Effective Emotion Recognition by Learning Discriminative Graph Topologies in EEG Brain Networks

判别式 计算机科学 脑电图 网络拓扑 特征提取 人工智能 图形 模式识别(心理学) 情绪分类 情绪识别 人工神经网络 机器学习 语音识别 心理学 理论计算机科学 精神科 操作系统
作者
Cunbo Li,Peiyang Li,Yangsong Zhang,Ning Li,Yajing Si,Fali Li,Zehong Cao,Huafu Chen,Badong Chen,Dezhong Yao,Peng Xu
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:35 (8): 10258-10272 被引量:88
标识
DOI:10.1109/tnnls.2023.3238519
摘要

Multichannel electroencephalogram (EEG) is an array signal that represents brain neural networks and can be applied to characterize information propagation patterns for different emotional states. To reveal these inherent spatial graph features and increase the stability of emotion recognition, we propose an effective emotion recognition model that performs multicategory emotion recognition with multiple emotion-related spatial network topology patterns (MESNPs) by learning discriminative graph topologies in EEG brain networks. To evaluate the performance of our proposed MESNP model, we conducted single-subject and multisubject four-class classification experiments on two public datasets, MAHNOB-HCI and DEAP. Compared with existing feature extraction methods, the MESNP model significantly enhances the multiclass emotional classification performance in the single-subject and multisubject conditions. To evaluate the online version of the proposed MESNP model, we designed an online emotion monitoring system. We recruited 14 participants to conduct the online emotion decoding experiments. The average online experimental accuracy of the 14 participants was 84.56%, indicating that our model can be applied in affective brain-computer interface (aBCI) systems. The offline and online experimental results demonstrate that the proposed MESNP model effectively captures discriminative graph topology patterns and significantly improves emotion classification performance. Moreover, the proposed MESNP model provides a new scheme for extracting features from strongly coupled array signals.
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