Motor brain-computer interfaces (BCIs) are a promising technology that may enable motor-impaired people to interact with their environment. Designing real-time and accurate BCI is crucial to make such devices useful, safe, and easy to use by patients in a real-life environment. Electrocorticography (ECoG)-based BCIs emerge as a good compromise between invasiveness of the recording device and good spatial and temporal resolution of the recorded signal. However, most ECoG signal decoders used to predict continuous hand movements are linear models. These models have a limited representational capacity and may fail to capture the relationship between ECoG signal and continuous hand movements. Deep learning (DL) models, which are state-of-the-art in many problems, could be a solution to better capture this relationship. In this study, we tested several DL-based architectures to predict imagined 3D continuous hand translation using time-frequency features extracted from ECoG signals. The dataset used in the analysis is a part of a long-term clinical trial (ClinicalTrials.gov identifier: NCT02550522) and was acquired during a closed-loop experiment with a tetraplegic subject. The proposed architectures include multilayer perceptron (MLP), convolutional neural networks (CNN), and long short-term memory networks (LSTM). The accuracy of the DL-based and multilinear models was compared offline using cosine similarity. Our results show that CNN-based architectures outperform the current state-of-the-art multilinear model. The best architecture exploited the spatial correlation between neighboring electrodes with CNN and benefited from the sequential character of the desired hand trajectory by using LSTMs. Overall, DL increased the average cosine similarity, compared to the multilinear model, by up to 60%, from 0.189 to 0.302 and from 0.157 to 0.249 for the left and right hand, respectively.


翻译:汽车脑计算机界面( BCI ) 是一种很有希望的技术, 它可以让运动机智障碍者与环境互动。 设计实时和准确的 BCI 至关重要, 使这些设备在现实环境中有用、安全和容易被病人使用。 以电解仪为基础的 BCI 是一个很好的折中, 是记录设备侵入和记录信号的良好的时空分辨率之间的一种折中。 然而, 大部分用于预测连续手动移动的 ECoG 信号解析器是线性模型。 这些模型的显示能力有限, 并且可能无法捕捉 ECOG 信号和连续手动移动之间的关系。 深度学习( DL) 模型( DCoG 模型) 用于预测持续手动翻译, 从ECoG 模型中提取的时间频率特性, 用于直径直径移动移动。 用于长期临床试验( Clinical QNCRO0522 ), 使用最直径直径直径直径网络进行深度的深度学习, 和跨轨结构在闭路路结构中进行实验, 将ML 。 将ML 。 演示中, 将 将 的短期结构 包括了从直径直径直流 直径 。 。 直流 直对流模型, 。

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