Optimización de BCI-FIT: interfaz cerebro-computadora - kit de herramientas de implementación funcional (BCI-FIT)

Para cada objetivo específico, el desarrollo de nuevos métodos de acceso a BCI de tecnología asistiva se evaluará en uno o más experimentos utilizando un diseño de investigación de caso único (SCRD) de tratamientos alternos con controles sanos y/o participantes con SSPI. SCRD es ideal para examinar poblaciones pequeñas y heterogéneas, como las personas con SSPI. Permite un examen detallado de las tendencias de desempeño y los cambios a lo largo del tiempo, y modificaciones específicas de los participantes a la intervención como parte de un proceso de diseño iterativo. Debido a que cada participante sirve como su propio control, un tamaño de muestra de cinco es suficiente para demostrar y replicar un efecto inicial. Consulte la sección Diseño estadístico y potencia para obtener información adicional sobre SCRD y visualización y análisis de datos.

Un total de 60 participantes evaluarán los avances de BCI; 15 individuos con SSPI y 45 controles. Se inscribirán los participantes con SSPI que actualmente cuenten con un medio confiable de comunicación, ya sea usando el habla y/o un dispositivo AAC. Todos los participantes tendrán entre 18 y 89 años (adultos definidos por los NIH), con igual número de hombres y mujeres. Los controles sanos se emparejarán por edad, sexo y nivel educativo. En los estudios SCRD, cada participante actúa como su propio control, por lo que los participantes experimentarán todas las condiciones iniciales y de intervención incluidas en cada estudio individual, como se describe a continuación. El orden de las condiciones se aleatorizará en los tratamientos alternos, controlados de manera que cada participante complete un número igual de sesiones con cada intervención, con no más de dos sesiones consecutivas con la misma intervención. El cegamiento no es posible ya que cada sujeto debe conocer su condición en un diseño de tratamiento alterno.

El personal de OHSU llevará a cabo todas las visitas de estudio con personas con SSPI en los hogares de los participantes. Las visitas de estudio con controles sanos se realizarán en el laboratorio OHSU BCI. Para todas las tareas de mecanografía, los participantes se sientan a aproximadamente 75 cm de una pantalla LCD, configurada para el sistema BCI-FIT. Según la configuración personalizada de BCI-FIT del usuario (procedimientos descritos en SA1.1), se usarán una o más de las siguientes señales de control en cada sesión de tipeo: EEG (ERP, Código o SSVEP), movimientos oculares (posición de la mirada o velocidad ), o conmutadores binarios. Todos los experimentos para SA1.3a, SA1.3b y SA2.2 implican tareas de copia y ortografía, en las que los participantes copiarán cinco palabras comunes en inglés de 5 letras con una dificultad de escritura aproximadamente igual (según la entrada de LM) y corregirán los errores eligiendo el carácter de retroceso cuando corresponda. Los modelos de señales individuales se inicializarán en modelos de población y se personalizarán y refinarán con cada conjunto de datos de tareas de copia y ortografía adquiridos. El experimento para SA3.4 implica una tarea de volver a contar una historia, que se describe a continuación en el párrafo sobre ese experimento.

El Experimento 1.3a probará la hipótesis de que una configuración BCI-FIT personalizada basada en una entrada multimodal mejorará la precisión de escritura en una tarea de ortografía copiada en comparación con un deletreador de matriz P300 estándar. Haremos una prueba piloto de las nuevas funciones de entrada multimodal con participantes de control antes de cada SCRD con participantes que presenten SSPI. Incluirá a cinco participantes con SSPI en un SCRD de tratamientos alternos y se concentrará en la precisión de tipeo como DV principal. Una fase de referencia inicial implicará sesiones semanales de corrección ortográfica con el método de acceso existente de cada participante. Se realizarán tres o más sesiones de referencia hasta que se observe un rendimiento estable, luego comenzará la fase de tratamientos alternos. Los tratamientos consisten en dos configuraciones diferentes de BCI-FIT: 1) una configuración multimodal elegida por una combinación de los enfoques descritos en SA1.1. (respaldado clínicamente y respaldado por datos de rendimiento) y 2) un deletreador de matriz P300 estándar. En visitas semanales de recolección de datos, los participantes completarán sesiones de copy-spelling con cada configuración de BCI-FIT, con un orden de sesión contrabalanceado. Los participantes completan al menos cinco sesiones con cada configuración, más si es necesario para lograr un rendimiento estable.

