Optimalizace BCI-FIT: Brain Computer Interface - Funkční implementační Toolkit (BCI-FIT)

Pro každý konkrétní cíl bude vyhodnocen vývoj nových asistenčních technologií BCI přístupových metod v jednom nebo více experimentech s použitím střídavého léčebného jednopřípadového výzkumného designu (SCRD) se zdravými kontrolami a/nebo účastníky s SSPI. SCRD je ideální pro zkoumání malých, heterogenních populací, jako jsou jedinci s SSPI. Umožňuje podrobné zkoumání výkonnostních trendů a změn v čase a modifikace zásahu specifické pro účastníky jako součást procesu iterativního návrhu. Vzhledem k tomu, že každý účastník slouží jako vlastní kontrola, velikost vzorku pěti je dostatečná k prokázání a replikaci počátečního účinku. Další informace o SCRD a vizualizaci a analýze dat naleznete v části Statistický návrh a napájení.

Pokroky v BCI bude hodnotit celkem 60 účastníků; 15 jedinců s SSPI a 45 kontrol. Zapsáni budou účastníci s SSPI, kteří mají v současné době spolehlivé komunikační prostředky, buď pomocí řeči a/nebo zařízení AAC. Všichni účastníci budou ve věku 18–89 let (dospělí definovaní NIH) se stejným počtem mužů a žen. Zdravé kontroly budou přizpůsobeny věku, pohlaví a úrovni vzdělání. Ve studiích SCRD slouží každý účastník jako vlastní kontrola, takže účastníci zažijí všechny základní a intervenční podmínky zahrnuté v každé jednotlivé studii, jak je popsáno níže. Pořadí stavu bude randomizováno ve střídavé léčbě, kontrolované tak, aby každý účastník dokončil stejný počet sezení s každým zásahem, přičemž ne více než dvě po sobě jdoucí sezení se stejnou intervencí. Zaslepení není možné, protože každý subjekt musí znát svůj stav při střídavém léčebném designu.

Všechny studijní návštěvy s lidmi s SSPI budou prováděny v domácnostech účastníků pracovníky OHSU. Studijní návštěvy se zdravými kontrolami budou probíhat v laboratoři OHSU BCI. U všech úloh psaní sedí účastníci přibližně 75 cm od LCD displeje nastaveného pro systém BCI-FIT. V závislosti na uživatelově přizpůsobené konfiguraci BCI-FIT (postupy popsané v SA1.1) bude při každé relaci psaní použit jeden nebo více z následujících řídicích signálů: EEG (ERP, Code nebo SSVEP), pohyby očí (poloha nebo rychlost pohledu ), nebo binární přepínače. Všechny experimenty pro SA1.3a, SA1.3b a SA2.2 zahrnují úlohy kopírování a pravopisu, ve kterých účastníci zkopírují pět běžných pětipísmenných anglických slov s přibližně stejnou obtížností psaní (podle vstupu LM) a opraví chyby pomocí výběr znaku backspace, je-li to vhodné. Jednotlivé modely signálů budou inicializovány na populační modely a budou přizpůsobeny a zpřesněny s každou získanou sadou dat úlohy kopírování a pravopisu. Experiment pro SA3.4 zahrnuje úlohu vyprávění příběhu, popsanou níže v odstavci o tomto experimentu.

Experiment 1.3a otestuje hypotézu, že přizpůsobená konfigurace BCI-FIT založená na multimodálním vstupu zlepší přesnost psaní při úloze kopírování a pravopisu ve srovnání se standardním pravopisem matice P300. Budeme pilotně testovat nové multimodální vstupní funkce s účastníky kontroly před každým SCRD s účastníky, kteří prezentují SSPI. Bude zahrnovat pět účastníků s SSPI v SCRD se střídavou léčbou a zaměří se na přesnost psaní jako primární DV. Počáteční základní fáze bude zahrnovat týdenní relace kopírování a pravopisu se stávající metodou přístupu každého účastníka. Provedou se tři nebo více základních sezení, dokud nebude pozorován stabilní výkon, poté začne fáze střídavé léčby. Léčba sestává ze dvou různých konfigurací BCI-FIT: 1) multimodální konfigurace zvolená kombinací přístupů popsaných v SA1.1. (klinicky podporované a údaje o výkonu) a 2) standardní maticový pravopis P300. Při týdenních návštěvách sběru dat účastníci dokončí relace kopírování a pravopisu s každou konfigurací BCI-FIT s vyváženým pořadím relací. Účastníci absolvují alespoň pět relací s každou konfigurací, v případě potřeby více, aby dosáhli stabilního výkonu.

