A brain–computer interface system for lower-limb exoskeletons based on motor imagery and stacked ensemble approach

脑-机接口 计算机科学 支持向量机 外骨骼 运动表象 接口(物质) 人工智能 解码方法 过程(计算) 机器学习 模拟 脑电图 算法 操作系统 精神科 最大气泡压力法 气泡 心理学 并行计算
作者
Jing Zhang,Xuxu Yang,Zilin Liang,Huanzhi Lou,Tong Cui,Cheng Shen,Zhijun Gao
出处
期刊:Review of Scientific Instruments [American Institute of Physics]
卷期号:96 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1063/5.0232481
摘要

Existing lower limb exoskeletons (LLEs) have demonstrated a lack of sufficient patient involvement during rehabilitation training. To address this issue and better incorporate the patient's motion intentions, this paper proposes an online brain-computer interface (BCI) system for LLE based motor imagery and stacked ensemble. The establishment of this online BCI system enables a comprehensive closed-loop control process, which includes the collection and decoding of brain signals, robotic control, and real-time feedback mechanisms. Additionally, an online experimental protocol that integrates visual and proprioceptive feedback is developed. To enhance decoding precision, we proposed a novel classification algorithm based on the stacking technique, termed weighted random forests-support vector machines (WRF-SVM). In this algorithm, WRFs function as the base learning models, while SVMs act as the meta-learning layer. To assess the efficacy of the BCI system and the classification algorithm, eight subjects were recruited for testing. The outcomes of both online and offline experiments exhibit high classification accuracy, confirming the viability and utility of the BCI system. We are confident that our approach holds significant promise for practical applications in the field of LLE technology.
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