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Exploring two novel features for EEG-based brain–computer interfaces: Multifractal cumulants and predictive complexity

Authors :
Nicolas Brodu
Anatole Lécuyer
Fabien Lotte
Lotte, Fabien
Laboratoire Traitement du Signal et de l'Image (LTSI)
Université de Rennes (UR)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Popular interaction with 3d content (Potioc)
Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI)
Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Virtual Reality for Improved Innovative Immersive Interaction (VR4I)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest
Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Cachan (ENS Cachan)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Source :
Neurocomputing, Neurocomputing, 2012, 79 (1), pp.87-94. ⟨10.1016/j.neucom.2011.10.010⟩, Neurocomputing, Elsevier, 2012, 79 (1), pp.87-94. ⟨10.1016/j.neucom.2011.10.010⟩
Publication Year :
2012
Publisher :
Elsevier BV, 2012.

Abstract

In this paper, we introduce two new features for the design of electroencephalography (EEG) based Brain-Computer Interfaces (BCI): one feature based on multifractal cumulants, and one feature based on the predictive complexity of the EEG time series. The multifractal cumulants feature measures the signal regularity, while the predictive complexity measures the difficulty to predict the future of the signal based on its past, hence a degree of how complex it is. We have conducted an evaluation of the performance of these two novel features on EEG data corresponding to motor-imagery. We also compared them to the most successful features used in the BCI field, namely the Band-Power features. We evaluated these three kinds of features and their combinations on EEG signals from 13 subjects. Results obtained show that our novel features can lead to BCI designs with improved classification performance, notably when using and combining the three kinds of feature (band-power, multifractal cumulants, predictive complexity) together.<br />Comment: Updated with more subjects. Separated out the band-power comparisons in a companion article after reviewer feedback. Source code and companion article are available at http://nicolas.brodu.numerimoire.net/en/recherche/publications

Details

ISSN :
09252312
Volume :
79
Database :
OpenAIRE
Journal :
Neurocomputing
Accession number :
edsair.doi.dedup.....e7baf8454f2eda27e7e70197294fccde