Optimierung von BCI-FIT: Brain Computer Interface – Functional Implementation Toolkit (BCI-FIT)

Für jedes spezifische Ziel wird die Entwicklung neuer BCI-Zugangsmethoden für unterstützende Technologien in einem oder mehreren Experimenten unter Verwendung von Einzelfall-Forschungsdesigns (SCRD) mit alternierender Behandlung mit gesunden Kontrollpersonen und/oder Teilnehmern mit SSPI evaluiert. SCRD ist ideal für die Untersuchung kleiner, heterogener Populationen wie Personen mit SSPI. Es ermöglicht eine detaillierte Untersuchung von Leistungstrends und -änderungen im Laufe der Zeit sowie teilnehmerspezifische Modifikationen der Intervention als Teil eines iterativen Designprozesses. Da jeder Teilnehmer als seine eigene Kontrolle dient, reicht eine Stichprobengröße von fünf aus, um einen anfänglichen Effekt zu demonstrieren und zu replizieren. Weitere Informationen zu SCRD und Datenvisualisierung und -analyse finden Sie im Abschnitt „Statistisches Design und Leistung“.

Insgesamt 60 Teilnehmer werden die BCI-Fortschritte evaluieren; 15 Personen mit SSPI und 45 Kontrollen. Teilnehmer mit SSPI, die derzeit über ein zuverlässiges Kommunikationsmittel verfügen, entweder über Sprache und/oder ein AAC-Gerät, werden eingeschrieben. Alle Teilnehmer sind zwischen 18 und 89 Jahre alt (NIH-definierte Erwachsene), mit einer gleichen Anzahl von Männern und Frauen. Gesunde Kontrollen werden nach Alter, Geschlecht und Bildungsniveau abgeglichen. In SCRD-Studien dient jeder Teilnehmer als seine eigene Kontrolle, sodass die Teilnehmer alle Ausgangs- und Interventionsbedingungen erfahren, die in jeder einzelnen Studie enthalten sind, wie unten beschrieben. Die Reihenfolge der Bedingungen wird bei den alternierenden Behandlungen randomisiert und so gesteuert, dass jeder Teilnehmer mit jeder Intervention die gleiche Anzahl von Sitzungen absolviert, mit nicht mehr als zwei aufeinanderfolgenden Sitzungen mit derselben Intervention. Eine Verblindung ist nicht möglich, da jeder Proband seinen Zustand in einem alternierenden Behandlungsdesign kennen muss.

Alle Studienbesuche bei Menschen mit SSPI werden von OHSU-Mitarbeitern in den Häusern der Teilnehmer durchgeführt. Studienbesuche mit gesunden Kontrollpersonen finden im Labor des OHSU BCI statt. Bei allen Tippaufgaben sitzen die Teilnehmer etwa 75 cm von einem LCD-Display entfernt, das für das BCI-FIT-System eingerichtet ist. Abhängig von der angepassten BCI-FIT-Konfiguration des Benutzers (in SA1.1 beschriebene Verfahren) werden eines oder mehrere der folgenden Steuersignale in jeder Schreibsitzung verwendet: EEG (ERP, Code oder SSVEP), Augenbewegungen (Blickposition oder -geschwindigkeit). ) oder binäre Schalter. Die Experimente für SA1.3a, SA1.3b und SA2.2 beinhalten alle Schreibaufgaben, bei denen die Teilnehmer fünf allgemeine englische Wörter mit 5 Buchstaben und ungefähr gleicher Schreibschwierigkeit (gemäß LM-Eingabe) kopieren und Fehler korrigieren werden Wahl des Backspace-Zeichens, wenn es angebracht ist. Einzelne Signalmodelle werden zu Populationsmodellen initialisiert und mit jedem erfassten Copy-Spelling-Aufgabendatensatz personalisiert und verfeinert. Das Experiment für SA3.4 beinhaltet eine Aufgabe zum Nacherzählen einer Geschichte, die unten im Abschnitt über dieses Experiment beschrieben wird.

Experiment 1.3a testet die Hypothese, dass eine angepasste BCI-FIT-Konfiguration basierend auf einer multimodalen Eingabe die Tippgenauigkeit bei einer Copy-Spelling-Aufgabe im Vergleich zu einem standardmäßigen P300-Matrix-Speller verbessert. Wir werden vor jedem SCRD mit Teilnehmern, die mit SSPI präsentieren, neue multimodale Eingabefunktionen mit Kontrollteilnehmern testen. Es wird fünf Teilnehmer mit SSPI in eine SCRD mit abwechselnder Behandlung einbeziehen und sich auf die Tippgenauigkeit als primäre DV konzentrieren. Eine anfängliche Baseline-Phase umfasst wöchentliche Copy-Spelling-Sitzungen mit der bestehenden Zugriffsmethode jedes Teilnehmers. Drei oder mehr Baseline-Sitzungen werden durchgeführt, bis eine stabile Leistung beobachtet wird, dann beginnt die Phase der abwechselnden Behandlungen. Die Behandlungen bestehen aus zwei verschiedenen BCI-FIT-Konfigurationen: 1) einer multimodalen Konfiguration, die durch eine Kombination der in SA1.1 beschriebenen Ansätze ausgewählt wird. (klinisch unterstützt und durch Leistungsdaten unterstützt) und 2) ein standardmäßiger P300-Matrix-Speller. Bei wöchentlichen Datenerfassungsbesuchen werden die Teilnehmer mit jeder BCI-FIT-Konfiguration mit jeder BCI-FIT-Konfiguration in einer ausgeglichenen Sitzungsreihenfolge Rechtschreibsitzungen absolvieren. Die Teilnehmer absolvieren mindestens fünf Sitzungen mit jeder Konfiguration, bei Bedarf auch mehr, um eine stabile Leistung zu erzielen.

