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作 者:王雨佳 鞠翔宇 于扬 李明[1] WANG Yu-jia;JU Xiang-yu;YU Yang;LI Ming(College of Intelligence Science and Technology,National University of Defense Technology,Changsha Hunan 410073,China)
机构地区:[1]国防科技大学智能科学学院,湖南长沙410073
出 处:《控制理论与应用》2025年第1期50-58,共9页Control Theory & Applications
基 金:国家自然科学基金项目(62076248)资助.
摘 要:准确的认知负荷评估对于增强人机协调能力、提升人机共融系统效率具有重要意义.目前常用的基于脑电信号的认知负荷评估技术中,在提取和利用频谱信息的时间和空间关系等方面普遍缺少有效手段.本文针对脑电频谱图空间分辨率低的特点,引入胶囊网络有效表征不同导联之间的相对空间关系;针对脑电频谱图随时间波动的特点,设计了由长短期记忆网络等组成的时间特征学习支路,最终通过时空特征融合构建了一种新的认知负荷评估算法.基于公开数据集的测试结果表明,本文所提算法的四分类正确率达到99.27%(被试内)和95.16%(跨被试),在现有算法中性能最优.消融实验表明,算法的时、空特征提取模块可分别对脑电频谱图的时空特征进行有效表征,所提出的双路网络结构能有效完成时空特征的高效融合.Accurate cognitive workload assessment is of great significance for enhancing human-machine coordination and improving the efficiency of human-machine integration systems.Due to the low spatial resolution and the temporal fluctuation of electroencephalogram(EEG)spectrum,commonly used EEG based methods for cognitive workload assessment are not effective in utilizing spatial and temporal information among the EEG spectrum.In this work,a novel cognitive workload assessment algorithm is proposed by fusing the spatial and temporal features of the EEG spectrum,which are extracted by a CapsNet and a long short term memory network.Test results based on public datasets show that the proposed algorithm achieves the optimal performance among SOTA algorithms,reaching 99.27%(data-dependent)and 95.16%(data-independent).The ablation experiments prove that the temporal and spatial feature extraction modules of the algorithm can effectively represent the corresponding features of EEG spectrum,and the proposed dual-stream network structure can accomplish the efficient fusion of temporal and spatial features.
关 键 词:认知负荷评估 脑电频谱图 时空特征 时空双路神经网络
分 类 号:TP3[自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
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