Filter bank common spatial pattern and envelope-based features in multimodal EEG-fTCD brain-computer interfaces
Notice bibliographique
Résumé
Brain-computer interfaces (BCIs) provide alternative means of communication and control for individuals with severe motor or speech impairments. Multimodal BCIs have been introduced recently to enhance the performance of BCIs utilizing single modality. In this paper, we aim to advance the state of the art in multimodal BCIs combining Electroencephalography (EEG) and functional transcranial Doppler ultrasound (fTCD) by introducing advanced analysis approaches that enhance system performance. Our EEG-fTCD BCIs employ two distinct paradigms to infer user intent: motor imagery (MI) and flickering mental rotation (MR)/word generation (WG) paradigms. In the MI paradigm, we introduce the use of Filter Bank Common Spatial Pattern (FBCSP) for the first time in an EEG-fTCD BCI, while in the flickering MR/WG paradigm, we extend FBCSP application to non-motor imagery tasks. Additionally, we extract previously unexplored time-series features from the envelope of fTCD signals, leveraging richer information from cerebral blood flow dynamics. Furthermore, we employ a Bayesian fusion framework that allows EEG and fTCD to contribute unequally to decision-making. The multimodal EEG-fTCD system achieved high classification accuracies across tasks in both paradigms. In the MI paradigm, accuracies of 94.53%, 94.9%, and 96.29% were achieved for left arm MI vs. baseline, right arm MI vs. baseline, and right arm MI vs. left arm MI, respectively - outperforming EEG-only accuracy by 3.87%, 3.80%, and 5.81%, respectively. In the MR/WG paradigm, the system achieved 95.27%, 85.93%, and 96.97% for MR vs. baseline, WG vs. baseline, and MR vs. WG, respectively, showing accuracy improvements of 2.28%, 4.95%, and 1.56%, respectively compared to EEG-only results. Overall, the proposed analysis approach improved classification accuracy for 5 out of 6 binary classification problems within the MI and MR/WG paradigms, with gains ranging from 0.64% to 9% compared to our previous EEG-fTCD studies. Additionally, our results demonstrate that EEG-fTCD BCIs with the proposed analysis techniques outperform multimodal EEG-fNIRS BCIs in both accuracy and speed, improving classification performance by 2.7% to 24.7% and reducing trial durations by 2-38 seconds. These findings highlight the potential of the proposed approach to advance assistive technologies and improve patient quality of life.
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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 | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| 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 ».