Suppr超能文献

基于自监督学习的通道注意力 MLP-Mixer 网络用于运动想象解码。

A Self-Supervised Learning Based Channel Attention MLP-Mixer Network for Motor Imagery Decoding.

出版信息

IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2022;30:2406-2417. doi: 10.1109/TNSRE.2022.3199363. Epub 2022 Sep 1.

Abstract

Convolutional Neural Network (CNN) is commonly used for the Electroencephalogram (EEG) based motor-imagery (MI) decoding. However, its performance is generally limited due to the small size sample problem. An alternative way to address such issue is to segment EEG trials into small slices for data augmentation, but this approach usually inevitably loses the valuable long-range dependencies of temporal information in EEG signals. To this end, we propose a novel self-supervised learning (SSL) based channel attention MLP-Mixer network (S-CAMLP-Net) for MI decoding with EEG. Specifically, a new EEG slice prediction task is designed as the pretext task to capture the long-range information of EEG trials in the time domain. In the downstream task, a newly proposed MLP-Mixer is applied to the classification task for signals rather than for images. Moreover, in order to effectively learn the discriminative spatial representations in EEG slices, an attention mechanism is integrated into MLP-Mixer to adaptively estimate the importance of each EEG channel without any prior information. Thus, the proposed S-CAMLP-Net can effectively learn more long-range temporal information and global spatial features of EEG signals. Extensive experiments are conducted on the public MI-2 dataset and the BCI Competition IV Dataset 2A. The experimental results indicate that our proposed S-CAMLP-Net achieves superior classification performance over all the compared algorithms.

摘要

卷积神经网络 (CNN) 常用于基于脑电图 (EEG) 的运动想象 (MI) 解码。然而,由于样本量小的问题,其性能通常受到限制。解决此类问题的另一种方法是将 EEG 试验分段为小切片以进行数据增强,但这种方法通常不可避免地会丢失 EEG 信号中时间信息的有价值的长程依赖关系。为此,我们提出了一种用于 EEG 解码的基于新型自监督学习 (SSL) 的通道注意力 MLP-Mixer 网络 (S-CAMLP-Net)。具体来说,设计了一个新的 EEG 切片预测任务作为前置任务,以捕获 EEG 试验在时域中的长程信息。在下游任务中,新提出的 MLP-Mixer 应用于信号分类任务,而不是图像分类任务。此外,为了有效地学习 EEG 切片中的判别空间表示,我们将注意力机制集成到 MLP-Mixer 中,以自适应地估计每个 EEG 通道的重要性,而无需任何先验信息。因此,所提出的 S-CAMLP-Net 可以有效地学习 EEG 信号的更多长程时间信息和全局空间特征。在公共 MI-2 数据集和 BCI 竞赛 IV 数据集 2A 上进行了广泛的实验。实验结果表明,我们提出的 S-CAMLP-Net 在所有比较算法中都取得了优越的分类性能。

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