在过去的几年中，深度学习用于脑电图（EEG）分类任务一直在迅速增长，但其应用程序受到EEG数据集相对较小的限制。数据扩展包括在培训过程中人为地增加数据集的大小，它一直是在计算机视觉或语音等应用程序中获得最新性能的关键要素。尽管文献中已经提出了一些脑电图数据的增强转换，但它们对跨任务的绩效的积极影响仍然难以捉摸。在这项工作中，我们提出了对主要现有脑电图增强的统一和详尽的分析，该分析在常见的实验环境中进行了比较。我们的结果强调了为睡眠阶段分类和大脑计算机界面界面的最佳数据增强，在某些情况下显示预测功率改善大于10％。

设计对某些数据转换不变的学习系统对于机器学习至关重要。从业人员通常可以通过选择网络体系结构（例如使用卷积进行翻译或使用数据扩展。但是，在网络中实现真正的不变性可能很困难，并且并不总是知道数据不变。学习数据增强策略的最新方法需要持有数据，并且基于双重优化问题，这些问题很复杂，可以解决并且通常在计算上要求。在这项工作中，我们仅从培训数据中研究了学习不断增长的新方法。使用直接在网络中构建的可学习的增强层，我们证明我们的方法非常通用。它可以结合任何类型的可区分扩展，并应用于计算机视觉之外的广泛学习问题。我们提供的经验证据表明，基于二线优化的现代自动数据增强技术比现代自动数据增强技术更容易，更快，同时取得了可比的结果。实验表明，虽然通过自动数据增强传递到模型的不传导受到模型表达性的限制，但我们方法所产生的不变性对设计不敏感。

基于电动机图像（MI）的脑电脑界面（BCIS）允许通过解码神经生理现象来控制几种应用，这些现象通常通过使用非侵入性技术被脑电图（EEG）记录。尽管在基于MI的BCI的进展方面很大，但脑电图有特定于受试者和各种变化随时间。这些问题指出了提高分类绩效的重大挑战，特别是在独立的方式。为了克服这些挑战，我们提出了Min2Net，这是一个新的端到端多任务学习来解决这项任务。我们将深度度量学习集成到多任务AutoEncoder中，以从脑电图中学习紧凑且识别的潜在表示，并同时执行分类。这种方法降低了预处理的复杂性，导致EEG分类的显着性能改善。实验结果以本语独立的方式表明，MIN2Net优于最先进的技术，在SMR-BCI和OpenBMI数据集中分别实现了6.72％的F1分数提高，以及2.23％。我们证明MIN2NET在潜在代表中提高了歧视信息。本研究表明使用此模型的可能性和实用性为新用户开发基于MI的BCI应用，而无需校准。

在过去的几年中，自动睡眠评分的研究主要集中在开发日益复杂的深度学习体系结构上。但是，最近，这些方法仅实现了边际改进，通常以需要更多数据和更昂贵的培训程序为代价。尽管所有这些努力及其令人满意的表现，但在临床背景下，自动睡眠期临时解决方案并未被广泛采用。我们认为，由于很难训练，部署和繁殖，大多数对睡眠评分的深度学习解决方案在现实世界中的适用性受到限制。此外，这些解决方案缺乏可解释性和透明度，这通常是提高采用率的关键。在这项工作中，我们使用经典的机器学习来重新审视睡眠阶段分类的问题。结果表明，通过传统的机器学习管道可以实现最新的性能，该管道包括预处理，功能提取和简单的机器学习模型。特别是，我们分析了线性模型和非线性（梯度提升）模型的性能。我们的方法超过了两个公共数据集上的最新方法（使用相同的数据）：Sleep--EDF SC-20（MF1 0.810）和Sleep-eDF ST（MF1 0.795），同时在Sleep-eDF上取得了竞争成果SC-78（MF1 0.775）和质量SS3（MF1 0.817）。我们表明，对于睡眠阶段评分任务，工程特征向量的表现力与深度学习模型的内部学表现相当。该观察结果为临床采用打开了大门，因为代表性功能向量允许利用传统机器学习模型的可解释性和成功记录。

