EEGANet: Removal of Ocular Artifacts From the EEG Signal Using Generative Adversarial Networks

计算机科学 脑电图 对抗制 人工智能 生成语法 模式识别(心理学) 生成对抗网络 信号处理 信号(编程语言) 计算机视觉 语音识别 深度学习 神经科学 电信 心理学 雷达 程序设计语言
作者
Phattarapong Sawangjai,Manatsanan Trakulruangroj,Chiraphat Boonnag,Maytus Piriyajitakonkij,Rajesh Kumar Tripathy,Thapanun Sudhawiyangkul,Theerawit Wilaiprasitporn
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:26 (10): 4913-4924 被引量:77
标识
DOI:10.1109/jbhi.2021.3131104
摘要

The elimination of ocular artifacts is critical in analyzing electroencephalography (EEG) data for various brain-computer interface (BCI) applications. Despite numerous promising solutions, electrooculography (EOG) recording or an eye-blink detection algorithm is required for the majority of artifact removal algorithms. This reliance can hinder the model's implementation in real-world applications. This paper proposes EEGANet, a framework based on generative adversarial networks (GANs), to address this issue as a data-driven assistive tool for ocular artifacts removal (source code is available at https://github.com/IoBT-VISTEC/EEGANet). After the model was trained, the removal of ocular artifacts could be applied calibration-free without relying on the EOG channels or the eye blink detection algorithms. First, we tested EEGANet's ability to generate multi-channel EEG signals, artifacts removal performance, and robustness using the EEG eye artifact dataset, which contains a significant degree of data fluctuation. According to the results, EEGANet is comparable to state-of-the-art approaches that utilize EOG channels for artifact removal. Moreover, we demonstrated the effectiveness of EEGANet in BCI applications utilizing two distinct datasets under inter-day and subject-independent schemes. Despite the absence of EOG signals, the classification performance of the signals processed by EEGANet is equivalent to that of traditional baseline methods. This study demonstrates the potential for further use of GANs as a data-driven artifact removal technique for any multivariate time-series bio-signal, which might be a valuable step towards building next-generation healthcare technology.
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