融合多尺度自注意力机制的运动想象信号解析
2023-06-07董泽浩王少华
刘 京,赵 薇,董泽浩,王少华,王 余
1.河北师范大学计算机与网络空间安全学院,石家庄050024
2.河北师范大学软件学院,石家庄050024
3.河北师范大学数学科学学院,石家庄050024
脑电图(electroencephalogram,EEG)是由Hans Berger 于1924 年首先检测到并命名,是测量电极和基准参考电极所采集得到电位的差值,是两个电极间大量神经元自发性、节律性放电的电位差的记录。EEG由于其简单、安全和低廉的优势而被广泛用于许多非侵入性脑机接口(brain-computer interface,BCI)系统的研究中[1]。BCI通过脑电信号和解码技术在人脑和计算机之间建立直接通路。早期的BCI 系统主要用于中风康复或改善残疾患者的生活质量,如控制电动轮椅[2]、文字拼写器[3]和假肢[4]等。近些年,BCI系统不仅仅局限于残疾患者,还被广泛应用于健康人群[5]。在不同类型的EEG信号中,运动想象(motor imagery,MI)脑电信号作为一种经典范例已经研究和开发了数十年。其生理学基础是,当人们用双手、双脚或舌头想象或执行动作时,在脑半球的对侧和同侧的感觉运动区域中,mu(8~12 Hz)和beta(16~26 Hz)节律的能量受到抑制或促进,即产生事件相关同步/去同步(ERS/ERD)现象[6]。
BCI 的关键问题是如何实现脑电信号的精确分类,尽管学者们在MI分类方面提出了许多方法,包括机器学习的方法和深度学习的方法,但是仍然面临着许多挑战。首先,之前的方法主要选择在感觉运动区域的电极(如C3、Cz、C4电极)记录的脑电信号,但不同身体部位的MI可能会激活大脑的不同功能区域[7],所有的大脑功能区域都会对不同的MI 任务产生一定的影响,而不仅仅是感觉运动区域。……