《脑机接口应用中用于脑电图解码的可解释 3D 深度学习模型》

  • 编译者: 苑亚坤
  • 发布时间:2025-11-27
  • 脑电图(EEG)信号解码在脑机接口(BCI)系统的开发中至关重要。然而,脑电图信号存在较高的个体间变异性,需要针对用户进行特异性校准,这一过程耗时且限制了深度学习方法的应用,因为这些模型通常需要大量数据才能进行适当训练。在此背景下,本文提出了一种多维且可解释的深度学习框架,用于快速且可解释的脑电图解码。具体而言,将脑电图信号投影到空 - 谱 - 时域,并使用定制的三维(3D)卷积神经网络(称为 EEGCubeNet)进行处理。本研究在运动脑机接口实验期间记录的脑电图上验证了该方法,即通过区分手部张开(HO)和手部闭合(HC)运动规划与无运动准备状态(静息状态,RE),对其进行研究。所提出的方法基于从全局到特定用户的微调策略:先在一组受试者上对模型进行全局训练,然后在最终用户上进行微调,显著减少了适配时间。实验结果表明,EEGCubeNet 实现了最先进的性能(在 HC 与 RE、HO 与 RE 的二分类任务中,准确率分别为 89.56±4.29 和 89.06±4.86),同时降低了框架复杂度和训练时间。此外,为提高透明度,引入了一种基于 3D 遮挡敏感性分析的可解释性方法(命名为 3D xAI-OSA),该方法生成相关性图,揭示每个预测的最显著特征。数据和源代码可通过以下链接获取:https://github.com/AI-Lab-UniRC/EEGCubeNet
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