Diagonal loading common spatial patterns with Pearson correlation coefficient based feature selection for efficient motor imagery classification

脑-机接口 计算机科学 人工智能 判别式 模式识别(心理学) 皮尔逊积矩相关系数 运动表象 朴素贝叶斯分类器 特征选择 特征提取 过度拟合 相关性 数据挖掘 机器学习 脑电图 支持向量机 人工神经网络 统计 数学 精神科 心理学 几何学
作者
Hanaa S. Ali,Asmaa I. Ismail,El‐Sayed M. El‐Rabaie,Fathi E. Abd El‐Samie
出处
期刊:Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering [Informa]
卷期号:: 1-15
标识
DOI:10.1080/10255842.2025.2457122
摘要

The conversion of a person's intentions into device commands through the use of brain-computer interface (BCI) is a feasible communication method for individuals with nervous system disorders. While common spatial pattern (CSP) is commonly used for feature extraction in BCIs, it has limitations. It is known for its susceptibility to noise and tendency to overfit. Moreover, high-dimensional, and irrelevant features can make it harder for a classifier to learn effectively. To address these challenges, exploring potential solutions is crucial. This paper introduces Regularized CSP with diagonal loading (DL-CSP) and Pearson correlation coefficient (PCC) based feature selection to extract the most discriminative motor imagery EEG (MI-EEG) features. Three classifiers in an ensemble are considered; bidirectional long short-term memory (Bi-LSTM), K-nearest neighbors (KNN) and naïve Bayes (NB). Decision level fusion through majority voting is exploited to leverage diverse perspectives and increase the overall system robustness. Experiments have been implemented using three publicly available datasets for MI classification; BCI competition IV-IIA (data-1), BCI Competition III-IVa (data-2), and a stroke patients' dataset (data-3). The accuracy achieved, according to the results, is 86.96% for data-1, 91.70% for data-2, and 85.75% for data-3. These percentages outperform the accuracy achieved by any state-of-the-art techniques.

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