【摘 要】
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脑机接口可以实现人脑与其它人工智能设备的直接交流,是近几年的研究热点,正处于起步阶段。脑电运动想象分类识别是脑机接口研究的核心之一,然而由于脑电易受干扰、信号不稳定、个体间差异大,目前识别精度不高,本文致力于针对脑电运动想象的生理信号规律,研究如何减少信号的前期预处理、校准时间,并采用科学的数据分割方法,输入到自构建的学习网络中,实现高效、准确的跨时域、跨对象、多任务的识别。本文的主要工作及创新点
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脑机接口可以实现人脑与其它人工智能设备的直接交流,是近几年的研究热点,正处于起步阶段。脑电运动想象分类识别是脑机接口研究的核心之一,然而由于脑电易受干扰、信号不稳定、个体间差异大,目前识别精度不高,本文致力于针对脑电运动想象的生理信号规律,研究如何减少信号的前期预处理、校准时间,并采用科学的数据分割方法,输入到自构建的学习网络中,实现高效、准确的跨时域、跨对象、多任务的识别。本文的主要工作及创新点包括以下三个方面:1.针对目前机器识别脑电拓扑图的效果还不够好,无法辅助医学诊断的问题,提出一种新的支持多对象、多任务识别的脑电能量拓扑图(ETR)算法和ETRCNN模型。ETR算法设计了一种参数化自动生成的能量拓扑图的模块,可获取可量化的信息特征来客观评估这些生理信号。ETRCNN模型采用多ETR联合判别算法(ETRJD),通过全局校准,提高分类识别效果。实验证明在相同的数据集上,ETRCNN的分类判别模型比国际前沿方法的分类准确率提升10.11%,更有助于研究脑电溯源,找出大脑活动活跃的区域,进行空间定位,快速获取源信息。2.针对脑电运动想象分类识别中,如果测试对象未在构建的机器学习模型的样本中时,其分类准确率不高的问题,本文提出一种双输入双注意力机制的深度学习识别模型(Dual Head Dual Attention Networks,DHDANet)。通过在韩国高丽大学采集的包含54位受试者、21,600次脑电运动想象的数据集上的实验验证,该模型比目前国际前沿方法分类准确率高出2.08%,该算法召回率高、特异度低,且对于样本质量比较差的识别率明显高于其它方法,鲁棒性更好。3.针对脑电运动想象小样本分类识别不佳的问题,提出FBCapsNet模型,融合DHDANet的特征学习到胶囊网络的主胶囊层。另外FBCapsNet模型引入双重分类识别机制,先通过胶囊网络学习不同节律段特征属性的矢量权重,再通过Soft Attention根据各节律段的矢量权重进行分类。通过在BCI Competition Ⅳ 2b包含9位受试者、6480次脑电运动想象的数据集上的实验验证,该模型比目前国际前沿方法分类准确率高出2.41%,为机器学习分类识别提供一种新方法。
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