最近，先进的技术在解决大量数据的各种问题方面具有无限的潜力。但是，这些技术尚未显示出处理脑信号的脑部计算机界面（BCIS）的竞争性能。基本上，大脑信号很难大量收集，特别是在自发的BCI中，信息量将很少。此外，我们猜想任务之间的高空间和时间相似性增加了预测难度。我们将这个问题定义为稀疏条件。为了解决这个问题，引入了分解方法，以允许模型从潜在空间获得不同的表示。为此，我们提出了两个功能提取器：通过对抗性学习作为生成器的对抗性学习训练一个类别的模块；特定于类的模块利用分类产生的损失函数，以便使用传统方法提取功能。为了最大程度地减少班级和特定于类的特定功能共享的潜在空间，该模型在正交约束下进行了训练。结果，将EEG信号分解为两个独立的潜在空间。评估是在单臂运动图像数据集上进行的。从结果中，我们证明了将脑电图信号分解的，该模型可以在稀疏条件下提取富裕和决定性的特征。
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Brain-computer interface (BCI) uses brain signals to communicate with external devices without actual control. Particularly, BCI is one of the interfaces for controlling the robotic arm. In this study, we propose a knowledge distillation-based framework to manipulate robotic arm through hybrid paradigm induced EEG signals for practical use. The teacher model is designed to decode input data hierarchically and transfer knowledge to student model. To this end, soft labels and distillation loss functions are applied to the student model training. According to experimental results, student model achieved the best performance among the singular architecture-based methods. It is confirmed that using hierarchical models and knowledge distillation, the performance of a simple architecture can be improved. Since it is uncertain what knowledge is transferred, it is important to clarify this part in future studies.
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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。
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The key to electroencephalography (EEG)-based brain-computer interface (BCI) lies in neural decoding, and its accuracy can be improved by using hybrid BCI paradigms, that is, fusing multiple paradigms. However, hybrid BCIs usually require separate processing processes for EEG signals in each paradigm, which greatly reduces the efficiency of EEG feature extraction and the generalizability of the model. Here, we propose a two-stream convolutional neural network (TSCNN) based hybrid brain-computer interface. It combines steady-state visual evoked potential (SSVEP) and motor imagery (MI) paradigms. TSCNN automatically learns to extract EEG features in the two paradigms in the training process, and improves the decoding accuracy by 25.4% compared with the MI mode, and 2.6% compared with SSVEP mode in the test data. Moreover, the versatility of TSCNN is verified as it provides considerable performance in both single-mode (70.2% for MI, 93.0% for SSVEP) and hybrid-mode scenarios (95.6% for MI-SSVEP hybrid). Our work will facilitate the real-world applications of EEG-based BCI systems.