苏黎世认知语言处理语料库（Zuco）提供了来自两种读取范例，正常读取和特定任务读数的眼跟踪和脑电图信号。我们分析了机器学习方法是否能够使用眼睛跟踪和EEG功能对这两个任务进行分类。我们使用聚合的句子级别功能以及细粒度的单词级别来实现模型。我们在主题内和交叉对象评估方案中测试模型。所有模型都在Zuco 1.0和Zuco 2.0数据子集上进行测试，其特征在于不同的记录程序，因此允许不同的概括水平。最后，我们提供了一系列的控制实验，以更详细地分析结果。

传统的脑电脑接口（BCI）需要在使用之前为每个用户提供完整的数据收集，训练和校准阶段。近年来，已经开发了许多主题独立的（SI）BCI。与受试者依赖性（SD）方法相比，这些方法中的许多方法产生较弱的性能，有些方法是计算昂贵的。潜在的真实世界应用程序将极大地受益于更准确，紧凑，并计算高效的主题的BCI。在这项工作中，我们提出了一个名为CCSPNET（卷积公共空间模式网络）的新型主题独立的BCI框架，该框架被训练在大型脑电图（EEG）信号数据库中的电动机图像（MI）范例上，由400个试验组成每54名科目执行两班手机MI任务。所提出的框架应用小波核卷积神经网络（WKCNN）和时间卷积神经网络（TCNN），以表示和提取EEG信号的光谱特征。对于空间特征提取来实现公共空间模式（CSP）算法，并且通过密集的神经网络减少了CSP特征的数量。最后，类标签由线性判别分析（LDA）分类器确定。 CCSPNET评估结果表明，可以具有紧凑的BCI，可实现与复杂和计算昂贵的模型相当的SD和SI最先进的性能。

State-of-the-art performance in electroencephalography (EEG) decoding tasks is currently often achieved with either Deep-Learning or Riemannian-Geometry-based decoders. Recently, there is growing interest in Deep Riemannian Networks (DRNs) possibly combining the advantages of both previous classes of methods. However, there are still a range of topics where additional insight is needed to pave the way for a more widespread application of DRNs in EEG. These include architecture design questions such as network size and end-to-end ability as well as model training questions. How these factors affect model performance has not been explored. Additionally, it is not clear how the data within these networks is transformed, and whether this would correlate with traditional EEG decoding. Our study aims to lay the groundwork in the area of these topics through the analysis of DRNs for EEG with a wide range of hyperparameters. Networks were tested on two public EEG datasets and compared with state-of-the-art ConvNets. Here we propose end-to-end EEG SPDNet (EE(G)-SPDNet), and we show that this wide, end-to-end DRN can outperform the ConvNets, and in doing so use physiologically plausible frequency regions. We also show that the end-to-end approach learns more complex filters than traditional band-pass filters targeting the classical alpha, beta, and gamma frequency bands of the EEG, and that performance can benefit from channel specific filtering approaches. Additionally, architectural analysis revealed areas for further improvement due to the possible loss of Riemannian specific information throughout the network. Our study thus shows how to design and train DRNs to infer task-related information from the raw EEG without the need of handcrafted filterbanks and highlights the potential of end-to-end DRNs such as EE(G)-SPDNet for high-performance EEG decoding.

One of the main challenges in electroencephalogram (EEG) based brain-computer interface (BCI) systems is learning the subject/session invariant features to classify cognitive activities within an end-to-end discriminative setting. We propose a novel end-to-end machine learning pipeline, EEG-NeXt, which facilitates transfer learning by: i) aligning the EEG trials from different subjects in the Euclidean-space, ii) tailoring the techniques of deep learning for the scalograms of EEG signals to capture better frequency localization for low-frequency, longer-duration events, and iii) utilizing pretrained ConvNeXt (a modernized ResNet architecture which supersedes state-of-the-art (SOTA) image classification models) as the backbone network via adaptive finetuning. On publicly available datasets (Physionet Sleep Cassette and BNCI2014001) we benchmark our method against SOTA via cross-subject validation and demonstrate improved accuracy in cognitive activity classification along with better generalizability across cohorts.

