Reduciendo la dimensionalidad de matrices SPD con redes neuronales en BCI
Autores: Peng, Zhen; Li, Hongyi; Zhao, Di; Pan, Chengwei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Reduciendo la dimensionalidad de matrices SPD con redes neuronales en BCI
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Interfaz cerebro-computadora
Imaginación motora
Matrices de covarianza
Señales de electroencefalograma
Variedad de Riemann
Redes neuronales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
En la interfaz cerebro-computadora (BCI) basada en la imaginación motora, las matrices de covarianza simétricas definidas positivas (SPD) de las señales de electroencefalograma (EEG) con características de información discriminativa se encuentran en una variedad de Riemann, la cual está atrayendo cada vez más atención. Bajo una perspectiva de variedad de Riemann, proponemos un algoritmo de reducción de dimensionalidad no lineal basado en redes neuronales para construir una variedad SPD de baja dimensionalidad más discriminativa. Con este fin, diseñamos una nueva capa de contracción no lineal para modificar adecuadamente los autovalores extremos de la matriz SPD, luego combinamos el mapeo bilineal tradicional para reducir no linealmente la dimensionalidad de las matrices SPD de variedad a variedad. Además, construimos la red de variedad SPD en una arquitectura Siamesa que puede aprender la métrica de similitud a partir de los datos. Posteriormente, el método efectivo de clasificación de señales llamado distancia mínima a la media de Riemann (MDRM) se puede implementar directamente en la variedad de baja dimensionalidad. Finalmente, se propone una capa de regularización para realizar la transferencia de sujeto a sujeto explotando las relaciones geométricas de múltiples sujetos. Experimentos numéricos con datos sintéticos y conjuntos de datos de señales EEG indican la efectividad de la red de variedad propuesta.
Descripción
En la interfaz cerebro-computadora (BCI) basada en la imaginación motora, las matrices de covarianza simétricas definidas positivas (SPD) de las señales de electroencefalograma (EEG) con características de información discriminativa se encuentran en una variedad de Riemann, la cual está atrayendo cada vez más atención. Bajo una perspectiva de variedad de Riemann, proponemos un algoritmo de reducción de dimensionalidad no lineal basado en redes neuronales para construir una variedad SPD de baja dimensionalidad más discriminativa. Con este fin, diseñamos una nueva capa de contracción no lineal para modificar adecuadamente los autovalores extremos de la matriz SPD, luego combinamos el mapeo bilineal tradicional para reducir no linealmente la dimensionalidad de las matrices SPD de variedad a variedad. Además, construimos la red de variedad SPD en una arquitectura Siamesa que puede aprender la métrica de similitud a partir de los datos. Posteriormente, el método efectivo de clasificación de señales llamado distancia mínima a la media de Riemann (MDRM) se puede implementar directamente en la variedad de baja dimensionalidad. Finalmente, se propone una capa de regularización para realizar la transferencia de sujeto a sujeto explotando las relaciones geométricas de múltiples sujetos. Experimentos numéricos con datos sintéticos y conjuntos de datos de señales EEG indican la efectividad de la red de variedad propuesta.