論文の概要: LGL-BCI: A Lightweight Geometric Learning Framework for Motor Imagery-Based Brain-Computer Interfaces

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.08051v3
• Date: Tue, 21 Nov 2023 12:36:49 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-23 04:40:32.407902
• Title: LGL-BCI: A Lightweight Geometric Learning Framework for Motor Imagery-Based Brain-Computer Interfaces
• Title（参考訳）: lgl-bci:運動画像に基づく脳-コンピュータインタフェースのための軽量幾何学習フレームワーク
• Authors: Jianchao Lu, Yuzhe Tian, Yang Zhang, Jiaqi Ge, Quan Z. Sheng and Xi Zheng
• Abstract要約: Brain-Computer Interfaces (BCI) は、脳信号を使って外部デバイスと対話する基盤技術である。 EEGベースの運動画像(MI)タスクは振幅や位相変動、複雑な空間相関といった課題に直面している。 本研究では,非ユークリッド距離空間における脳波処理にGeometric Deep Learning Frameworkを用いたLGL-BCIフレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.913592381049552
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Brain-Computer Interfaces (BCIs) are a groundbreaking technology for interacting with external devices using brain signals. Despite advancements, electroencephalogram (EEG)-based Motor Imagery (MI) tasks face challenges like amplitude and phase variability, and complex spatial correlations, with a need for smaller model size and faster inference. This study introduces the LGL-BCI framework, employing a Geometric Deep Learning Framework for EEG processing in non-Euclidean metric spaces, particularly the Symmetric Positive Definite (SPD) Manifold space. LGL-BCI offers robust EEG data representation and captures spatial correlations. We propose an EEG channel selection solution via a feature decomposition algorithm to reduce SPD matrix dimensionality, with a lossless transformation boosting inference speed. Extensive experiments show LGL-BCI's superior accuracy and efficiency compared to current solutions, highlighting geometric deep learning's potential in MI-BCI applications. The efficiency, assessed on two public EEG datasets and two real-world EEG devices, significantly outperforms the state-of-the-art solution in accuracy ($82.54\%$ versus $62.22\%$) with fewer parameters (64.9M compared to 183.7M).
• Abstract（参考訳）: Brain-Computer Interfaces (BCI) は、脳信号を使って外部デバイスと対話する基盤技術である。 進歩にもかかわらず、脳波(EEG)に基づく運動画像(MI)タスクは、より小さなモデルサイズとより高速な推論を必要とするため、振幅や位相変動、複雑な空間相関といった課題に直面している。 本研究では,非ユークリッド距離空間,特にSymmetric Positive Definite (SPD) Manifold空間における脳波処理にGeometric Deep Learning Frameworkを用いたLGL-BCIフレームワークを提案する。 LGL-BCIは、堅牢なEEGデータ表現を提供し、空間相関をキャプチャする。 本研究では,PSD行列の次元性を低減するための特徴分解アルゴリズムを用いたEEGチャネル選択法を提案する。 大規模な実験により、LGL-BCIの精度と効率は現在のソリューションよりも優れており、MI-BCIアプリケーションにおける幾何学的深層学習の可能性を強調している。 2つのパブリックなEEGデータセットと2つの現実世界のEEGデバイスで評価された効率は、パラメータが少なく(183.7Mと比較して64.9M)、最先端のソリューションの精度(82.54\%対62.22\%$)を大きく上回っている。

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