Decoding Joint-Level Hand Movements with Intracortical Neural Signals in a Human Brain-Computer Interface

计算机科学 脑-机接口 解码方法 接头(建筑物) 接口(物质) 神经解码 语音识别 人工智能 脑电图 神经科学 电信 心理学 建筑工程 气泡 最大气泡压力法 并行计算 工程类
作者
Huaqin Sun,Yu Qi,Xiaodi Wu,Junming Zhu,Jianmin Zhang,Yueming Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-10 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tcds.2024.3409555
摘要

Fine movements of hands play an important role in everyday life. While existing studies have successfully decoded hand gestures or finger movements from brain signals, direct decoding of single-joint kinematics remains challenging. This study aims to investigate the decoding of fine hand movements from a single-joint level. Neural activities were recorded from the motor cortex (MC) of a human participant while imagining eleven hand movements. We comprehensively evaluated the decoding efficiency of various brain signal features, neural decoding algorithms, and single-joint kinematic variables for decoding. Results showed that using the spiking band power (SBP) signals, we could faithfully decode the single-joint angles with an average correlation coefficient of 0.79, outperforming other brain signal features. Nonlinear approaches that incorporate temporal context information, particularly recurrent neural networks, significantly outperform traditional methods. Decoding joint angles yielded superior results compared to joint angular velocities. Our approach facilitates the construction of high-performance brain-computer interfaces for dexterous hand control.
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