MB-MSTFNet: A Multi-Band Spatio-Temporal Attention Network for EEG Sensor-Based Emotion Recognition

计算机科学 脑电图 人工智能 模式识别(心理学) 卷积神经网络 无线传感器网络 心理学 计算机网络 精神科
作者
Cheng Fang,С. Лю,Bing Gao
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:25 (15): 4819-4819
标识
DOI:10.3390/s25154819
摘要

Emotion analysis based on electroencephalogram (EEG) sensors is pivotal for human–machine interaction yet faces key challenges in spatio-temporal feature fusion and cross-band and brain-region integration from multi-channel sensor-derived signals. This paper proposes MB-MSTFNet, a novel framework for EEG emotion recognition. The model constructs a 3D tensor to encode band–space–time correlations of sensor data, explicitly modeling frequency-domain dynamics and spatial distributions of EEG sensors across brain regions. A multi-scale CNN-Inception module extracts hierarchical spatial features via diverse convolutional kernels and pooling operations, capturing localized sensor activations and global brain network interactions. Bi-directional GRUs (BiGRUs) model temporal dependencies in sensor time-series, adept at capturing long-range dynamic patterns. Multi-head self-attention highlights critical time windows and brain regions by assigning adaptive weights to relevant sensor channels, suppressing noise from non-contributory electrodes. Experiments on the DEAP dataset, containing multi-channel EEG sensor recordings, show that MB-MSTFNet achieves 96.80 ± 0.92% valence accuracy, 98.02 ± 0.76% arousal accuracy for binary classification tasks, and 92.85 ± 1.45% accuracy for four-class classification. Ablation studies validate that feature fusion, bidirectional temporal modeling, and multi-scale mechanisms significantly enhance performance by improving feature complementarity. This sensor-driven framework advances affective computing by integrating spatio-temporal dynamics and multi-band interactions of EEG sensor signals, enabling efficient real-time emotion recognition.
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