A Spiking Neural Network With Adaptive Graph Convolution and LSTM for EEG-Based Brain-Computer Interfaces

计算机科学 脑-机接口 脑电图 人工智能 Spike(软件开发) 尖峰神经网络 图形 模式识别(心理学) 语音识别 人工神经网络 理论计算机科学 神经科学 生物 软件工程
作者
Peiliang Gong,Pengpai Wang,Yanqing Zhou,Daoqiang Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31: 1440-1450 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tnsre.2023.3246989
摘要

Electroencephalography (EEG) signals classification is essential for the brain-computer interface (BCI). Recently, energy-efficient spiking neural networks (SNNs) have shown great potential in EEG analysis due to their ability to capture the complex dynamic properties of biological neurons while also processing stimulus information through precisely timed spike trains. However, most existing methods do not effectively mine the specific spatial topology of EEG channels and temporal dependencies of the encoded EEG spikes. Moreover, most are designed for specific BCI tasks and lack some generality. Hence, this study presents a novel SNN model with the customized spike-based adaptive graph convolution and long short-term memory (LSTM), termed SGLNet, for EEG-based BCIs. Specifically, we first adopt a learnable spike encoder to convert the raw EEG signals into spike trains. Then, we tailor the concepts of the multi-head adaptive graph convolution to SNN so that it can make good use of the intrinsic spatial topology information among distinct EEG channels. Finally, we design the spike-based LSTM units to further capture the temporal dependencies of the spikes. We evaluate our proposed model on two publicly available datasets from two representative fields of BCI, notably emotion recognition, and motor imagery decoding. The empirical evaluations demonstrate that SGLNet consistently outperforms existing state-of-the-art EEG classification algorithms. This work provides a new perspective for exploring high-performance SNNs for future BCIs with rich spatiotemporal dynamics.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
sai发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
2秒前
王a发布了新的文献求助30
3秒前
完美世界应助4u采纳,获得10
3秒前
rortis发布了新的文献求助10
3秒前
EliotFang完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
发酱发布了新的文献求助10
4秒前
所所应助独特广山采纳,获得10
4秒前
拉姆发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
5秒前
5秒前
阿良完成签到,获得积分10
5秒前
我又不乱来完成签到,获得积分10
6秒前
sxd完成签到 ,获得积分10
6秒前
嘻嘻不嘻嘻完成签到,获得积分10
6秒前
马焕发布了新的文献求助10
6秒前
烂漫的紫槐完成签到,获得积分10
6秒前
Ankhtt完成签到,获得积分20
7秒前
Adler发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
8秒前
9秒前
9秒前
luoyun发布了新的文献求助10
9秒前
夏季完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
10秒前
滴滴叭叭完成签到,获得积分10
11秒前
隔壁小孩完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
xiong完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
12秒前
123发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
小巧的绮南完成签到,获得积分10
14秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
48V Low-voltage Power Distribution Network (PDN) Architecture Industry Report, 2024 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
Direct and Iterative Linear System Solvers 500
Plato's Parmenides. A Constructive Reading 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7301003
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8919355
关于积分的说明 18890898
捐赠科研通 6965728
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3211290
关于科研通互助平台的介绍 2380363
邀请新用户注册赠送积分活动 2188075