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基于脑电图（EEG）的脑生物识别技术已被越来越多地用于个人鉴定。传统的机器学习技术以及现代的深度学习方法已采用有希望的结果。在本文中，我们提出了EEG-BBNET，这是一个混合网络，该网络将卷积神经网络（CNN）与图形卷积神经网络（GCNN）集成在一起。 CNN在自动特征提取方面的好处以及GCNN通过图形表示在EEG电极之间学习连通性的能力被共同利用。我们检查了各种连通性度量，即欧几里得距离，皮尔逊的相关系数，相锁定值，相位滞后指数和RHO索引。在由各种脑部计算机界面（BCI）任务组成的基准数据集上评估了所提出的方法的性能，并将其与其他最先进的方法进行了比较。我们发现，使用会议内数据的平均正确识别率最高99.26％，我们的模型在事件相关电位（ERP）任务中的所有基线都优于所有基准。具有Pearson相关性和RHO指数的EEG-BBNET提供了最佳的分类结果。此外，我们的模型使用会议间和任务数据显示出更大的适应性。我们还研究了我们提出的模型的实用性，该模型的电极数量较少。额叶区域上的电极放置似乎最合适，性能损失最少。
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目的：卷积神经网络（CNN）在脑部计算机界面（BCI）领域表现出巨大的潜力，因为它们能够直接处理无人工特征提取而直接处理原始脑电图（EEG）。原始脑电图通常表示为二维（2-D）矩阵，由通道和时间点组成，忽略了脑电图的空间拓扑信息。我们的目标是使带有原始脑电图信号的CNN作为输入具有学习EEG空间拓扑特征的能力，并改善其分类性能，同时实质上保持其原始结构。方法：我们提出了一个EEG地形表示模块（TRM）。该模块由（1）从原始脑电图信号到3-D地形图的映射块和（2）从地形图到与输入相同大小的输出的卷积块组成。我们将TRM嵌入了3个广泛使用的CNN中，并在2种不同类型的公开数据集中测试了它们。结果：结果表明，使用TRM后，两个数据集都在两个数据集上提高了3个CNN的分类精度。在模拟驾驶数据集（EBDSDD）和2.83 \％，2.17 \％和2.17 \％\％和2.17 \％和2.00 \％的紧急制动器上，具有TRM的DeepConvnet，Eegnet和ShandowConvnet的平均分类精度提高了4.70 \％，1.29 \％和0.91 \％高γ数据集（HGD）。意义：通过使用TRM来挖掘脑电图的空间拓扑特征，我们在2个数据集上提高了3个CNN的分类性能。另外，由于TRM的输出的大小与输入相同，因此任何具有RAW EEG信号的CNN作为输入可以使用此模块而无需更改原始结构。
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目的：脑电图（EEG）和肌电图（EMG）是两个非侵入性的生物信号，它们在人类机器界面（HMI）技术（EEG-HMI和EMG-HMI范式）中广泛用于康复，用于康复的物理残疾人。将脑电图和EMG信号成功解码为各自的控制命令是康复过程中的关键步骤。最近，提出了几个基于卷积的神经网络（CNN）架构，它们直接将原始的时间序列信号映射到决策空间中，并同时执行有意义的特征提取和分类的过程。但是，这些网络是根据学习给定生物信号的预期特征量身定制的，并且仅限于单个范式。在这项工作中，我们解决了一个问题，即我们可以构建一个单个体系结构，该架构能够从不同的HMI范式中学习不同的功能并仍然成功地对其进行分类。方法：在这项工作中，我们引入了一个称为Controanet的单个混合模型，该模型基于CNN和Transformer架构，该模型对EEG-HMI和EMG-HMI范式同样有用。 Contranet使用CNN块在模型中引入电感偏置并学习局部依赖性，而变压器块则使用自我注意机制来学习信号中的长距离依赖性，这对于EEG和EMG信号的分类至关重要。主要结果：我们在三个属于EEG-HMI和EMG-HMI范式的公开数据集上评估并比较了Contronet与最先进的方法。 Contranet在所有不同类别任务（2级，3类，4级和10级解码任务）中的表现优于其对应。意义：结果表明，与当前的最新算法状态相比，从不同的HMI范式中学习不同的特征并概述了矛盾。
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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。
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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。
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视觉关注估计是不同学科的十字路口的一个积极的研究领域：计算机视觉，人工智能和医学。估计表示关注的显着图的最常见方法之一是基于观察到的图像。在本文中，我们表明可以从EEG采集中检索视觉注意力。结果与观察到的图像的传统预测相当，这具有很大的兴趣。为此目的，已经记录了一组信号，并且已经开发出不同的模型来研究视觉关注与大脑活动之间的关系。结果令人鼓舞，与其他方式的其他方法令人鼓舞，与其他方式相比。本文考虑的代码和数据集已在\ URL {https://figshare.com/s/3e353bd1c621962888AD}中提供，以促进该领域的研究。
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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。
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我们开发了一种图形用户界面（GUI），可删除，专用于卷积神经网络（CNN）模型培训和脑电图（EEG）解码的可视化。可用功能包括在时间和空间表示方面的模型培训，评估和参数可视化。我们使用良好研究的公共数据集进行了Motor-Immery EEG的公共数据集，并将结果与现有的神经科学知识进行比较。卓越的主要目标是为跨学科的调查人员提供一种快速，简化和用户友好的EEG解码解决方案，以利用脑/神经科学研究中的尖端方法。
