Dynamic decomposition graph convolutional neural network for SSVEP-based brain–computer interface

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作者
Shubin Zhang,Dong An,Jincun Liu,Jiannan Chen,Yaoguang Wei,Fuchun Sun
出处
期刊:Neural Networks [Elsevier BV]
卷期号:172: 106075-106075 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.neunet.2023.12.029
摘要

The SSVEP-based paradigm serves as a prevalent approach in the realm of brain-computer interface (BCI). However, the processing of multi-channel electroencephalogram (EEG) data introduces challenges due to its non-Euclidean characteristic, necessitating methodologies that account for inter-channel topological relations. In this paper, we introduce the Dynamic Decomposition Graph Convolutional Neural Network (DDGCNN) designed for the classification of SSVEP EEG signals. Our approach incorporates layerwise dynamic graphs to address the oversmoothing issue in Graph Convolutional Networks (GCNs), employing a dense connection mechanism to mitigate the gradient vanishing problem. Furthermore, we enhance the traditional linear transformation inherent in GCNs with graph dynamic fusion, thereby elevating feature extraction and adaptive aggregation capabilities. Our experimental results demonstrate the effectiveness of proposed approach in learning and extracting features from EEG topological structure. The results shown that DDGCNN outperforms other state-of-the-art (SOTA) algorithms reported on two datasets (Dataset 1: 54 subjects, 4 targets, 2 sessions; Dataset 2: 35 subjects, 40 targets). Additionally, we showcase the implementation of DDGCNN in the context of synchronized BCI robotic fish control. This work represents a significant advancement in the field of EEG signal processing for SSVEP-based BCIs. Our proposed method processes SSVEP time domain signals directly as an end-to-end system, making it easy to deploy. The code is available at https://github.com/zshubin/DDGCNN.
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