Optimering af BCI-FIT: Brain Computer Interface - Funktionelt implementeringsværktøj (BCI-FIT)

For hvert specifikt mål vil udviklingen af ​​nye hjælpeteknologiske BCI-adgangsmetoder blive evalueret i et eller flere eksperimenter ved hjælp af alternerende behandlinger i enkelttilfælde-forskningsdesign (SCRD) med sunde kontroller og/eller deltagere med SSPI. SCRD er ideel til at undersøge små, heterogene populationer såsom individer med SSPI. Det giver mulighed for detaljeret undersøgelse af præstationstendenser og ændringer over tid og for deltagerspecifikke ændringer af interventionen som en del af en iterativ designproces. Fordi hver deltager fungerer som deres egen kontrol, er en stikprøvestørrelse på fem tilstrækkelig til at demonstrere og replikere en indledende effekt. Se venligst afsnittet Statistisk design og strøm for yderligere information om SCRD og datavisualisering og -analyse.

I alt 60 deltagere vil evaluere BCI-fremskridtene; 15 personer med SSPI og 45 kontroller. Deltagere med SSPI, som i øjeblikket har et pålideligt kommunikationsmiddel, enten ved hjælp af tale og/eller en AAC-enhed, vil blive tilmeldt. Alle deltagere vil være i alderen 18-89 år (NIH-definerede voksne), med lige mange mænd og kvinder. Sunde kontroller vil blive matchet for alder, køn og uddannelsesniveau. I SCRD-studier fungerer hver deltager som deres egen kontrol, så deltagerne vil opleve alle de baseline- og interventionsbetingelser, der er inkluderet i hver enkelt undersøgelse, som beskrevet nedenfor. Tilstandsrækkefølgen vil blive randomiseret i de vekslende behandlinger, kontrolleret således, at hver deltager gennemfører et lige antal sessioner med hver intervention, med ikke mere end to på hinanden følgende sessioner med samme intervention. Blindning er ikke mulig, da hvert forsøgsperson skal kende deres tilstand i et vekslende behandlingsdesign.

Alle studiebesøg med personer med SSPI vil blive gennemført i deltagernes hjem af OHSU-personale. Studiebesøg med raske kontroller vil finde sted på OHSU BCI-laboratoriet. Til alle skriveopgaver sidder deltagerne cirka 75 cm fra et LCD-display, der er opsat til BCI-FIT-systemet. Afhængigt af brugerens tilpassede BCI-FIT-konfiguration (procedurer beskrevet i SA1.1), vil et eller flere af følgende kontrolsignaler blive brugt i hver skrivesession: EEG (ERP, Code eller SSVEP), øjenbevægelser (blikposition eller hastighed) ), eller binære switche. Eksperimenterne for SA1.3a, SA1.3b og SA2.2 involverer alle kopi-staveopgaver, hvor deltagerne vil kopiere fem almindelige engelske ord på 5 bogstaver med omtrent samme skrivesværhedsgrad (ifølge LM-input), og rette fejl ved at vælge backspace-tegn, når det er relevant. Individuelle signalmodeller vil blive initialiseret til befolkningsmodeller og vil blive personaliseret og forfinet med hvert erhvervet kopi-staveopgavedatasæt. Eksperimentet til SA3.4 involverer en historiegenfortælleopgave, beskrevet nedenfor i afsnittet om det pågældende eksperiment.

Eksperiment 1.3a vil teste hypotesen om, at en tilpasset BCI-FIT-konfiguration baseret på multimodal input vil forbedre indtastningsnøjagtigheden på en kopi-staveopgave sammenlignet med en standard P300 matrix staver. Vi vil pilotteste nye multimodale inputfunktioner med kontroldeltagere før hver SCRD med deltagere, der præsenterer med SSPI. Den vil omfatte fem deltagere med SSPI i en SCRD med alternerende behandlinger og vil koncentrere sig om skrivenøjagtighed som den primære DV. En indledende baseline fase vil involvere ugentlige kopi-stave-sessioner med hver deltagers eksisterende adgangsmetode. Tre eller flere baseline-sessioner vil blive udført, indtil stabil præstation observeres, hvorefter den skiftende behandlingsfase begynder. Behandlinger består af to forskellige BCI-FIT-konfigurationer: 1) en multimodal konfiguration valgt ved en kombination af tilgangene beskrevet i SA1.1. (klinisk understøttet og ydeevnedataunderstøttet) og 2) en standard P300 matrix stavemaskine. Ved ugentlige dataindsamlingsbesøg vil deltagerne gennemføre kopi-stave-sessioner med hver BCI-FIT-konfiguration med modvægtet sessionsrækkefølge. Deltagerne gennemfører mindst fem sessioner med hver konfiguration, flere hvis det er nødvendigt for at opnå stabil ydeevne.

