EEG-Based Emotion Recognition Using Regularized Graph Neural Networks

脑电图 邻接矩阵 计算机科学 人工智能 图形 模式识别(心理学) 人工神经网络 邻接表 心理学 神经科学 算法 理论计算机科学
作者
Peixiang Zhong,Di Wang,Chunyan Miao
出处
期刊:IEEE Transactions on Affective Computing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13 (3): 1290-1301 被引量:814
标识
DOI:10.1109/taffc.2020.2994159
摘要

Electroencephalography (EEG) measures the neuronal activities in different brain regions via electrodes. Many existing studies on EEG-based emotion recognition do not fully exploit the topology of EEG channels. In this article, we propose a regularized graph neural network (RGNN) for EEG-based emotion recognition. RGNN considers the biological topology among different brain regions to capture both local and global relations among different EEG channels. Specifically, we model the inter-channel relations in EEG signals via an adjacency matrix in a graph neural network where the connection and sparseness of the adjacency matrix are inspired by neuroscience theories of human brain organization. In addition, we propose two regularizers, namely node-wise domain adversarial training (NodeDAT) and emotion-aware distribution learning (EmotionDL), to better handle cross-subject EEG variations and noisy labels, respectively. Extensive experiments on two public datasets, SEED, and SEED-IV, demonstrate the superior performance of our model than state-of-the-art models in most experimental settings. Moreover, ablation studies show that the proposed adjacency matrix and two regularizers contribute consistent and significant gain to the performance of our RGNN model. Finally, investigations on the neuronal activities reveal important brain regions and inter-channel relations for EEG-based emotion recognition.
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