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工作记忆（WM）表示在脑海中存储的信息，是人类认知领域的一个基本研究主题。可以监测大脑的电活动的脑电图（EEG）已被广泛用于测量WM的水平。但是，关键的挑战之一是个体差异可能会导致无效的结果，尤其是当既定模型符合陌生主题时。在这项工作中，我们提出了一个具有空间注意力（CS-DASA）的跨主题深层适应模型，以概括跨科目的工作负载分类。首先，我们将EEG时间序列转换为包含空间，光谱和时间信息的多帧EEG图像。首先，CS-DASA中的主题共享模块从源和目标主题中接收多帧的EEG图像数据，并学习了共同的特征表示。然后，在特定于主题的模块中，实现了最大平均差异，以测量重现的内核希尔伯特空间中的域分布差异，这可以为域适应增加有效的罚款损失。此外，采用主题对象的空间注意机制专注于目标图像数据的判别空间特征。在包含13个受试者的公共WM EEG数据集上进行的实验表明，所提出的模型能够达到比现有最新方法更好的性能。
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识别准确性和响应时间既批判性均在建筑实际脑电图（EEG）的脑电电脑界面（BCI）领先期。然而，最近的方法在分类准确度或响应时间内损害。本文提出了一种新颖的深度学习方法，旨在基于头皮EEG的显着准确和敏感的电动机图像（MI）识别。双向长期内存（BILSTM），带有注意机制管理，从原始EEG信号中导出相关特征。连接的图形卷积神经网络（GCN）通过与来自整体数据的拓扑结构协作来促进解码性能。 0.4-第二检测框架显着基于个体和群体培训的有效和有效的预测，分别具有98.81％和94.64％的准确性，这取得了卓越的所有最先进的研究。引入的深度特征挖掘方法可以精确地识别来自原始EEG信号的人类运动意图，该信号铺设了将基于EEG的MI识别转换为实用BCI系统。
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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。
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人们对人类情感状态的稀疏代表性格式的需求日益增长，这些格式可以在有限的计算记忆资源的情况下使用。我们探讨了在潜在矢量空间中代表神经数据对情绪刺激的响应是否可以用于预测情绪状态，并生成参与者和/或情绪特定于情绪的合成EEG数据。我们提出了一个有条件的基于变异自动编码器的框架EEG2VEC，以从脑电图数据中学习生成歧视性表示。关于情感脑电图记录数据集的实验结果表明，我们的模型适用于无监督的脑电图建模，基于潜在表示的三个不同情绪类别（正，中性，负）的分类，可实现68.49％的稳健性能，并产生的合成eeg序列共同存在于真实的脑电图数据输入到特别重建低频信号组件。我们的工作推进了情感脑电图表示可以在例如生成人工（标签）训练数据或减轻手动功能提取的领域，并为记忆约束的边缘计算应用程序提供效率。
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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。
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尽管能够隔离视觉数据，但人类花了一些时间来检查一块，更不用说数千或数百万个样本了。深度学习模型在现代计算的帮助下有效地处理了相当大的信息。但是，他们可疑的决策过程引起了相当大的关注。最近的研究已经确定了一种新的方法，可以从EEG信号中提取图像特征，并将其与标准图像特征相结合。这些方法使深度学习模型更容易解释，并且还可以更快地将模型收敛。受最近研究的启发，我们开发了一种编码脑电图信号作为图像的有效方法，以促进使用深度学习模型对大脑信号的更微妙的理解。在此类编码方法中，我们使用两个变体对对应于39个图像类的编码EEG信号对六个受试者的分层数据集的基准精度为70％，这远高于现有工作。与纯净的深度学习方法的准确性稍好相比，我们的图像分类方法具有共同的EEG功能的精度为82％。然而，它证明了该理论的生存能力。
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认识到人类的感情在日常沟通中发挥着关键作用。神经科学已经证明，不同的情绪状态存在于不同脑区，脑电图频带和颞戳中不同程度的激活。在本文中，我们提出了一种新颖的结构来探索情感认可的信息脑电图。所提出的模块，由PST-Integn表示，由位置，光谱和颞件注意力模块组成，用于探索更多辨别性EEG特征。具体地，位置注意模块是捕获在空间尺寸中的不同情绪刺激的激活区域。光谱和时间注意力模块分别分配不同频带和时间片的权重。我们的方法是自适应的，也可以符合其作为插入式模块的3D卷积神经网络（3D-CNN）。我们在两个现实世界数据集进行实验。 3D-CNN结合我们的模块实现了有希望的结果，并证明了PST-关注能够从脑电图中捕获稳定的情感识别模式。
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2021-12-14
神经科学领域的研究揭示了情绪模式和脑功能区域之间的关系，展示了不同脑区之间的动态关系是影响通过脑电图（EEG）确定的情绪识别的必要因素。此外，在脑电情绪识别中，我们可以观察到，基于相同的脑电图数据，我们可以观察到粗粒情绪之间的粗粒情绪之间的边界;这表明大型粗糙和小细粒度情绪变化的同意。因此，来自粗糙到细粒度类别的渐进分类过程可能有助于EEG情绪识别。因此，在本研究中，我们提出了一种逐步的图表卷积网络（PGCN），用于捕获EEG情绪信号中的这种固有特性，并逐步学习鉴别性EEG特征。为了适应不同的EEG模式，我们构建了一个双图模块，以表征不同EEG通道之间的内在关系，其中包含神经科学研究的动态功能连接和脑区的静态空间接近信息。此外，通过观察粗糙和细粒度的情绪之间的关系，我们采用双头模块，使PGCN能够逐步了解更多辨别性EEG特征，从粗粒（简单）到细粒度的类别（困难），参考情绪的分层特征。为了验证我们模型的性能，在两个公共数据集中进行了广泛的实验：种子-46和多模态生理情绪数据库（MPED）。
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