Subject-Independent Deep Learning Framework for Motor Imagery Electroencephalogram Decoding in Neurorehabilitation

运动表象 计算机科学 人工智能 脑-机接口 一般化 解码方法 深度学习 脑电图 卷积神经网络 代表(政治) 面子(社会学概念) 模式识别(心理学) 对偶(语法数字) 机器学习 语音识别 班级(哲学) 编码(内存) 特征提取 学习迁移 数据建模 任务分析 特征学习 面部识别系统 外部数据表示 接口(物质)
作者
Xicheng Lou,Xinwei Li,Hongying Meng,Zhangyong Li
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:PP: 1-13
标识
DOI:10.1109/jbhi.2026.3689121
摘要

Motor imagery (MI) has emerged as a pivotal paradigm in non-invasive brain-computer interfaces (BCIs) for neurorehabilitation, enabling motor function restoration through mental rehearsal of movements. However, traditional MI electroencephalogram (EEG) classification models face significant challenges due to high inter-subject variability and the expensive requirement of annotated EEG data for each new subject. To tackle these limitations, we introduce a deep learning framework, the Dual-branch Subject-aligned Generalization Network (DSGNet). DSGNet simultaneously extracts temporal and spectral EEG features through dual complementary convolutional branches and incorporates a novel class alignment loss to enforce domain-invariant representation across subjects, enabling generalization to unseen individuals without requiring subject-specific labeled data. We evaluate DSGNet on four public MI-EEG datasets-OpenBMI, BCI Competition IV 2a, SHU Version 5, and BCI Competition IV 2b-under a rigorous leave-one-subject-out cross-validation protocol. Experimental results show that DSGNet achieves the highest accuracy on the three-class and four-class datasets, with improvements of 0.22% and 2.15% over the strongest baselines, respectively, while maintaining comparable performance on the binary-class dataset. These findings highlight the effectiveness of class-structure alignment in developing reliable subject-independent BCI systems for neurorehabilitation.
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