BioFormer: 생체 의학 시계열 데이터의 스펙트럼 구조 정렬을 통한 피험자 간 일반화 재고

생체 의학 시계열 (Biomedical Time-Series, BTS)에서의 피험자 간 일반화 (Cross-subject generalization)란 일부 피험자의 데이터로 학습하고 보지 못한 피험자의 데이터로 테스트하는 것을 의미합니다. 핵심 과제는 BTS 표현 (representations)에서 피험자 특이적 변동성 (subject specific variability)을 억제하는 것입니다. 대부분의 기존 방법론은 모델 구축이나 피험자 적대적 학습 (subject adversarial learning)을 통해 암묵적으로 변동성을 억제하지만, 이를 명시적으로 모델링하는 경우는 드뭅니다. 우리는 피험자 특이적 변동성을 특징짓는 새로운 관점으로 스펙트럼 드리프트 (spectral drift)를 도입합니다. 구체적으로, 동일한 라벨 하의 BTS 신호는 종종 일관된 진동 구조 (oscillatory structure)를 공유하지만, 특정 주파수 성분에서 피험자 의존적인 크기 (magnitude) 또는 위상 변화 (phase shifts)를 나타내며, 우리는 이를 피험자 특이적 변동성으로 해석합니다. 이러한 통찰을 바탕으로 우리는 BioFormer를 제안합니다. 그 핵심은 주파수 대역 정렬 모듈 (Frequency-Band Alignment Module, FBAM)으로, 이는 스펙트럼 분포로부터 대역별 변조 계수 (band-wise modulation factors)를 생성하고 진폭 (amplitude)과 위상 (phase)을 적응적으로 조정하여 스펙트럼 구조를 정렬함으로써 변동성을 완화합니다. 나아가 우리는 FBAM을 샘플 조건부 레이어 정규화 (Sample Conditional Layer Normalization)와 결합하여, 피험자 정체성 대신 신호의 고유한 통계치로부터 정규화 파라미터를 추론함으로써 피험자 간 표현을 안정화합니다. 6개의 데이터셋에 대한 광범위한 실험을 통해 BioFormer가 12개의 베이스라인 모델보다 성능이 우수함을 입증하였으며, F1-score 기준 6%의 절대적인 향상을 달성했습니다.