Auf dem Weg zu einem verallgemeinerbaren Neurofeedback-basierten BCI mit geschlossenem Regelkreis für das Aufmerksamkeitstraining

Nach der Einwilligung und dem Bestehen der Vorab-Screening-Fragen wird jeder Teilnehmer in einem Blindprozess einer geschlossenen Neurofeedback-Gruppenstudie (1-Schein-Neurofeedback, 2-nicht-adaptives Neurofeedback, 3-adaptives Neurofeedback) zugeteilt (menschliche Probanden sind sich dessen nicht bewusst). Gruppen). Jeder Teilnehmer wird gebeten, ein dreiphasiges Experiment (Phase 1: Open-Loop-Vorauswertung, Phase 2: Closed-Loop-Neurofeedback, Phase 3: Open-Loop-Nachauswertung) in einer einzigen Sitzung abzuschließen. Die Dauer jeder Sitzung beträgt etwa zwei Stunden. Zur Durchführung des Experiments sitzt der Teilnehmer in einem bequemen Stuhl vor einem Monitor. Eine 8-Kanal-EEG-Kappe oder eine 32-Kanal-EEG-Kappe (von der Firma gtec) wird auf seiner/ihrer Kopfhaut platziert, gefolgt von der Platzierung der Elektroden in den dafür vorgesehenen Bereichen des 10-20-Systems. Insgesamt dauert das Screening und die Vorbereitung des Aufbaus etwa 40 Minuten. Im Folgenden werden alle Phasen für alle Gruppen im Detail erläutert:

Phase 1: Open-Loop-Vorauswertung [konsistent bei allen Teilnehmern in drei Gruppen: 1 – Schein-Neurofeedback, 2 – nichtadaptives Neurofeedback 3 – adaptives Neurofeedback] Die Forscher richteten zunächst ein Echtzeit-BCI-System ein, um EEG-Signale und Verhaltensreaktionen zu sammeln eine synchrone Weise. Die Forscher werden ihr zuvor etabliertes Paradigma für das visuelle Aufmerksamkeitstraining verwenden, bei dem gemischte Bilder von „Gesicht“ und „Szene“ in einer Reihe von Versuchen gezeigt werden und die Verhaltensreaktion auf vorbereitete Kategorien mithilfe von Druckknöpfen erfasst wird. Jedes zusammengesetzte Bild wird eine Sekunde lang angezeigt. Wenn es sich bei der anfänglichen Anweisung in allen Versuchen um Gesichtsbilder handelt, drückt der Teilnehmer mit der rechten Hand eine Taste für ein Schlüsselwort, wenn das männliche Gesicht beobachtet wird, und drückt mit der linken Hand eine andere Taste für ein Schlüsselwort, wenn ein weibliches Gesicht gezeigt wird. Wenn sich die anfängliche Anweisung auf Szenenbilder bezieht, drückt der Teilnehmer mit der rechten Hand eine Taste für ein Schlüsselwort für Innenszenen und drückt mit der linken Hand eine andere Taste für Außenszenen. Für diese Phase wird ein Lauf (jeder Lauf besteht aus 8 Blöcken, jeder Block mit 50 Versuchen, jeder Versuch eine Sekunde) berücksichtigt. Mit der notwendigen Ruhezeit für den Teilnehmer und der Vorbereitung der Forscher auf Phase 2 beträgt die Dauer dieser Phase etwa 15 Minuten.

Phase 2: Closed-Loop-Neurofeedback [nur für Probanden in Gruppe: 1 – Schein-Neurofeedback] In der Evaluierungsphase 1 erstellen die Forscher ein Aufmerksamkeitsmodell für jeden Teilnehmer, um seinen/ihren Aufmerksamkeitszustand gegenüber einer vorbereiteten Kategorie im gemischten Bild zu bestimmen (50 %). Gesichtsbild und 50 % Szenenbild). Bei einer Schein-Neurofeedback-Aufgabe wird der Teilnehmer gebeten, die Unschärfe und Transparenz eines Gesichts- oder Szenenbilds im gemischten Bild (als Feedback-Belohnung/Strafe) mithilfe seiner neuronalen Aktivitäten zu steuern. Während der Schein-Neurofeedback-Phase werden nur neuronale Daten aufgezeichnet. Da es sich um eine Scheinmethode handelt, bestimmt unser Algorithmus unabhängig von den gesammelten EEG-Daten zufällig die Unschärfe und Transparenz von Bildern. Für diese Phase werden 5 Läufe berücksichtigt (jeder Lauf besteht aus 8 Blöcken, jeder Block hat 50 Versuche, jeder Versuch dauert eine Sekunde). Mit der notwendigen Ruhezeit für den Teilnehmer und der Vorbereitung der Forscher auf Phase 3 beträgt die Dauer dieser Phase etwa 50 Minuten.

