Phase-Locked Time-Shift Data Augmentation Method for SSVEP Brain-Computer Interfaces

脑-机接口 计算机科学 校准 接口(物质) 人工智能 模式识别(心理学) 脑电图 语音识别 数学 统计 并行计算 气泡 最大气泡压力法 心理学 精神科
作者
Ximing Mai,Jikun Ai,Yuxuan Wei,Xiangyang Zhu,Jianjun Meng
出处
期刊:IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31: 4096-4105 被引量:6
标识
DOI:10.1109/tnsre.2023.3323351
摘要

Steady-state visual evoked potential (SSVEP) based brain-computer interfaces (BCIs) have achieved an information transfer rate (ITR) of over 300 bits/min, but abundant training data is required. The performance of SSVEP algorithms deteriorates greatly under limited data, and the existing time-shift data augmentation method fails to improve it because the phase-locked requirement between training samples is violated. To address this issue, this study proposes a novel augmentation method, namely phase-locked time-shift (PLTS), for SSVEP-BCI. The similarity between epochs at different time moments was evaluated, and a unique time-shift step was calculated for each class to augment additional data epochs in each trial. The results showed that the PLTS significantly improved the classification performance of SSVEP algorithms on the BETA SSVEP datasets. Moreover, under the condition of one calibration block, by slightly prolonging the calibration duration (from 48 s to 51.5 s), the ITR increased from 40.88±4.54 bits/min to 122.61±7.05 bits/min with the PLTS. This study provides a new perspective on augmenting data epochs for training-based SSVEP-BCI, promotes the classification accuracy and ITR under limited training data, and thus facilitates the real-life applications of SSVEP-based brain spellers.
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