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The research leading to these results has received funding from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness under Grants C080020-09 (Cajal Blue Brain Project, Spanish partner of the Blue Brain Project initiative from EPFL), TIN2017-83132 and a FPU Grant (FPU19/04516) to Ivan Velasco, as well as from the European Union's Horizon 2020 Framework Programme for Research and Innovation under the Specific Grant Agreements No. 785907 (Human Brain Project SGA2) and 945539 (Human Brain Project SGA3), the Agencia Estatal de Investigacion (PID2019-108311GB-I00/AEI/10.13039/501100011033 and PID2019-106254RB-I00) and the Spanish Ministry of Science and Innovation under Grant PID2020-113013RB-C21.

Análisis de autorías institucional

Velasco, IAutor (correspondencia)Sipols, AAutor o CoautorDe Blas, C SimonAutor o CoautorPastor, LAutor o CoautorBayona, SAutor o Coautor

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17 de abril de 2023
Publicaciones
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Artículo

Motor imagery EEG signal classification with a multivariate time series approach

Publicado en:Biomedical Engineering Online. 22 (1): 29- - 2023-03-23 22(1), DOI: 10.1186/s12938-023-01079-x

Autores: Velasco, I; Sipols, A; De Blas, C Simon; Pastor, L; Bayona, S

Afiliaciones

Rey Juan Carlos Univ, Dept Appl Math Sci & Engn Mat & Elect Technol, Madrid, Spain - Autor o Coautor
Rey Juan Carlos Univ, Dept Comp Sci & Stat, Madrid, Spain - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid, Ctr Computat Simulat, Madrid, Spain - Autor o Coautor

Resumen

BackgroundElectroencephalogram (EEG) signals record electrical activity on the scalp. Measured signals, especially EEG motor imagery signals, are often inconsistent or distorted, which compromises their classification accuracy. Achieving a reliable classification of motor imagery EEG signals opens the door to possibilities such as the assessment of consciousness, brain computer interfaces or diagnostic tools. We seek a method that works with a reduced number of variables, in order to avoid overfitting and to improve interpretability. This work aims to enhance EEG signal classification accuracy by using methods based on time series analysis. Previous work on this line, usually took a univariate approach, thus losing the possibility to take advantage of the correlation information existing within the time series provided by the different electrodes. To overcome this problem, we propose a multivariate approach that can fully capture the relationships among the different time series included in the EEG data. To perform the multivariate time series analysis, we use a multi-resolution analysis approach based on the discrete wavelet transform, together with a stepwise discriminant that selects the most discriminant variables provided by the discrete wavelet transform analysisResultsApplying this methodology to EEG data to differentiate between the motor imagery tasks of moving either hands or feet has yielded very good classification results, achieving in some cases up to 100% of accuracy for this 2-class pre-processed dataset. Besides, the fact that these results were achieved using a reduced number of variables (55 out of 22,176) can shed light on the relevance and impact of those variables.ConclusionsThis work has a potentially large impact, as it enables classification of EEG data based on multivariate time series analysis in an interpretable way with high accuracy. The method allows a model with a reduced number of features, facilitating its interpretability and improving overfitting. Future work will extend the application of this classification method to help in diagnosis procedures for detecting brain pathologies and for its use in brain computer interfaces. In addition, the results presented here suggest that this method could be applied to other fields for the successful analysis of multivariate temporal data.

Palabras clave

AdultAgedAlgorithmsArticleAwarenessBiomedical signal processingBrain computer interfaceBrain diseaseBrain-computer interfacesClassificationClassification (of information)Classification accuracyControlled studyConvolutional neural-networkDecompositionDiagnosisDiagnostic accuracyDiagnostic test accuracy studyDiscrete wavelet transformDiscrete wavelet transform (dwt)Discrete wavelet transformsDiscrete-wavelet-transformDiscriminant analysisDiscriminationEegElectroencephalogramElectroencephalogram signalsElectroencephalographyEpilepsyFeature extractionFeature selectionFemaleHandHarmonic analysisHumanHuman experimentImage classificationImageryImaginationMachineMaleMaximal overlap discrete wavelet transformMotor imageryMulti-resolutionMulti-variate time seriesMultivariant analysisMultivariate analysisNormal humanOverfittingSensitivity and specificitySignal classificationSignal reconstructionTask performanceTime factorsTime series analysisTimes seriesWavelet analysisWavelet transform

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Biomedical Engineering Online debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia Scopus (SJR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2023, se encontraba en la posición , consiguiendo con ello situarse como revista Q2 (Segundo Cuartil), en la categoría Radiology, Nuclear Medicine and Imaging. Destacable, igualmente, el hecho de que la Revista está posicionada en el Cuartil Q3 para la agencia WoS (JCR) en la categoría Engineering, Biomedical.

Desde una perspectiva relativa, y atendiendo al indicador del impacto normalizado calculado a partir de las Citas Mundiales proporcionadas por WoS (ESI, Clarivate), arroja un valor para la normalización de citas relativas a la tasa de citación esperada de: 1.24. Esto indica que, de manera comparada con trabajos en la misma disciplina y en el mismo año de publicación, lo ubica como trabajo citado por encima de la media. (fuente consultada: ESI 14 Nov 2024)

Esta información viene reforzada por otros indicadores del mismo tipo, que aunque dinámicos en el tiempo y dependientes del conjunto de citaciones medias mundiales en el momento de su cálculo, coinciden en posicionar en algún momento al trabajo, entre el 50% más citados dentro de su temática:

  • Media Ponderada del Impacto Normalizado de la agencia Scopus: 1.38 (fuente consultada: FECYT Feb 2024)
  • Field Citation Ratio (FCR) de la fuente Dimensions: 5.53 (fuente consultada: Dimensions Jul 2025)

De manera concreta y atendiendo a las diferentes agencias de indexación, el trabajo ha acumulado, hasta la fecha 2025-07-16, el siguiente número de citas:

  • WoS: 8
  • Scopus: 11
  • Europe PMC: 2

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-07-16:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 32.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 37 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 1.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 1 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.

Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Primer Autor (Velasco González, Iván) y Último Autor (Bayona Beriso, Sofía).

el autor responsable de establecer las labores de correspondencia ha sido Velasco González, Iván.