Classification of BCI Multiclass Motor Imagery Task Based on Artificial Neural Network

运动表象 脑-机接口 计算机科学 人工智能 模式识别(心理学) 线性判别分析 规范化(社会学) 人工神经网络 初始化 特征提取 多层感知器 脑电图 精神科 程序设计语言 社会学 心理学 人类学
作者
Amira Echtioui,Wassim Zouch,Mohamed Ghorbel,Chokri Mhiri,Habib Hamam
出处
期刊:Clinical Eeg and Neuroscience [SAGE]
卷期号:55 (4): 455-464 被引量:9
标识
DOI:10.1177/15500594221148285
摘要

Motor imagery (MI) signals recorded by electroencephalography provide the most practical basis for conceiving brain-computer interfaces (BCI). These interfaces offer a high degree of freedom. This helps people with motor disabilities communicate with the device by tackling a sequence of motor imagery tasks. However, the extracting user-specific features and increasing the accuracy of the classifier remain as difficult tasks in MI-based BCI. In this work, we propose a new method using artificial neural network (ANN) enhancing the performance of the motor imagery classification. Feature extraction techniques, like time domain parameters, band power features, signal power features, and wavelet packet decomposition (WPD), are studied and compared. Four classification algorithms are implemented which are Quadratic Discriminant Analysis, k-Nearest Neighbors, Linear Discriminant Analysis, and proposed ANN architecture. We added Batch Normalization layers to the proposed ANN architecture to improve the learning time and accuracy of the neural network. These layers also alleviate the effect of weight initialization and the addition of a regularization effect on the network. Our proposed method using ANN architecture achieves 0.5545 of kappa and 58.42% of accuracy on the BCI Competition IV-2a dataset. Our results show that the modified ANN method, with frequency and spatial features extracted by WPD and Common Spatial Pattern, respectively, offers a better classification compared to other current methods.

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