智能系统学报2024,Vol.19Issue(4) :909-919.DOI:10.11992/tis.202208017

基于域间Mixup微调策略的跨被试运动想象脑电信号分类算法

Cross-subject motor imagery EEG classification based on inter-domain Mixup fine-tuning strategy

蒋云良 周阳 张雄涛 苗敏敏 张永
智能系统学报2024,Vol.19Issue(4) :909-919.DOI:10.11992/tis.202208017

基于域间Mixup微调策略的跨被试运动想象脑电信号分类算法

Cross-subject motor imagery EEG classification based on inter-domain Mixup fine-tuning strategy

蒋云良 1周阳 2张雄涛 2苗敏敏 2张永2
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作者信息

  • 1. 湖州师范学院 信息工程学院,浙江 湖州 313000;湖州师范学院 浙江省现代农业资源智慧管理与应用研究重点实验室,浙江 湖州 313000;浙江师范大学 计算机科学与技术学院,浙江 金华 321000
  • 2. 湖州师范学院 信息工程学院,浙江 湖州 313000;湖州师范学院 浙江省现代农业资源智慧管理与应用研究重点实验室,浙江 湖州 313000
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摘要

为了缓解传统微调算法的灾难性遗忘问题,本文提出了一种基于域间Mixup微调策略的跨被试运动想象脑电信号分类算法Mix-Tuning.Mix-Tuning通过预训练、微调的二阶段训练方式,实现跨领域知识迁移.预训练阶段,Mix-Tuning使用源域数据初始化模型参数,挖掘源域数据潜在信息.微调阶段,Mix-Tuning通过域间Mixup,生成域间插值数据微调模型参数.域间Mixup数据增强策略引入源域数据潜在信息,缓解传统微调算法在样本稀疏场景下的灾难性遗忘问题,提高模型的泛化性能.Mix-Tuning被进一步应用于运动想象脑电信号分类任务,实现了跨被试正向知识迁移.Mix-Tuning在BMI数据集的运动想象任务达到了 85.50%的平均分类准确率,相较于被试-依赖和被试-独立训练方式的预测准确率 58.72%和 84.01%,分别提高26.78%和1.49%.本文分析结果可为跨被试运动想象脑电信号分类算法提供参考.

Abstract

In order to alleviate the catastrophic forgetting problem of vanilla fine-tuning algorithms,we propose a cross-subject motor imagery EEG classification method based on inter-domain Mixup fine-tuning strategy,i.e.,Mix-Tuning.Mix-Tuning realizes cross-domain knowledge transfer through a two-stage training manner consisting of pre-training and fine-tuning.In the pre-training stage,Mix-Tuning uses the source domain data to initialize the model parameters and mine potential information of the source domain data.In the fine-tuning stage,Mix-Tuning generates inter-domain inter-polation data to fine-tune the model parameters through inter-domain Mixup.Inter-domain Mixup data enhancement strategy introduces latent information of the source domain data,which alleviates the catastrophic forgetting problem of Vanilla Fine-tuning in sparse sample scenarios and improves the generalization performance of the model.Mix-Tuning is further applied to the motor imagery EEG classification task and achieves cross-subject positive knowledge transfer.Mix-Tuning achieved an average classification accuracy of 85.50%on motor imagery task BMIdataset.Compared with 58.72%and 84.01%for Subject-specific and Subject-independent training manner,Mix-Tuning increased by 26.78%and 1.49%,respectively.The analysis results in this paper can provide a reference for cross-subject motor imagery EEG classification algorithm.

关键词

域间Mixup/预训练/微调/脑电信号/运动想象/跨被试知识迁移/卷积神经网络/正则化

Key words

inter-domain Mixup/pre-training/fine-tuning/electroencephalogram/motor imagery/cross-subject know-ledge transfer/convolutional neural network/regularization

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基金项目

国家自然科学基金项目(61771193)

国家自然科学基金项目(62101189)

国家自然科学基金项目(62376094)

国家自然科学基金项目(U22A20102)

浙江省教育厅科研项目(Y202146028)

出版年

2024
智能系统学报
中国人工智能学会 哈尔滨工程大学

智能系统学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.672
ISSN:1673-4785
参考文献量2
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