Objective: Convolutional Neural Networks (CNNs) have shown great potential in the field of Brain-Computer Interfaces (BCIs). The raw Electroencephalogram (EEG) signal is usually represented as 2-Dimensional (2-D) matrix composed of channels and time points, which ignores the spatial topological information. Our goal is to make the CNN with the raw EEG signal as input have the ability to learn EEG spatial topological features, and improve its performance while essentially maintaining its original structure. Methods:We propose an EEG Topographic Representation Module (TRM). This module consists of (1) a mapping block from the raw EEG signal to a 3-D topographic map and (2) a convolution block from the topographic map to an output of the same size as input. According to the size of the kernel used in the convolution block, we design 2 types of TRMs, namely TRM-(5,5) and TRM-(3,3). We embed the TRM into 3 widely used CNNs, and tested them on 2 publicly available datasets (Emergency Braking During Simulated Driving Dataset (EBDSDD), and High Gamma Dataset (HGD)). Results: The results show that the classification accuracies of all 3 CNNs are improved on both datasets after using the TRM. With TRM-(5,5), the average accuracies of DeepConvNet, EEGNet and ShallowConvNet are improved by 6.54%, 1.72% and 2.07% on EBDSDD, and by 6.05%, 3.02% and 5.14% on HGD, respectively; with TRM-(3,3), they are improved by 7.76%, 1.71% and 2.17% on EBDSDD, and by 7.61%, 5.06% and 6.28% on HGD, respectively. Significance: We improve the classification performance of 3 CNNs on 2 datasets by the use of TRM, indicating that it has the capability to mine the EEG spatial topological information. In addition, since the output of TRM has the same size as the input, CNNs with the raw EEG signal as input can use this module without changing their original structures.


翻译:目标 : 革命神经网络(CNN) 在大脑- 计算机界面( BBI) 领域显示出巨大的潜力 。 原始电子脑图( EEG) 信号通常代表由频道和时间点组成的二维( 2- D) 矩阵, 忽略空间地形信息 。 我们的目标是让有原始 EEEG 信号的CNN能够学习 EEEG 空间表层特征, 并改善其性能, 并基本上保持其原始结构 。 方法 : 我们提议了 EEEG 上层代表模块( TRM ) 。 这个模块包括 (1) 从原始 ENet 网络信号到 3- D地形图的深度块 。 (2) 从地形图到原始模块的大小。 根据卷区使用的内核, 我们设计了两种类型TRM, 即TRM( 5, 5, 5, 5, 5, 5, 3, 3, 和 RMM 3) 。 我们将TRM 插入了3, 3, 并测试了两个公开的数据集( 在模拟 ERC RD RD RD RD 数据中分别显示 数据 3, 3, 3, RD RD RD 3, 3, 和 RD RD RD RD RD RD RD 数据显示所有 3, 3, 3, RV 数据 数据 数据 和 RVA 数据 3)

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