Unsupervised feature extraction with autoencoders for EEG based multiclass motor imagery BCI

脑电图 脑-机接口 计算机科学 自编码 人工智能 运动表象 模式识别(心理学) 特征提取 支持向量机 自回归模型 语音识别 人工神经网络 数学 统计 心理学 精神科
作者
Souvik Phadikar,Nidul Sinha,Rajdeep Ghosh
出处
期刊:Expert Systems With Applications [Elsevier]
卷期号:213: 118901-118901 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.eswa.2022.118901
摘要

Decoding of motor imagery (MI) from Electroencephalogram (EEG) is an important component of the Brain-Computer Interface (BCI) system that helps motor-disabled people interact with the outside world via external devices. The main issue in developing the EEG based BCI is the informative confusion due to the non-stationary characteristics of EEG data. In this work, an innovative idea of transforming an EEG signal into the weight vector of an unsupervised neural network called the autoencoder is proposed for the first time to solve that problem. Separate autoencoders are trained for the individual EEG data. The weight vectors are then optimized for the individual EEG signals. The EEG signals are thus represented in a new domain that is in the form of weight vectors of the individual autoencoder. The weight vectors are then used to extract features such as autoregressive coefficients (ARs), Shannon entropy (SE), and wavelet leader. A window-based feature extraction technique is implemented to capture the local features of the EEG data. Finally, extracted features are classified using a classifier network. The proposed approach is tested on two publicly accessible EEG datasets (BCI competition-III and Competition-IV) to ensure that it is as successful as and superior to the previously published methods. The proposed technique achieves a mean accuracy of 95.33 % for dataset-IIIa from BCI-III and a mean accuracy of 97% for dataset-IIa from BCI-IV for four-class EEG-based MI classification. The experimental outcomes show that the proposed approach is a promising way to increase BCI performance.

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