STeCANet: spatio-temporal cross attention network for brain computer interface systems using EEG-fNIRS signals

计算机科学 脑-机接口 人工智能 脑电图 异步(计算机编程) 域适应 一般化 神经影像学 Boosting(机器学习) 接口(物质) 功能近红外光谱 机器学习 人工神经网络 运动表象 认知 适应(眼睛) 传感器融合 限制 领域(数学分析) 模式识别(心理学) 适应性 对抗制 功能磁共振成像 语音识别 深度学习 自适应系统
作者
Mohd Faisal,Sudarsan Sahoo,Jupitara Hazarika
出处
期刊:Journal of Neural Engineering [IOP Publishing]
卷期号:22 (6): 066035-066035 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1741-2552/ae2954
摘要

Abstract Objective. Multimodal neuroimaging fusion has shown promise in enhancing brain–computer interface (BCI) performance by capturing complementary neural dynamics. However, most existing fusion frameworks inadequately model the temporal asynchrony and adaptive fusion between electroencephalography (EEG) and functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), thereby limiting their ability to generalize across sessions and subjects. This work aims to develop an adaptive fusion framework that effectively aligns and integrates EEG and fNIRS representations to improve cross-session and cross-subject generalization in BCI applications. Approach . To address this, we propose STeCANet, a novel Spatiotemporal Cross-Attention Network that integrates EEG and fNIRS signals through hierarchical attention-based alignment. The model leverages fNIRS-guided spatial attention, EEG-fNIRS temporal alignment, adaptive fusion, and adversarial training to ensure robust cross-modal interaction and spatiotemporal consistency. Main results . Evaluations across three cognitive paradigms, namely motor imagery, mental arithmetic, and word generation, demonstrate that STeCANet significantly outperforms unimodal and recent multimodal baselines under both session-independent and subject-independent settings. Ablation studies confirm the contribution of each sub-module and loss function, including the domain adaptation component, in boosting classification accuracy and robustness. Significance . These results suggest that STeCANet offers a robust and interpretable solution for next-generation BCI applications.
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