基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑机接口(BCI)具有很高的信息传输率,但要让解码稳定可靠,通常需要采集足量的受试者个体校准数据,这在实际使用中构成明显负担。解析式空间滤波在数据有限时表现不错,但其线性形式限制了表征能力;深度模型能够学习更灵活的表示,却在校准样本稀缺时容易过拟合。针对这一矛盾,一篇新近提交到arXiv的论文提出了KDHNet,尝试把知识驱动的解析处理与数据驱动的表示学习整合进同一框架。
KDHNet的流程分为几个阶段。输入信号先经过滤波器组预处理,随后级联使用任务判别成分分析(TDCA)和任务相关成分分析(TRCA),从多通道脑电中提取具有判别性、并且在重复试验间可复现的成分。这两类解析方法本身依赖对SSVEP信号特性的先验知识,因此在小样本条件下相对稳健。此后,网络引入可学习的子带权重,对各个频带的信息进行自适应融合,以弥补固定滤波策略在个体差异上的不足。最终的分类由SSVEPformer解码器完成,它同时学习时间域和频谱域的表示。
在跨被试场景中,KDHNet使用一种目标引导的最小二乘变换来完成迁移:对每一个类别,只需要目标被试的一个带标签试验,就能把源被试的试验数据对齐到目标域。这一设计显著降低了对新用户校准数据的需求,也使系统更接近即插即用的使用方式。
作者在三个公开数据集上进行了较为系统的实验,覆盖被试内与被试间两种协议、五种分析窗口以及多种校准比例。在被试内评估中,KDHNet在15个窗口设置中的14个、以及全部10个校准比例设置下都取得了最高的平均准确率和信息传输率。在被试间评估中,它的表现处于最佳或次佳水平,而且校准数据越少,相对优势往往越明显,这正好对应了该方法想要解决的实际痛点。
消融实验给出了一个值得注意的结论:由解析方法估计出的TDCA投影,作为固定投影使用反而比继续优化更好,无论优化的起点是解析初始化还是随机初始化。也就是说,在这类低校准任务中,把可靠的知识先验冻结下来、只让神经模块承担可学习的部分,比让整个网络端到端自由调整更有效。
论文总结认为,将固定的知识先验与可训练的神经网络模块相结合,是低校准SSVEP解码的一条有效路径,有助于构建更实用、更稳健、支持即插即用的脑机接口系统。该工作共12页、含7幅图,代码已在GitHub上公开,便于后续研究者复现与扩展。