EEG-VTTCNet: A loss joint training model based on the vision transformer and the temporal convolution network for EEG-based motor imagery classification

脑电图 运动表象 人工智能 卷积(计算机科学) 计算机科学 心理学 语音识别 模式识别(心理学) 神经科学 人工神经网络 脑-机接口
作者
Xingbin Shi,Baojiang Li,Wenlong Wang,Yuxin Qin,Haiyan Wang,Xichao Wang
出处
期刊:Neuroscience [Elsevier]
卷期号:556: 42-51 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.neuroscience.2024.07.051
摘要

Brain-computer interface (BCI) is a technology that directly connects signals between the human brain and a computer or other external device. Motor imagery electroencephalographic (MI-EEG) signals are considered a promising paradigm for BCI systems, with a wide range of potential applications in medical rehabilitation, human-computer interaction, and virtual reality. Accurate decoding of MI-EEG signals poses a significant challenge due to issues related to the quality of the collected EEG data and subject variability. Therefore, developing an efficient MI-EEG decoding network is crucial and warrants research. This paper proposes a loss joint training model based on the vision transformer (VIT) and the temporal convolutional network (EEG-VTTCNet) to classify MI-EEG signals. To take advantage of multiple modules together, the EEG-VTTCNet adopts a shared convolution strategy and a dual-branching strategy. The dual-branching modules perform complementary learning and jointly train shared convolutional modules with better performance. We conducted experiments on the BCI Competition IV-2a and IV-2b datasets, and the proposed network outperformed the current state-of-the-art techniques with an accuracy of 84.58% and 90.94%, respectively, for the subject-dependent mode. In addition, we used t-SNE to visualize the features extracted by the proposed network, further demonstrating the effectiveness of the feature extraction framework. We also conducted extensive ablation and hyperparameter tuning experiments to construct a robust network architecture that can be well generalized.

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