Spiking Personalized Federated Learning for Brain-Computer Interface-Enabled Immersive Communication

arXiv cs.LG / 3/25/2026

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Key Points

  • 研究は、BCIで取得した脳信号からユーザーの意図や不快感などの状態を推定し、個人差に強い没入型コミュニケーションを実現する新しいフレームワークを提案している。
  • 個人ごとの神経多様性に対応しつつ、脳信号の機微情報漏えいを防ぐために、パーソナライズド連合学習(PFL)モデルを導入している。
  • エネルギー制約の大きい没入端末(例:ヘッドマウントディスプレイ)での継続的な学習・推論のボトルネックを解消するため、PFLにスパイキングニューラルネットワーク(SNN)を組み込んでいる。
  • 実脳信号データでの実験では、従来のANNベースのパーソナライズ手法に比べて総合的な識別精度が最良で、推論のエネルギーを6.46×削減できたと報告している。

Abstract

This work proposes a novel immersive communication framework that leverages brain-computer interface (BCI) to acquire brain signals for inferring user-centric states (e.g., intention and perception-related discomfort), thereby enabling more personalized and robust immersive adaptation under strong individual variability. Specifically, we develop a personalized federated learning (PFL) model to analyze and process the collected brain signals, which not only accommodates neurodiverse brain-signal data but also prevents the leakage of sensitive brain-signal information. To address the energy bottleneck of continual on-device learning and inference on energy-limited immersive terminals (e.g., head-mounted display), we further embed spiking neural networks (SNNs) into the PFL. By exploiting sparse, event-driven spike computation, the SNN-enabled PFL reduces the computation and energy cost of training and inference while maintaining competitive personalization performance. Experiments on real brain-signal dataset demonstrate that our method achieves the best overall identification accuracy while reducing inference energy by 6.46\times compared with conventional artificial neural network-based personalized baselines.

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