Human-robot collaboration has the potential to maximize the efficiency of the operation of autonomous robots. Brain-machine interface (BMI) would be a desirable technology to collaborate with robots since the intention or state of users can be translated from the neural activities. However, the electroencephalogram (EEG), which is one of the most popularly used non-invasive BMI modalities, has low accuracy and a limited degree of freedom (DoF) due to a low signal-to-noise ratio. Thus, improving the performance of multi-class EEG classification is crucial to develop more flexible BMI-based human-robot collaboration. In this study, we investigated the possibility for inter-paradigm classification of multiple endogenous BMI paradigms, such as motor imagery (MI), visual imagery (VI), and speech imagery (SI), to enhance the limited DoF while maintaining robust accuracy. We conducted the statistical and neurophysiological analyses on MI, VI, and SI and classified three paradigms using the proposed temporal information-based neural network (TINN). We confirmed that statistically significant features could be extracted on different brain regions when classifying three endogenous paradigms. Moreover, our proposed TINN showed the highest accuracy of 0.93 compared to the previous methods for classifying three different types of mental imagery tasks (MI, VI, and SI).


翻译:人类机器人合作有可能最大限度地提高自主机器人操作效率; 脑机器接口(BMI)将是与机器人合作的一种理想技术,因为用户的意图或状态可以从神经活动中得到翻译; 然而,电子脑图(EEEG)是最常用的非侵入性BMI模式之一,由于信号-噪音比率低,其准确性低,自由程度有限(DoF),因此,改善多级EEG分类的性能对于发展更灵活的基于BMI的人类机器人协作至关重要;在本研究中,我们调查了对多种内生BMI范式进行分层分类的可能性,如运动图象(MI)、视觉图象(VI)和语音图象(SI),以加强有限的DF,同时保持稳健的准确性; 我们对MI、VI和SI进行了统计和神经生理学分析,并利用拟议的基于时间的神经网络(TINN)对三种模式进行了分类。 我们确认,在对前三种内生图像类型进行分类时,可以对不同的脑区域进行具有统计意义的特征的解析,对前三个内生型模型进行了分类。

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