In Experiment 1.3b wird die Hypothese aufgestellt, dass die adaptive individualisierte Signalmodellierung es Personen mit SSPI ermöglicht, während einer Rechtschreibaufgabe mit BCI-FIT genau zu tippen, ohne ein neues Modell für jede Verwendung zu trainieren. Dieses Experiment wird auch fünf Teilnehmer mit SSPI in einem SCRD mit alternierenden Behandlungen mit Tippgenauigkeit als primärem DV umfassen. In dieser Studie ist keine Baseline geplant, da der Vergleich zwischen Versionen von BCI-FIT mit und ohne adaptive Signalmodellierung von Interesse ist. Zunächst führt jeder Teilnehmer die in SA1.1 und SA1.2 beschriebenen Systemoptimierungsverfahren durch, um seine angepasste BCI-FIT-Konfiguration zu identifizieren. Bei jedem Besuch wird der Teilnehmer im Experiment mit alternativen Behandlungen drei Copy-Spelling-Sitzungen mit seiner angepassten BCI-FIT-Konfiguration versuchen, wobei drei verschiedene Modelltypen verwendet werden: (1) eine einzelne Kalibrierung, die von demselben Benutzer unmittelbar vor dem Copy-Spelling durchgeführt wird; (2) mehrere Kalibrierungen, die von demselben Benutzer an vorherigen Tagen durchgeführt wurden; (3) mehrere Kalibrierungen, die von anderen Benutzern durchgeführt wurden. Die Daten werden separat grafisch dargestellt und analysiert (gemäß den Verfahren im Abschnitt „Statistisches Design und Leistung“), um die Auswirkungen auf die Leistung beider Systemversionen zu bewerten.

Das Experiment in SA2.2 wird die Hypothese testen, dass eine von zwei Methoden der adaptiven Abfrage die BCI-FIT-Eingabegenauigkeit für Benutzer mit mittelmäßigen AUC-Werten verbessern wird. Es wird fünf Kontrollen und fünf Teilnehmer mit SSPI umfassen, jeder mit einem AUC-Score im Bereich von 70-80 %. (Basierend auf Pilottests wird erwartet, dass adaptive Abfragen den größten Nutzen für Benutzer mit dieser Basisleistung bieten.) Das Experiment folgt einem SCRD mit alternierenden Behandlungen. In der Baseline-Phase absolvieren die Teilnehmer wöchentliche Copy-Spelling-Sitzungen mit BCI-FIT ohne adaptive Abfragen. Jeder wöchentliche Besuch umfasst zwei Copy-Spelling-Sitzungen mit BCI-FIT entweder mit oder ohne adaptive Abfragetechniken. Die Bedingungsreihenfolge wird so ausgeglichen, dass die Bedingungen in zufälliger Reihenfolge auftreten (mit nicht mehr als zwei Instanzen derselben Bedingung hintereinander) und die Teilnehmer jede Bedingung gleich oft erleben (mindestens fünf Mal, bis eine stabile Leistung erreicht ist). ).

Das Experiment in SA3.4 wird ein SCRD-Experiment mit abwechselnden Behandlungen verwenden, um die Hypothese zu testen, dass Sprachmodellverbesserungen, einschließlich einer Kombination aus Partner- und Umgebungseingabe und Wortvervollständigung während des Tippens, die Tippleistung mit BCI-FIT verbessern, wie durch ITR gemessen während einer Aufgabe zum Erzählen von Geschichten. Dieses Experiment wird fünf Kontrollen und fünf Teilnehmer mit SSPI umfassen, die jeweils mit einem Partner gepaart sind, um Partner-Input zu liefern (Gesamtregistrierung von 10 Dyaden). Bei jedem wöchentlichen Datenerfassungsbesuch werden die Teilnehmer an zwei strukturierten Aktivitäten zum Nacherzählen von Geschichten teilnehmen, eine mit und eine ohne die erweiterten Sprachmodellfunktionen. Die Bedingungsreihenfolge wird so ausgeglichen, dass die Bedingungen in zufälliger Reihenfolge auftreten (mit nicht mehr als zwei Instanzen derselben Bedingung hintereinander) und die Teilnehmer jede Bedingung gleich oft erleben (mindestens fünf Mal, bis eine stabile Leistung erreicht ist). ). Bei der Aktivität zum Nacherzählen von Geschichten sieht sich der Teilnehmer zusammen mit einem Kommunikationspartner ein kurzes Video an und verwendet dann BCI-FIT, um Fragen zu beantworten, die von einer dritten Person gestellt werden. Der primäre DV in diesem Experiment ist ITR.