上肢运动分类将输入信号映射到目标活动，是控制康复机器人技术的关键领域之一。分类器接受了康复系统的培训，以理解上肢无法正常工作的患者的欲望。肌电图（EMG）信号和脑电图（EEG）信号广泛用于上肢运动分类。通过分析实时脑电图和EMG信号的分类结果，系统可以理解用户的意图，并预测人们希望执行的事件。因此，它将为用户提供外部帮助，以协助一个人进行活动。但是，由于嘈杂的环境，并非所有用户都处理有效的脑电图和EMG信号。实时数据收集过程中的噪声污染了数据的有效性。此外，并非所有患者由于肌肉损伤和神经肌肉疾病而处理强大的EMG信号。为了解决这些问题，我们想提出一种新颖的决策级多传感器融合技术。简而言之，该系统将将EEG信号与EMG信号集成，从两个来源检索有效的信息以了解和预测用户的需求，从而提供帮助。通过对包含同时记录的脑电图和EMG信号的公开途径数据集进行测试，我们设法结论了新型系统的可行性和有效性。

功能连接是研究大脑振荡活动的关键方法，以便为神经元相互作用的潜在动态提供重要见解，并且主要用于脑活动分析。建立脑电脑界面信息几何的进步，我们提出了一种新颖的框架，它结合了功能连接估计和基于协方差的管道来对精神状态进行分类，例如电机图像。针对每个估算器培训的riemannian分类器，并且集合分类器将决策组合在每个特征空间中。提供了对功能连接估计器的全面评估，并在不同的条件和数据集上评估最佳表演管道，称为岩酮。使用Meta分析在数据集中聚合结果，FUCONE比所有最先进的方法更好地执行。性能增益主要是对特征空间的改进的改进的改进，增加了集合分类器相对于和内部主题间变异性的鲁棒性。

在脑电图（EEG）的驾驶员的背景下，设计无校准系统仍然具有挑战性，因为EEG信号在不同的主题和录音会话之间显着变化。已经努力使用EEG信号的深度学习方法来利用精神状态识别。然而，现有工作主要将深入学习模型视为黑匣子分类器，而模型已经学习的是什么以及它们在脑电图数据中受到噪声的影响仍然是曝光的。在本文中，我们开发了一种新颖的卷积神经网络，可以通过突出显示包含分类重要信息的输入样本的本地区域来解释其决定。该网络具有紧凑的结构，利用可分离卷曲来处理空间序列中的EEG信号。结果表明，该模型在11个受试者上实现了78.35％的平均准确性，用于休假交叉对象嗜睡识别，其高于传统的基线方法为53.4％-72.68％和最先进的深层学习方法63.90％-65.78％。可视化结果表明，该模型已经学会了识别EEG信号的生物学可解释的特征，例如，α主轴，作为不同受试者的嗜睡的强指标。此外，我们还探讨了一些错误分类的样本背后的原因，具有可视化技术，并讨论了提高识别准确性的潜在方法。我们的作品说明了使用可解释的深度学习模型的有希望的方向，以从复杂的EEG信号发现与不同心理状态相关的有意义的模式。

我们展示了一个新的数据集和基准，其目的是在大脑活动和眼球运动的交叉口中推进研究。我们的数据集EEGEYENET包括从三种不同实验范式中收集的356个不同受试者的同时脑电图（EEG）和眼睛跟踪（ET）录像。使用此数据集，我们还提出了一种评估EEG测量的凝视预测的基准。基准由三个任务组成，难度越来越高：左右，角度幅度和绝对位置。我们在该基准测试中运行大量实验，以便根据经典机器学习模型和大型神经网络提供实心基线。我们释放了我们的完整代码和数据，并提供了一种简单且易于使用的界面来评估新方法。

近年来，深度学习显示了广泛区域的潜力和效率，包括计算机视觉，图像和信号处理。然而，由于缺乏算法决策和结果的解释性，用户应用程序仍然存在转化挑战。这个黑匣子问题对于高风险应用程序（例如与医疗相关的决策制定）尤其有问题。当前的研究目标是设计一个可解释的深度学习系统，用于对脑电图的时间序列分类（EEG）进行睡眠阶段评分，以此作为设计透明系统的一步。我们已经开发了一个可解释的深神经网络，该网络包括基于内核的层，该层是基于人类专家在视觉分析记录的视觉分析中用于睡眠评分的一组原理。将基于内核的卷积层定义并用作系统的第一层，并可用于用户解释。训练有素的系统及其结果从脑电图信号的微观结构（例如训练的内核）以及每个内核对检测到的阶段的效果，宏观结构（例如阶段之间的过渡）中解释了四个级别。拟议的系统表现出比先前的研究更大的性能，而解释的结果表明，该系统学习了与专家知识一致的信息。

