Dynamic topographical pattern classification of multichannel prefrontal NIRS signals: II. Online differentiation of mental arithmetic and rest
Notice bibliographique
Résumé
OBJECTIVE: Near-infrared spectroscopy (NIRS) has recently gained attention as a modality for brain-computer interfaces (BCIs), which may serve as an alternative access pathway for individuals with severe motor impairments. For NIRS-BCIs to be used as a real communication pathway, reliable online operation must be achieved. Yet, only a limited number of studies have been conducted online to date. These few studies were carried out under a synchronous paradigm and did not accommodate an unconstrained resting state, precluding their practical clinical implication. Furthermore, the potentially discriminative power of spatiotemporal characteristics of activation has yet to be considered in an online NIRS system. APPROACH: In this study, we developed and evaluated an online system-paced NIRS-BCI which was driven by a mental arithmetic activation task and accommodated an unconstrained rest state. With a dual-wavelength, frequency domain near-infrared spectrometer, measurements were acquired over nine sites of the prefrontal cortex, while ten able-bodied participants selected letters from an on-screen scanning keyboard via intentionally controlled brain activity (using mental arithmetic). Participants were provided dynamic NIR topograms as continuous visual feedback of their brain activity as well as binary feedback of the BCI's decision (i.e. if the letter was selected or not). To classify the hemodynamic activity, temporal features extracted from the NIRS signals and spatiotemporal features extracted from the dynamic NIR topograms were used in a majority vote combination of multiple linear classifiers. MAIN RESULTS: An overall online classification accuracy of 77.4 ± 10.5% was achieved across all participants. The binary feedback was found to be very useful during BCI use, while not all participants found value in the continuous feedback provided. SIGNIFICANCE: These results demonstrate that mental arithmetic is a potent mental task for driving an online system-paced NIRS-BCI. BCI feedback that reflects the classifier's decision has the potential to improve user performance. The proposed system can provide a framework for future online NIRS-BCI development and testing.
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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 ».