En el Experimento 1.3b, se plantea la hipótesis de que el modelado adaptativo de señales individualizadas permitirá a las personas con SSPI escribir con precisión durante una tarea de copia de ortografía con BCI-FIT sin entrenar un nuevo modelo para cada uso. Este experimento también incluirá a cinco participantes con SSPI en un SCRD de tratamientos alternos con precisión de tipeo como DV principal. En este estudio, no se planifica una línea de base, ya que la comparación de interés es entre versiones de BCI-FIT con y sin modelado de señal adaptable. Inicialmente, cada participante completará los procedimientos de optimización del sistema descritos en SA1.1 y SA1.2 para identificar su configuración BCI-FIT personalizada. Durante cada visita, en el experimento de tratamientos alternativos, el participante intentará tres sesiones de copia de ortografía con su configuración personalizada de BCI-FIT, utilizando tres tipos de modelos diferentes: (1) una sola calibración completada por el mismo usuario inmediatamente antes de la copia de ortografía; (2) múltiples calibraciones realizadas por el mismo usuario en días anteriores; (3) múltiples calibraciones realizadas por otros usuarios. Los datos se graficarán y analizarán por separado (siguiendo los procedimientos de la sección Diseño estadístico y energía) para evaluar los efectos en el rendimiento con ambas versiones del sistema.

El experimento en SA2.2 probará la hipótesis de que cualquiera de los dos métodos de consulta adaptativa mejorará la precisión de tipeo de BCI-FIT para usuarios con puntajes de AUC mediocres. Incluirá cinco controles y cinco participantes con SSPI, cada uno con una puntuación AUC en el rango de 70-80%. (Según las pruebas piloto, se espera que las consultas adaptables brinden el mayor beneficio a los usuarios con este nivel de rendimiento básico). El experimento seguirá un SCRD de tratamientos alternos. En la fase de referencia, los participantes completarán sesiones semanales de ortografía con BCI-FIT sin consultas adaptativas. Cada visita semanal incluirá dos sesiones de ortografía con BCI-FIT, ya sea con o sin técnicas de consulta adaptativa. El orden de las condiciones se compensará de manera que las condiciones ocurran en orden aleatorio (con no más de dos instancias de la misma condición seguidas) y los participantes experimentarán cada condición la misma cantidad de veces (al menos cinco veces cada una, hasta que se logre un rendimiento estable). ).

El experimento en SA3.4 utilizará un experimento SCRD de tratamientos alternos para probar la hipótesis de que las mejoras del modelo de lenguaje, incluida una combinación de aportes del compañero y del entorno y finalización de palabras durante la escritura, mejorarán el rendimiento de escritura con BCI-FIT, según lo medido por ITR durante una tarea de narración de cuentos. Este experimento incluirá cinco controles y cinco participantes con SSPI, cada uno emparejado con un compañero para proporcionar información del compañero (inscripción total de 10 díadas). En cada visita semanal de recopilación de datos, los participantes participarán en dos actividades estructuradas de narración de historias, una con y otra sin las características mejoradas del modelo de lenguaje. El orden de las condiciones se compensará de manera que las condiciones ocurran en orden aleatorio (con no más de dos instancias de la misma condición seguidas) y los participantes experimentarán cada condición la misma cantidad de veces (al menos cinco veces cada una, hasta que se logre un rendimiento estable). ). La actividad de narración de historias implicará que el participante vea un video corto junto con un compañero de comunicación y luego use BCI-FIT para responder preguntas planteadas por una tercera persona. El DV primario en este experimento será ITR.