EEG-TCNet: An Accurate Temporal Convolutional Network for Embedded Motor-Imagery Brain–Machine Interfaces

计算机科学 脑电图 脑-机接口 人工智能 内存占用 卷积神经网络 运动表象 超参数 水准点(测量) 推论 模式识别(心理学) 深度学习 机器学习 心理学 大地测量学 精神科 地理 操作系统
作者
Thorir Mar Ingolfsson,Michael Hersche,Xiaying Wang,Nobuaki Kobayashi,Lukas Cavigelli,Luca Benini
标识
DOI:10.1109/smc42975.2020.9283028
摘要

In recent years, deep learning (DL) has contributed significantly to the improvement of motor-imagery brain-machine interfaces (MI-BMIs) based on electroencephalography (EEG). While achieving high classification accuracy, DL models have also grown in size, requiring a vast amount of memory and computational resources. This poses a major challenge to an embedded BMI solution that guarantees user privacy, reduced latency, and low power consumption by processing the data locally. In this paper, we propose EEG-TCNet, a novel temporal convolutional network (TCN) that achieves outstanding accuracy while requiring few trainable parameters. Its low memory footprint and low computational complexity for inference make it suitable for embedded classification on resource-limited devices at the edge. Experimental results on the BCI Competition IV-2a dataset show that EEG-TCNet achieves 77.35% classification accuracy in 4-class MI. By finding the optimal network hyperparameters per subject, we further improve the accuracy to 83.84%. Finally, we demonstrate the versatility of EEG-TCNet on the Mother of All BCI Benchmarks (MOABB), a large scale test benchmark containing 12 different EEG datasets with MI experiments. The results indicate that EEG-TCNet successfully generalizes beyond one single dataset, outperforming the current state-of-the-art (SoA) on MOABB by a meta-effect of 0.25.
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