Phase 2: Closed-Loop-Neurofeedback [nur für Probanden in Gruppe: 2 – nichtadaptives Neurofeedback] In der Evaluierungsphase 1 erstellen die Forscher für jeden Teilnehmer ein festes Aufmerksamkeitsmodell, um seinen/ihren Aufmerksamkeitszustand für eine präparierte Kategorie im gemischten Bild zu bestimmen (50). % Gesichtsbild und 50 % Szenenbild). Dieses Modell wird der Online-Verarbeitungspipeline zugeführt. Während der nichtadaptiven Neurofeedback-Aufgabe wird der Teilnehmer gebeten, die Unschärfe und Transparenz eines Gesichts- oder Szenenbilds im gemischten Bild (als Feedback-Belohnung/Strafe) durch Nutzung seiner neuronalen Aktivitäten zu steuern. Während der nichtadaptiven Neurofeedback-Phase werden nur neuronale Daten aufgezeichnet. Für diese Phase werden 5 Läufe berücksichtigt (jeder Lauf besteht aus 8 Blöcken, jeder Block hat 50 Versuche, jeder Versuch dauert eine Sekunde). Mit der notwendigen Ruhezeit für den Teilnehmer und der Vorbereitung der Forscher auf Phase 3 beträgt die Dauer dieser Phase etwa 50 Minuten.

Phase 2: Closed-Loop-Neurofeedback [nur für Probanden in Gruppe: 3 – adaptives Neurofeedback] In der Evaluierungsphase 1 erstellen die Forscher für jeden Probanden ein festes Aufmerksamkeitsmodell, um seinen/ihren Aufmerksamkeitszustand für eine präparierte Kategorie im gemischten Bild zu bestimmen (50). % Gesichtsbild und 50 % Szenenbild). Dieses Modell wird zur Initialisierung der Online-Verarbeitungspipeline verwendet. Bei der adaptiven Neurofeedback-Aufgabe wird der Proband gebeten, die Unschärfe und Transparenz eines Gesichts- oder Szenenbilds im gemischten Bild (als Feedback-Belohnung/-Strafe) mithilfe seiner neuronalen Aktivitäten zu steuern. Basierend auf dem verwendeten Algorithmus wird das Aufmerksamkeitsmodell angepasst und an neue, bevorstehende neuronale Daten angepasst. Während der adaptiven Neurofeedback-Phase werden nur neuronale Daten aufgezeichnet. Für diese Phase werden 5 Läufe berücksichtigt (jeder Lauf besteht aus 8 Blöcken, jeder Block hat 50 Versuche, jeder Versuch dauert eine Sekunde). Mit der notwendigen Ruhezeit für den Teilnehmer und der Vorbereitung der Forscher auf Phase 3 beträgt die Dauer dieser Phase etwa 50 Minuten.

Phase 3: Open-Loop-Nachbewertung [konsistent bei allen Probanden in drei Gruppen: 1 – Schein-Neurofeedback, 2 – nichtadaptives Neurofeedback, 3 – adaptives Neurofeedback] Diese Phase wird Phase 1 völlig ähnlich sein. Für diese Phase wird ein Lauf (jeder Lauf besteht aus 8 Blöcken, jeder Block aus 50 Versuchen, jeder Versuch dauert eine Sekunde) berücksichtigt. Mit der notwendigen Ruhezeit des Teilnehmers veranschlagen wir für die Dauer dieser Phase ca. 15 Minuten.