Automatic single-trial discrimination of mental arithmetic, mental singing and the no-control state from prefrontal activity: toward a three-state NIRS-BCI
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Near-infrared spectroscopy (NIRS) is an optical imaging technology that has recently been investigated for use in a safe, non-invasive brain-computer interface (BCI) for individuals with severe motor impairments. To date, most NIRS-BCI studies have attempted to discriminate two mental states (e.g., a mental task and rest), which could potentially lead to a two-choice BCI system. In this study, we attempted to automatically differentiate three mental states - specifically, intentional activity due to 1) a mental arithmetic (MA) task and 2) a mental singing (MS) task, and 3) an unconstrained, "no-control (NC)" state - to investigate the feasibility of a three-choice system-paced NIRS-BCI. RESULTS: Deploying a dual-wavelength frequency domain near-infrared spectrometer, we interrogated nine sites around the frontopolar locations while 7 able-bodied adults performed mental arithmetic and mental singing to answer multiple-choice questions within a system-paced paradigm. With a linear classifier trained on a ten-dimensional feature set, an overall classification accuracy of 56.2% was achieved for the MA vs. MS vs. NC classification problem and all individual participant accuracies significantly exceeded chance (i.e., 33%). However, as anticipated based on results of previous work, the three-class discrimination was unsuccessful for three participants due to the ineffectiveness of the mental singing task. Excluding these three participants increases the accuracy rate to 62.5%. Even without training, three of the remaining four participants achieved accuracies approaching 70%, the value often cited as being necessary for effective BCI communication. CONCLUSIONS: These results are encouraging and demonstrate the potential of a three-state system-paced NIRS-BCI with two intentional control states corresponding to mental arithmetic and mental singing.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».