Toward calibration-free motor imagery brain–computer interfaces: a VGG-based convolutional neural network and WGAN approach

脑-机接口 运动表象 计算机科学 人工智能 分类器(UML) 卷积神经网络 脑电图 深度学习 稳健性(进化) 模式识别(心理学) 机器学习 语音识别 精神科 基因 生物化学 化学 心理学
作者
Ahmed G. Habashi,Ahmed M. Azab,Seif Eldawlatly,Gamal M. Aly
出处
期刊:Journal of Neural Engineering [IOP Publishing]
卷期号:21 (4): 046032-046032 被引量:7
标识
DOI:10.1088/1741-2552/ad6598
摘要

Objective.Motor imagery (MI) represents one major paradigm of Brain-computer interfaces (BCIs) in which users rely on their electroencephalogram (EEG) signals to control the movement of objects. However, due to the inter-subject variability, MI BCIs require recording subject-dependent data to train machine learning classifiers that are used to identify the intended motor action. This represents a challenge in developing MI BCIs as it complicates its calibration and hinders the wide adoption of such a technology.Approach.This study focuses on enhancing cross-subject (CS) MI EEG classification using EEG spectrum images. The proposed calibration-free approach employs deep learning techniques for MI classification and Wasserstein Generative Adversarial Networks (WGAN) for data augmentation. The proposed WGAN generates synthetic spectrum images from the recorded MI-EEG to expand the training dataset; aiming to enhance the classifier's performance. The proposed approach eliminates the need for any calibration data from the target subject, making it more suitable for real-world applications.Main results.To assess the robustness and efficacy of the proposed framework, we utilized the BCI competition IV-2B, IV-2 A, and IV-1 benchmark datasets, employing leave one-subject out validation. Our results demonstrate that using the proposed modified VGG-CNN classifier in addition to WGAN-generated data for augmentation leads to an enhancement in CS accuracy outperforming state-of-the-art methods.Significance.This approach could represent one step forward towards developing calibration-free BCI systems and hence broaden their applications.
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