In the context of electroencephalogram (EEG)-based driver drowsiness recognition, it is still a challenging task to design a calibration-free system, since there exists a significant variability of EEG signals among different subjects and recording sessions. As deep learning has received much research attention in recent years, many efforts have been made to use deep learning methods for EEG signal recognition. However, existing works mostly treat deep learning models as blackbox classifiers, while what have been learned by the models and to which extent they are affected by the noise from EEG data are still underexplored. In this paper, we develop a novel convolutional neural network that can explain its decision by highlighting the local areas of the input sample that contain important information for the classification. The network has a compact structure for ease of interpretation and takes advantage of separable convolutions to process the EEG signals in a spatial-temporal sequence. Results show that the model achieves an average accuracy of 78.35% on 11 subjects for leave-one-out cross-subject drowsiness recognition, which is higher than the conventional baseline methods of 53.4%-72.68% and state-of-art deep learning methods of 63.90%-65.61%. Visualization results show that the model has learned to recognize biologically explainable features from EEG signals, e.g., Alpha spindles, as strong indicators of drowsiness across different subjects. In addition, we also explore reasons behind some wrongly classified samples and how the model is affected by artifacts and noise in the data. Our work illustrates a promising direction on using interpretable deep learning models to discover meaning patterns related to different mental states from complex EEG signals.


翻译:在基于电脑图的驱动数据沉降识别背景下,设计一个无校准的系统仍是一项艰巨的任务,因为不同主题和记录会话之间,EEEG信号存在显著的变异性,因此设计一个无校准的系统仍是一项艰巨的任务。随着近年来深层学习受到大量研究关注,许多工作都努力使用深层学习方法来进行EEEG信号识别。然而,现有工作大多将深层学习模型作为黑盒分类器,而模型所学到的以及它们在多大程度上受到EEEEG数据的噪音影响。在本文中,我们开发了一个新型神经神经网络,可以通过突出含有重要信息的输入样本的局部区域来解释其决定。该网络有一个便于解释的紧凑结构,利用可分解的解变曲线来处理EEEEG信号。结果显示该模型在11个主题上的平均精确度为78.35%,而该模型比53.4%至72%的常规基线方法要高得多。在EVAL-72中,我们学习了EG-68%的工作和状态, 展示了某种深层次学方法。

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