A Multi-view CNN with Novel Variance Layer for Motor Imagery Brain Computer Interface

判别式 脑-机接口 计算机科学 运动表象 卷积神经网络 人工智能 模式识别(心理学) 可视化 深度学习 脑电图 特征学习 特征提取 特征(语言学) 代表(政治) 语音识别 心理学 语言学 哲学 精神科 政治 政治学 法学
作者
Ravikiran Mane,Neethu Robinson,A. P. Vinod,Seong‐Whan Lee,Cuntai Guan
标识
DOI:10.1109/embc44109.2020.9175874
摘要

Accurate and robust classification of Motor Imagery (MI) from Electroencephalography (EEG) signals is among the most challenging tasks in Brain-Computer Interface (BCI) field. To address this challenge, this paper proposes a novel, neuro-physiologically inspired convolutional neural network (CNN) named Filter-Bank Convolutional Network (FBCNet) for MI classification. Capturing neurophysiological signatures of MI, FBCNet first creates a multi-view representation of the data by bandpass-filtering the EEG into multiple frequency bands. Next, spatially discriminative patterns for each view are learned using a CNN layer. Finally, the temporal information is aggregated using a new variance layer and a fully connected layer classifies the resultant features into MI classes. We evaluate the performance of FBCNet on a publicly available dataset from Korea University for classification of left vs right hand MI in a subject-specific 10-fold cross-validation setting. Results show that FBCNet achieves more than 6.7% higher accuracy compared to other state-of-the-art deep learning architectures while requiring less than 1% of the learning parameters. We explain the higher classification accuracy achieved by FBCNet using feature visualization where we show the superiority of FBCNet in learning interpretable and highly generalizable discriminative features. We provide the source code of FBCNet for reproducibility of results.
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