Channel reflection: Knowledge-driven data augmentation for EEG-based brain–computer interfaces

计算机科学 脑电图 脑-机接口 反射(计算机编程) 人工智能 频道(广播) 人机交互 神经科学 心理学 程序设计语言 电信
作者
Ziwei Wang,Siyang Li,Jingwei Luo,Jiajing Liu,Dongrui Wu
出处
期刊:Neural Networks [Elsevier]
卷期号:176: 106351-106351 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.neunet.2024.106351
摘要

A brain–computer interface (BCI) enables direct communication between the human brain and external devices. Electroencephalography (EEG) based BCIs are currently the most popular for able-bodied users. To increase user-friendliness, usually a small amount of user-specific EEG data are used for calibration, which may not be enough to develop a pure data-driven decoding model. To cope with this typical calibration data shortage challenge in EEG-based BCIs, this paper proposes a parameter-free channel reflection (CR) data augmentation approach that incorporates prior knowledge on the channel distributions of different BCI paradigms in data augmentation. Experiments on eight public EEG datasets across four different BCI paradigms (motor imagery, steady-state visual evoked potential, P300, and seizure classifications) using different decoding algorithms demonstrated that: (1) CR is effective, i.e., it can noticeably improve the classification accuracy; (2) CR is robust, i.e., it consistently outperforms existing data augmentation approaches in the literature; and, (3) CR is flexible, i.e., it can be combined with other data augmentation approaches to further improve the performance. We suggest that data augmentation approaches like CR should be an essential step in EEG-based BCIs. Our code is available online.
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