展，以减轻挑战。通常，这些方法无法产生足够的新数据或展开原始歧管超出的数据集。在本文中，我们提出了一种新的增强方法，可确保通过最佳运输理论将新数据保证保持在原始数据歧管内的新数据。所提出的算法在最近的邻居图中找到了派系，并且在每个采样迭代中，随机绘制一个集团以计算随机均匀重量的wassersein重c中心。然后这些重心成为一个可以添加到数据集的新的自然元素。我们将这种方法应用于地标检测问题，并在未配对和半监督方案中增加可用注释。此外，该想法是关于医疗细分任务的心脏数据验证。我们的方法减少了过度装备，提高了原始数据结果超出了质量指标，并超出了具有流行现代增强方法的结果。

Generating multivariate time series is a promising approach for sharing sensitive data in many medical, financial, and IoT applications. A common type of multivariate time series originates from a single source such as the biometric measurements from a medical patient. This leads to complex dynamical patterns between individual time series that are hard to learn by typical generation models such as GANs. There is valuable information in those patterns that machine learning models can use to better classify, predict or perform other downstream tasks. We propose a novel framework that takes time series' common origin into account and favors channel/feature relationships preservation. The two key points of our method are: 1) the individual time series are generated from a common point in latent space and 2) a central discriminator favors the preservation of inter-channel/feature dynamics. We demonstrate empirically that our method helps preserve channel/feature correlations and that our synthetic data performs very well in downstream tasks with medical and financial data.

Three-dimensional geometric data offer an excellent domain for studying representation learning and generative modeling. In this paper, we look at geometric data represented as point clouds. We introduce a deep AutoEncoder (AE) network with state-of-the-art reconstruction quality and generalization ability. The learned representations outperform existing methods on 3D recognition tasks and enable shape editing via simple algebraic manipulations, such as semantic part editing, shape analogies and shape interpolation, as well as shape completion. We perform a thorough study of different generative models including GANs operating on the raw point clouds, significantly improved GANs trained in the fixed latent space of our AEs, and Gaussian Mixture Models (GMMs). To quantitatively evaluate generative models we introduce measures of sample fidelity and diversity based on matchings between sets of point clouds. Interestingly, our evaluation of generalization, fidelity and diversity reveals that GMMs trained in the latent space of our AEs yield the best results overall.

创伤性脑损伤（TBI）患者的脑网络分析对于其意识水平评估和预后评估至关重要，这需要分割某些意识相关的大脑区域。但是，由于很难收集TBI患者的手动注释的MR扫描，因此很难构建TBI分割模型。数据增强技术可用于缓解数据稀缺问题。但是，常规数据增强策略（例如空间和强度转化）无法模仿创伤性大脑中的变形和病变，这限制了后续分割任务的性能。为了解决这些问题，我们提出了一种名为TBIGA的新型医学图像授课模型，以通过配对的脑标签图合成TBI MR扫描。我们的TBIGAN方法的主要优势在于，它可以同时生成TBI图像和相应的标签映射，这在以前的医学图像的先前涂上方法中尚未实现。我们首先按照粗到细节的方式在边缘信息的指导下生成成分的图像，然后将合成强度图像用作标签上填充的先验。此外，我们引入了基于注册的模板增强管道，以增加合成图像对的多样性并增强数据增强能力。实验结果表明，提出的TBIGAN方法可以产生具有高质量和有效标签图的足够合成的TBI图像，这可以大大改善与替代方案相比的2D和3D创伤性脑部分割性能。

轴承是容易出乎意料断层的旋转机的重要组成部分之一。因此，轴承诊断和状况监测对于降低众多行业的运营成本和停机时间至关重要。在各种生产条件下，轴承可以在一系列载荷和速度下进行操作，这会导致与每种故障类型相关的不同振动模式。正常数据很足够，因为系统通常在所需条件下工作。另一方面，故障数据很少见，在许多情况下，没有记录故障类别的数据。访问故障数据对于开发数据驱动的故障诊断工具至关重要，该工具可以提高操作的性能和安全性。为此，引入了基于条件生成对抗网络（CGAN）的新型算法。该算法对任何实际故障条件的正常和故障数据进行培训，从目标条件的正常数据中生成故障数据。所提出的方法在现实世界中的数据集上进行了验证，并为不同条件生成故障数据。实施了几种最先进的分类器和可视化模型，以评估合成数据的质量。结果证明了所提出的算法的功效。