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Enregistrement W4410609263 · doi:10.1371/journal.pone.0311075

Filter bank common spatial pattern and envelope-based features in multimodal EEG-fTCD brain-computer interfaces

2025· article· en· W4410609263 sur OpenAlexaff
Alaa-Allah Essam, Ashar Seif Al-Nasr, Mariam El-Saqa, Sohila Mohamed, Ayman Anwar, Murat Akçakaya, Aya Khalaf

Notice bibliographique

RevuePLoS ONE · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueEEG and Brain-Computer Interfaces
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésBrain–computer interfaceMotor imageryElectroencephalographyComputer scienceArtificial intelligencePattern recognition (psychology)Speech recognitionNeurosciencePsychology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,004

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,026
Tête enseignante GPT0,254
Écart entre enseignants0,228 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations2
Publié2025
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