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Stratified Domain Generalized Motor Imagery Electroencephalogram Classification via Deep Mixture Distribution Representation Learning - 16/06/26

Doi : 10.1016/j.irbm.2026.100952 
Tian-jian Luo a, b, Xiaochen Zhang a, b,
a College of Computer and Cyber Security, Fujian Normal University, Fuzhou, 350117, China 
b Digital Fujian internet-of-thing laboratory of environmental monitoring, Fujian Normal University, Fuzhou, 350117, China 

Corresponding author at: College of Computer and Cyber Security, Fujian Normal University, Fuzhou, 350117, China. College of Computer and Cyber Security Fujian Normal University Fuzhou 350117 China

Abstract

Background and objective

Zero-calibration motor imagery brain-computer interfaces (MI-BCIs) play an important role in clinical rehabilitation, which endeavors to generalize the electroencephalogram (EEG) decoding methods to unseen subjects. Existing models typically involve domain generalization (DG) at a single level and often only focus on the generalization of data marginal and conditional distributions, which severely constrains MI-EEG classification performance during zero-calibration.

Methods

To this end, we propose a novel S tratified DG framework via D eep M ixture Di stribution R epresentation (SDG-DMDR) learning. The proposed SDG-DMDR model specifically enhances DG across multiple subjects at both the sample level and deep representation level through centroid alignment and mixture distribution learning techniques. Leveraging the feature extractor and classifier, the proposed model engages in joint optimization by incorporating weighted domain-generalized loss, center losses, and classification loss, which aims to enhance classification performance and generalization capabilities simultaneously.

Results

Empirical experiments on two publicly available MI-EEG datasets have revealed the feasibility and effectiveness of the proposed SDG-DMDR model. We achieved average accuracy and Cohen's kappa value of 68.75 and 0.577 in BCIIV-2a dataset, as well as 84.07 and 0.678 in BCIIV-2b dataset. Results analyses and ablation studies have also verified the superiority of the SDG-DMDR model with parameters insensitivity.

Conclusions

We provide a novel option to build zero-calibration MI-BCIs based on stratified DG framework.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




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Highlights

A stratified domain generalization is proposed for cross-subject MI-EEG decoding.
We learned a mixture distribution among multiple subjects centroid aligned EEG samples.
We jointly learned a weighted loss to maximize the generalization for unseen subjects.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Motor imagery electroencephalogram, Cross-subject, Adversarial learning, Cyclic domain adaptation, Domain-specific loss


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