定量生物学 > 神经与认知
[提交于 2025年5月15日
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标题: 基于真实世界fNIRS的脑机接口:深度学习和经典模型在互动游戏中的基准测试
标题: Real-World fNIRS-Based Brain-Computer Interfaces: Benchmarking Deep Learning and Classical Models in Interactive Gaming
摘要: 脑-计算机接口使大脑与外部系统的直接通信成为可能,功能性近红外光谱作为一种便携且非侵入性的方法,用于捕捉大脑的血流动力学正在兴起。 本研究通过使用功能性近红外光谱信号和多种机器学习方法,调查了在现实的、互动的网球模拟过程中休息状态和任务状态的分类。 我们基准测试了基于工程特征的传统分类器、在原始时间序列数据上的长短期记忆网络,以及应用于格拉姆角场变换图像的卷积神经网络。 像极端随机树和梯度提升这样的集成模型达到了超过97%的准确率,而基于残差网络的CNN达到了95.0%的准确率,其接近完美的AUC为99.2%,优于LSTM和EfficientNet架构。 采用了一种新的数据增强策略来平衡试验时长,同时保持生理完整性。 特征重要性分析显示,氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白信号,特别是斜率和RMS指标,是分类性能的关键贡献者。 这些发现展示了基于功能性近红外光谱的BCI在动态、真实世界环境中的强大潜力,并强调了深度学习模型在解码复杂神经信号方面的优势。
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