Objective: In this work, we study the problem of cross-subject motor imagery (MI) decoding from electroenchephalography (EEG) data. Multi-subject EEG datasets present several kinds of domain shifts due to various inter-individual differences (e.g. brain anatomy, personality and cognitive profile). These domain shifts render multi-subject training a challenging task and also impede robust cross-subject generalization. Method: We propose a two-stage model ensemble architecture, built with multiple feature extractors (first stage) and a shared classifier (second stage), which we train end-to-end with two loss terms. The first loss applies curriculum learning, forcing each feature extractor to specialize to a subset of the training subjects and promoting feature diversity. The second loss is an intra-ensemble distillation objective that allows collaborative exchange of knowledge between the models of the ensemble. Results: We compare our method against several state-of-the-art techniques, conducting subject-independent experiments on two large MI datasets, namely Physionet and OpenBMI. Our algorithm outperforms all of the methods in both 5-fold cross-validation and leave-one-subject-out evaluation settings, using a substantially lower number of trainable parameters. Conclusion: We demonstrate that our model ensembling approach combining the powers of curriculum learning and collaborative training, leads to high learning capacity and robust performance. Significance: Our work addresses the issue of domain shifts in multi-subject EEG datasets, paving the way for calibration-free BCI systems.
翻译:目标 : 在此工作中, 我们研究跨主题运动图象( MI) 从电子电算学( EEG) 数据解码问题。 多主题 EEG 数据集显示由于不同个人之间的差异( 大脑解剖、 个性和认知性剖面貌) 导致的多种领域变化。 这些领域变化使多主题培训成为一项具有挑战性的任务, 也妨碍强大的跨主题概括化。 方法 : 我们提出一个两阶段模型组合结构, 由多个特性提取器( 第一阶段) 和一个共享的流动分类器( 第二阶段), 我们用两个损失术语来培训端到端。 第一项损失应用课程学习, 迫使每个特性提取器对一组培训科目进行专门化, 并促进特征多样性。 第二项损失是一个内容内部蒸馏目标, 使得多主题培训模式之间能够协作交流知识。 结果: 我们比较了我们的方法, 与一些最先进的模型方法, 在两个大型MI数据集( 即 Physionet 和 OpenBMI ) 进行主题独立实验。 多重损失应用课程学习能力学习模型, 我们的算法超越了整个系统, 在 学习 方向上, 学习 学习 方向的路径中, 我们的升级法 方法, 在5 方向上, 方向的升级法, 在学习 方向上显示所有 学习 学习 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向,, 方向 方向 方向 方向, 方向, 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 方向 。