STAnet: A Spatiotemporal Attention Network for Decoding Auditory Spatial Attention From EEG

计算机科学 脑电图 解码方法 语音识别 边距(机器学习) 人工智能 模式识别(心理学) 机器学习 神经科学 心理学 电信
作者
Enze Su,Siqi Cai,Longhan Xie,Haizhou Li,Tanja Schultz
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (7): 2233-2242 被引量:36
标识
DOI:10.1109/tbme.2022.3140246
摘要

Humans are able to localize the source of a sound. This enables them to direct attention to a particular speaker in a cocktail party. Psycho-acoustic studies show that the sensory cortices of the human brain respond to the location of sound sources differently, and the auditory attention itself is a dynamic and temporally based brain activity. In this work, we seek to build a computational model which uses both spatial and temporal information manifested in EEG signals for auditory spatial attention detection (ASAD).We propose an end-to-end spatiotemporal attention network, denoted as STAnet, to detect auditory spatial attention from EEG. The STAnet is designed to assign differentiated weights dynamically to EEG channels through a spatial attention mechanism, and to temporal patterns in EEG signals through a temporal attention mechanism.We report the ASAD experiments on two publicly available datasets. The STAnet outperforms other competitive models by a large margin under various experimental conditions. Its attention decision for 1-second decision window outperforms that of the state-of-the-art techniques for 10-second decision window. Experimental results also demonstrate that the STAnet achieves competitive performance on EEG signals ranging from 64 to as few as 16 channels.This study provides evidence suggesting that efficient low-density EEG online decoding is within reach.This study also marks an important step towards the practical implementation of ASAD in real life applications.
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