在大脑计算机界面（BCI）研究中，记录数据耗时且昂贵，这限制了对大数据集的访问。这可能会影响BCI系统的性能，因为机器学习方法在很大程度上取决于训练数据集的大小。出现重要的问题：考虑到神经元信号特征（例如，非平稳性），我们可以通过更多数据来实现更高的解码性能来训练解码器吗？在长期BCI研究的情况下，随着时间的推移进一步改善的观点是什么？在这项研究中，我们从两个主要角度研究了长期记录对电动图像解码的影响：有关数据集大小的模型要求和患者适应的潜力。我们评估了长期BCI和四边形NCT02550522的多线性模型和两个深度学习模型（DL）模型，其中包含43个由四脑术患者执行的ECOG记录的43次会议。在实验中，参与者使用运动图像模式执行了3D虚拟手工翻译。我们设计了多个计算实验，其中增加或翻译了训练数据集，以研究模型的性能与影响记录的不同因素之间的关系。我们的分析表明，在培训数据集中添加更多数据可能不会立即提高已经包含40分钟信号的数据集的性能。与多线性模型相比，DL解码器在数据集大小上显示出类似的要求，同时证明了更高的解码性能。此外，通过在实验后面记录的相对较小的数据集获得了高解码性能，这表明运动图像模式得到改善和患者适应。最后，我们提出了UMAP嵌入和局部固有维度，以可视化数据并可能评估数据质量。

我们提出了Parse，这是一种新颖的半监督结构，用于学习强大的脑电图表现以进行情感识别。为了减少大量未标记数据与标记数据有限的潜在分布不匹配，Parse使用成对表示对准。首先，我们的模型执行数据增强，然后标签猜测大量原始和增强的未标记数据。然后将其锐化的标签和标记数据的凸组合锐化。最后，进行表示对准和情感分类。为了严格测试我们的模型，我们将解析与我们实施并适应脑电图学习的几种最先进的半监督方法进行了比较。我们对四个基于公共EEG的情绪识别数据集，种子，种子IV，种子V和Amigos（价和唤醒）进行这些实验。该实验表明，我们提出的框架在种子，种子-IV和Amigos（Valence）中的标记样品有限的情况下，取得了总体最佳效果，同时接近种子V和Amigos中的总体最佳结果（达到第二好） （唤醒）。分析表明，我们的成对表示对齐方式通过减少未标记数据和标记数据之间的分布比对来大大提高性能，尤其是当每类仅1个样本被标记时。

脑电图（EEG）解码旨在识别基于非侵入性测量的脑活动的神经处理的感知，语义和认知含量。当应用于在静态，受控的实验室环境中获取的数据时，传统的EEG解码方法取得了适度的成功。然而，开放世界的环境是一个更现实的环境，在影响EEG录音的情况下，可以意外地出现，显着削弱了现有方法的鲁棒性。近年来，由于其在特征提取的卓越容量，深入学习（DL）被出现为潜在的解决方案。它克服了使用浅架构提取的“手工制作”功能或功能的限制，但通常需要大量的昂贵，专业标记的数据 - 并不总是可获得的。结合具有域特定知识的DL可能允许开发即使具有小样本数据，也可以开发用于解码大脑活动的鲁棒方法。虽然已经提出了各种DL方法来解决EEG解码中的一些挑战，但目前缺乏系统的教程概述，特别是对于开放世界应用程序。因此，本文为开放世界EEG解码提供了对DL方法的全面调查，并确定了有前途的研究方向，以激发现实世界应用中的脑电图解码的未来研究。

深度学习（DL）已在脑电图（EEG）基于脑电图（EEG）的大部分应用中广泛研究，尤其是在过去五年中对于运动成像（MI）分类。 MI-EEG分类的主流DL方法使用卷积神经网络（CNN）利用EEG信号的暂时性模式，这些模式在视觉图像中取得了显着成功。但是，由于视觉图像的统计特征从根本上偏离了脑电图信号，因此出现了一个自然的问题，除了CNN之外是否存在替代网络体系结构。为了解决这个问题，我们提出了一个名为Tensor-CSPNET的新型几何深度学习（GDL）框架，该框架是源自对称阳性（SPD）的EEG信号的空间协方差矩阵（SPD）歧管（SPD）歧管，并完全捕获了使用临时性跨性别模式，并使用现有的深神经网络捕获了现有的深神经网络SPD流形，与许多成功的MI-EEG分类器的经验集成以优化框架。在实验中，张量-CSPNET在两个常用的MI-EEG数据集中的交叉验证和保留方案上达到或略微优于当前最新性能。此外，可视化和可解释性分析还表现出张量-CSPNET对MI-EEG分类的有效性。总而言之，在这项研究中，我们通过将DL方法概括为SPD歧管，为问题提供了可行的答案，该方法表明了MI-EEG分类的特定GDL方法的开始。

