A review of critical challenges in MI-BCI: From conventional to deep learning methods

脑-机接口 计算机科学 人工智能 过度拟合 运动表象 机器学习 脑电图 深度学习 领域(数学) 学习迁移 特征提取 人工神经网络 心理学 数学 精神科 纯数学
作者
Zahra Khademi,Farideh Ebrahimi,Hussain Montazery Kordy
出处
期刊:Journal of Neuroscience Methods [Elsevier]
卷期号:383: 109736-109736 被引量:104
标识
DOI:10.1016/j.jneumeth.2022.109736
摘要

Brain-computer interfaces (BCIs) have achieved significant success in controlling external devices through the Electroencephalogram (EEG) signal processing. BCI-based Motor Imagery (MI) system bridges brain and external devices as communication tools to control, for example, wheelchair for people with disabilities, robotic control, and exoskeleton control. This success largely depends on the machine learning (ML) approaches like deep learning (DL) models. DL algorithms provide effective and powerful models to analyze compact and complex EEG data optimally for MI-BCI applications. DL models with CNN network have revolutionized computer vision through end-to-end learning from raw data. Meanwhile, RNN networks have been able to decode EEG signals by processing sequences of time series data. However, many challenges in the MI-BCI field have affected the performance of DL models. A major challenge is the individual differences in the EEG signal of different subjects. Therefore, the model must be retrained from the scratch for each new subject, which leads to computational costs. Analyzing the EEG signals is challenging due to its low signal to noise ratio and non-stationary nature. Additionally, limited size of existence datasets can lead to overfitting which can be prevented by using transfer learning (TF) approaches. The main contributions of this study are discovering major challenges in the MI-BCI field by reviewing the state of art machine learning models and then suggesting solutions to address these challenges by focusing on feature selection, feature extraction and classification methods.
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