清晨好,您是今天最早来到科研通的研友!由于当前在线用户较少,发布求助请尽量完整的填写文献信息,科研通机器人24小时在线,伴您科研之路漫漫前行!

A neurophysiologically interpretable deep neural network predicts complex movement components from brain activity

计算机科学 人工智能 人工神经网络 运动(音乐) 神经科学 模式识别(心理学) 生物 物理 声学
作者
Neelesh Kumar,Konstantinos P. Michmizos
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s41598-022-05079-0
摘要

Abstract The effective decoding of movement from non-invasive electroencephalography (EEG) is essential for informing several therapeutic interventions, from neurorehabilitation robots to neural prosthetics. Deep neural networks are most suitable for decoding real-time data but their use in EEG is hindered by the gross classes of motor tasks in the currently available datasets, which are solvable even with network architectures that do not require specialized design considerations. Moreover, the weak association with the underlying neurophysiology limits the generalizability of modern networks for EEG inference. Here, we present a neurophysiologically interpretable 3-dimensional convolutional neural network (3D-CNN) that captured the spatiotemporal dependencies in brain areas that get co-activated during movement. The 3D-CNN received topography-preserving EEG inputs, and predicted complex components of hand movements performed on a plane using a back-drivable rehabilitation robot, namely (a) the reaction time (RT) for responding to stimulus (slow or fast), (b) the mode of movement (active or passive, depending on whether there was an assistive force provided by the apparatus), and (c) the orthogonal directions of the movement (left, right, up, or down). We validated the 3D-CNN on a new dataset that we acquired from an in-house motor experiment, where it achieved average leave-one-subject-out test accuracies of 79.81%, 81.23%, and 82.00% for RT, active vs. passive, and direction classifications, respectively. Our proposed method outperformed the modern 2D-CNN architecture by a range of 1.1% to 6.74% depending on the classification task. Further, we identified the EEG sensors and time segments crucial to the classification decisions of the network, which aligned well with the current neurophysiological knowledge on brain activity in motor planning and execution tasks. Our results demonstrate the importance of biological relevance in networks for an accurate decoding of EEG, suggesting that the real-time classification of other complex brain activities may now be within our reach.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
沙海沉戈完成签到,获得积分0
2秒前
HR112完成签到 ,获得积分10
4秒前
炜大的我完成签到,获得积分10
31秒前
36秒前
42秒前
完美世界应助义气的代桃采纳,获得10
48秒前
义气的代桃完成签到,获得积分20
56秒前
qw1关闭了qw1文献求助
1分钟前
qw1完成签到,获得积分20
1分钟前
wj完成签到 ,获得积分0
2分钟前
kyokyoro完成签到,获得积分10
2分钟前
可靠的书桃完成签到 ,获得积分10
2分钟前
3分钟前
火星上滑板完成签到 ,获得积分10
3分钟前
nykal完成签到 ,获得积分10
4分钟前
X悦发布了新的文献求助10
5分钟前
sy完成签到 ,获得积分10
5分钟前
陈少华完成签到 ,获得积分10
6分钟前
clairevox应助科研通管家采纳,获得60
6分钟前
疯狂喵完成签到 ,获得积分10
7分钟前
7分钟前
Mr.R发布了新的文献求助10
7分钟前
Mr.R完成签到,获得积分10
8分钟前
muriel完成签到,获得积分10
8分钟前
FashionBoy应助科研通管家采纳,获得10
8分钟前
8分钟前
Cheney完成签到 ,获得积分10
8分钟前
沈惠映完成签到 ,获得积分10
9分钟前
大雄的梦想是什么完成签到 ,获得积分10
9分钟前
9分钟前
匹诺曹完成签到 ,获得积分10
10分钟前
X悦完成签到,获得积分10
10分钟前
小张完成签到 ,获得积分10
11分钟前
gengsumin完成签到,获得积分10
12分钟前
qaq完成签到,获得积分10
12分钟前
12分钟前
快乐的90后fjk完成签到 ,获得积分10
12分钟前
冷酷雅容发布了新的文献求助10
12分钟前
冷酷雅容完成签到,获得积分10
13分钟前
Owen应助gszy1975采纳,获得10
13分钟前
高分求助中
Continuum Thermodynamics and Material Modelling 2000
Neuromuscular and Electrodiagnostic Medicine Board Review 1000
こんなに痛いのにどうして「なんでもない」と医者にいわれてしまうのでしょうか 510
いちばんやさしい生化学 500
The First Nuclear Era: The Life and Times of a Technological Fixer 500
岡本唐貴自伝的回想画集 500
Atmosphere-ice-ocean interactions in the Antarctic 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3677751
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3231568
关于积分的说明 9798042
捐赠科研通 2942689
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1613440
邀请新用户注册赠送积分活动 761610
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 736995