衡量心理工作量的主要原因是量化执行任务以预测人类绩效的认知成本。不幸的是，一种评估具有一般适用性的心理工作量的方法。这项研究提出了一种新型的自我监督方法，用于从脑电图数据中使用深度学习和持续的大脑率，即认知激活的指标，而无需人类声明性知识，从而从脑电图数据进行了精神负荷建模。该方法是可培训的卷积复发性神经网络，该神经网络可通过空间保留脑电图数据的光谱地形图训练，以适合大脑速率变量。发现证明了卷积层从脑电图数据中学习有意义的高级表示的能力，因为受试者内模型的测试平均绝对百分比误差平均为11％。尽管确实提高了其准确性，但增加了用于处理高级表示序列的长期期内存储层并不重要。发现指出，认知激活的高级高水平表示存在准稳定的块，因为它们可以通过卷积诱导，并且似乎随着时间的流逝而彼此依赖，从而直观地与大脑反应的非平稳性质相匹配。跨主体模型，从越来越多的参与者的数据诱导，因此包含更多的可变性，获得了与受试者内模型相似的精度。这突出了人们在人们之间诱发的高级表示的潜在普遍性，这表明存在非依赖于受试者的认知激活模式。这项研究通过为学者提供一种用于心理工作负载建模的新型计算方法来促进知识的体系，该方法旨在通常适用，不依赖于支持可复制性和可复制性的临时人工制作的模型。

The access to activity of subcortical structures offers unique opportunity for building intention dependent brain-computer interfaces, renders abundant options for exploring a broad range of cognitive phenomena in the realm of affective neuroscience including complex decision making processes and the eternal free-will dilemma and facilitates diagnostics of a range of neurological deceases. So far this was possible only using bulky, expensive and immobile fMRI equipment. Here we present an interpretable domain grounded solution to recover the activity of several subcortical regions from the multichannel EEG data and demonstrate up to 60% correlation between the actual subcortical blood oxygenation level dependent sBOLD signal and its EEG-derived twin. Then, using the novel and theoretically justified weight interpretation methodology we recover individual spatial and time-frequency patterns of scalp EEG predictive of the hemodynamic signal in the subcortical nuclei. The described results not only pave the road towards wearable subcortical activity scanners but also showcase an automatic knowledge discovery process facilitated by deep learning technology in combination with an interpretable domain constrained architecture and the appropriate downstream task.

为了开发有效和高效的脑电器界面（BCI）系统，非常需要精确地解码脑电图（EEG）测量的大脑活动。传统作品在不考虑电极之间的拓扑关系的情况下分类EEG信号。然而，神经科学研究越来越强调了脑动力学的网络模式。因此，电极的欧几里德结构可能无法充分反映信号之间的相互作用。为了填补差距，提出了一种基于图形卷积神经网络（GCNS）的新型深度学习框架，以增强在不同类型的电动机图像（MI）任务期间的原始EEG信号的解码性能，同时与电极的功能拓扑关系协作。基于绝对Pearson的总体信号矩阵，建立了EEG电极的图拉普拉斯。由图形卷积层构建的GCNS-NET学会了广义特征。遵循的汇集层减少了维度，并且完全连接的软墨幅层衍射最终预测。已介绍的方法已被证明可以为个性化和群体的预测汇聚。与现有研究相比，它分别在受试者和组级别实现了最高平均准确度，93.056％和88.57％（物理仪数据集），96.24％和80.89％（高伽玛数据集），这表明个人适应性和鲁棒性变化性。此外，在交叉验证的重复实验中，性能稳定地再现。为了得出结论，基于功能拓扑关系的GCNS-Net滤波器EEG信号，该关系管理用于解码脑电机图像的相关特征。