V experimentu 1.3b se předpokládá, že adaptivní individualizované modelování signálu umožní lidem s SSPI psát přesně během úlohy kopírování a pravopisu s BCI-FIT bez trénování nového modelu pro každé použití. Tento experiment bude také zahrnovat pět účastníků s SSPI v SCRD se střídavou léčbou s přesností psaní jako primární DV. V této studii není plánována žádná základní linie, protože zájem je o srovnání mezi verzemi BCI-FIT s adaptivním modelováním signálu a bez něj. Zpočátku každý účastník dokončí postupy optimalizace systému popsané v SA1.1 a SA1.2, aby identifikoval svou přizpůsobenou konfiguraci BCI-FIT. Během každé návštěvy v experimentu s alternativní léčbou se účastník pokusí o tři relace kopírování pravopisu se svou přizpůsobenou konfigurací BCI-FIT za použití tří různých typů modelů: (1) jediná kalibrace dokončená stejným uživatelem bezprostředně před pravopisem kopie; (2) vícenásobné kalibrace provedené stejným uživatelem v předchozích dnech; (3) vícenásobné kalibrace provedené jinými uživateli. Data budou vykreslena v grafu a analyzována samostatně (podle postupů v části Statistický návrh a výkon), aby se vyhodnotily účinky na výkon u obou verzí systému.

Experiment v SA2.2 otestuje hypotézu, že kterákoli ze dvou metod adaptivního dotazování zlepší přesnost psaní BCI-FIT pro uživatele s průměrným skóre AUC. Bude zahrnovat pět kontrol a pět účastníků s SSPI, každý se skóre AUC v rozmezí 70–80 %. (Na základě pilotního testování se očekává, že adaptivní dotazování poskytne uživatelům s touto úrovní základního výkonu největší výhody.) Experiment bude následovat SCRD se střídavou léčbou. V základní fázi budou účastníci absolvovat týdenní sezení kopírování a pravopisu s BCI-FIT bez adaptivního dotazování. Každá týdenní návštěva bude zahrnovat dvě sezení kopírování a pravopisu s BCI-FIT buď s adaptivními technikami dotazování nebo bez nich. Pořadí podmínek bude vyváženo tak, že podmínky nastanou v náhodném pořadí (ne více než dva výskyty stejné podmínky za sebou) a účastníci zažijí každou podmínku stejně mnohokrát (každá alespoň pětkrát, dokud nebude dosaženo stabilního výkonu). ).

Experiment v SA3.4 bude používat experiment SCRD se střídavými úpravami k testování hypotézy, že vylepšení jazykového modelu, včetně kombinace partnerského a environmentálního vstupu a dokončování slov během psaní, zlepší výkon při psaní pomocí BCI-FIT, měřeno pomocí ITR. během úkolu převyprávět příběh. Tento experiment bude zahrnovat pět kontrol a pět účastníků s SSPI, každý spárovaný s partnerem, aby poskytl partnerský vstup (celkem 10 dyád). Při každé týdenní návštěvě sběru dat se účastníci zapojí do dvou strukturovaných aktivit s vyprávěním příběhů, jednu s a druhou bez vylepšených funkcí jazykového modelu. Pořadí podmínek bude vyváženo tak, že podmínky nastanou v náhodném pořadí (ne více než dva výskyty stejné podmínky za sebou) a účastníci zažijí každou podmínku stejně mnohokrát (každá alespoň pětkrát, dokud nebude dosaženo stabilního výkonu). ). Aktivita vyprávění příběhu zahrnuje účastníka sledování krátkého videa spolu s komunikačním partnerem a poté pomocí BCI-FIT zodpoví otázky třetí osoby. Primární DV v tomto experimentu bude ITR.