I eksperiment 1.3b er det antaget, at adaptiv individualiseret signalmodellering vil give personer med SSPI mulighed for at skrive nøjagtigt under en kopi-staveopgave med BCI-FIT uden at træne en ny model til hver brug. Dette eksperiment vil også omfatte fem deltagere med SSPI i en alternerende behandlings-SCRD med indtastningsnøjagtighed som den primære DV. I denne undersøgelse er der ikke planlagt nogen baseline, da sammenligningen af ​​interesse er mellem versioner af BCI-FIT med og uden adaptiv signalmodellering. Indledningsvis vil hver deltager gennemføre systemoptimeringsprocedurer beskrevet i SA1.1 og SA1.2 for at identificere deres tilpassede BCI-FIT-konfiguration. Under hvert besøg, i eksperimentet med alternative behandlinger, vil deltageren forsøge tre kopi-stavesessioner med deres tilpassede BCI-FIT-konfiguration ved at bruge tre forskellige modeltyper: (1) en enkelt kalibrering udført af den samme bruger umiddelbart før kopistavning; (2) flere kalibreringer udført af den samme bruger på tidligere dage; (3) flere kalibreringer udført af andre brugere. Data vil blive tegnet og analyseret separat (ved at følge procedurerne i afsnittet Statistisk design og strøm) for at evaluere virkningerne på ydeevnen med begge systemversioner.

Eksperimentet i SA2.2 vil teste hypotesen om, at en af ​​to metoder til adaptiv forespørgsel vil forbedre BCI-FIT-indtastningsnøjagtigheden for brugere med middelmådige AUC-score. Det vil omfatte fem kontroller og fem deltagere med SSPI, hver med en AUC-score i intervallet 70-80%. (Baseret på pilottest forventes adaptiv forespørgsel at give brugerne størst fordel med dette niveau af baseline-ydeevne). Forsøget vil følge en SCRD med alternerende behandlinger. I basisfasen vil deltagerne gennemføre ugentlige kopi-stave-sessioner med BCI-FIT uden adaptiv forespørgsel. Hvert ugentligt besøg vil omfatte to kopi-stave-sessioner med BCI-FIT enten med eller uden adaptive forespørgselsteknikker. Tilstandsrækkefølgen vil blive udlignet, således at tilstande opstår i tilfældig rækkefølge (med ikke mere end to tilfælde af samme tilstand i træk), og deltagerne vil opleve hver tilstand lige mange gange (mindst fem gange hver, indtil stabil præstation er opnået ).

Eksperimentet i SA3.4 vil bruge et alternerende SCRD-eksperiment til at teste hypotesen om, at sprogmodelforbedringer, herunder en kombination af partner- og miljøinput og ordafslutning under indtastning, vil forbedre skriveydeevnen med BCI-FIT, som målt ved ITR under en historiegenfortælleopgave. Dette eksperiment vil omfatte fem kontroller og fem deltagere med SSPI, hver parret med en partner for at give partnerinput (samlet tilmelding på 10 dyader). I hvert ugentlige dataindsamlingsbesøg vil deltagerne deltage i to strukturerede historiegenfortælleaktiviteter, en med og en uden de forbedrede sprogmodelfunktioner. Tilstandsrækkefølgen vil blive udlignet, således at tilstande opstår i tilfældig rækkefølge (med ikke mere end to tilfælde af samme tilstand i træk), og deltagerne vil opleve hver tilstand lige mange gange (mindst fem gange hver, indtil stabil præstation er opnået ). Historiegenfortælle-aktiviteten vil involvere, at deltageren ser en kort video sammen med en kommunikationspartner og derefter bruger BCI-FIT til at besvare spørgsmål stillet af en tredje person. Den primære DV i dette eksperiment vil være ITR.