Federated Motor Imagery Classification for Privacy-Preserving Brain-Computer Interfaces

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作者
Tianwang Jia,Lubin Meng,Siyang Li,Jiajing Liu,Dongrui Wu
出处
期刊:IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:32: 3442-3451 被引量:12
标识
DOI:10.1109/tnsre.2024.3457504
摘要

Training an accurate classifier for EEG-based brain-computer interface (BCI) requires EEG data from a large number of users, whereas protecting their data privacy is a critical consideration. Federated learning (FL) is a promising solution to this challenge. This paper proposes Federated classification with local Batch-specific batch normalization and Sharpness-aware minimization (FedBS) for privacy protection in EEG-based motor imagery (MI) classification. FedBS utilizes local batch-specific batch normalization to reduce data discrepancies among different clients, and sharpness-aware minimization optimizer in local training to improve model generalization. Experiments on three public MI datasets using three popular deep learning models demonstrated that FedBS outperformed six state-of-the-art FL approaches. Remarkably, it also outperformed centralized training, which does not consider privacy protection at all. In summary, FedBS protects user EEG data privacy, enabling multiple BCI users to participate in large-scale machine learning model training, which in turn improves the BCI decoding accuracy.
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