BCI-FIT:n optimointi: Brain Computer Interface - Functional Implementation Toolkit (BCI-FIT)

Kutakin erityistä tavoitetta varten uuden avustavan teknologian BCI-käyttömenetelmien kehitystä arvioidaan yhdessä tai useammassa kokeessa, jossa käytetään vaihtoehtoista hoitoa yksittäistapauksen tutkimussuunnittelua (SCRD) terveiden kontrollien ja/tai SSPI-potilaiden kanssa. SCRD on ihanteellinen pienten, heterogeenisten populaatioiden, kuten SSPI-potilaiden, tutkimiseen. Se mahdollistaa suorituskyvyn trendien ja muutosten tarkan tarkastelun ajan mittaan sekä osallistujakohtaiset muutokset interventioon osana iteratiivista suunnitteluprosessia. Koska jokainen osallistuja toimii omana kontrollinaan, viiden otoskoko riittää osoittamaan ja toistamaan alkuvaikutuksen. Katso Tilastollinen suunnittelu ja teho -osiossa lisätietoja SCRD:stä ja tietojen visualisoinnista ja analysoinnista.

Yhteensä 60 osallistujaa arvioi BCI:n edistymistä; 15 yksilöä, joilla on SSPI ja 45 kontrollia. Osallistujat, joilla on SSPI ja joilla on tällä hetkellä luotettavat viestintävälineet joko puheen ja/tai AAC-laitteen avulla, otetaan mukaan. Kaikki osallistujat ovat 18–89-vuotiaita (NIH:n määrittelemät aikuiset), ja miehiä ja naisia ​​on yhtä paljon. Terveet kontrollit yhdistetään iän, sukupuolen ja koulutustason mukaan. SCRD-tutkimuksissa jokainen osallistuja toimii omana kontrollinaan, joten osallistujat kokevat kaikki kunkin yksittäisen tutkimuksen lähtötilanteet ja interventioolosuhteet, kuten alla on kuvattu. Kuntojärjestys satunnaistetaan vuorottelevissa hoidoissa, ja niitä ohjataan siten, että jokainen osallistuja suorittaa yhtä monta istuntoa kullakin interventiolla, mutta enintään kaksi peräkkäistä istuntoa samalla interventiolla. Sokeus ei ole mahdollista, koska jokaisen koehenkilön on tiedettävä tilansa vaihtelevan hoitosuunnitelman mukaisesti.

Kaikki opintovierailut SSPI-potilaiden kanssa tehdään osallistujien kodissa OHSU:n henkilökunnan toimesta. Opintokäynnit terveiden kontrollien kanssa tehdään OHSU:n BCI-laboratoriossa. Kaikissa kirjoitustehtävissä osallistujat istuvat noin 75 cm:n etäisyydellä LCD-näytöstä, joka on asetettu BCI-FIT-järjestelmää varten. Riippuen käyttäjän mukautetusta BCI-FIT-konfiguraatiosta (SA1.1:ssä kuvatut menettelyt), jokaisessa kirjoitusistunnossa käytetään yhtä tai useampaa seuraavista ohjaussignaaleista: EEG (ERP, Code tai SSVEP), silmien liikkeet (katseen asento tai nopeus). ) tai binäärikytkimiä. SA1.3a-, SA1.3b- ja SA2.2-kokeet sisältävät kaikki kopio-oikolukutehtävät, joissa osallistujat kopioivat viisi tavallista 5-kirjaimista englanninkielistä sanaa, joiden kirjoitusvaikeudet ovat suunnilleen yhtä suuria (LM-syötteen mukaan) ja korjaavat virheet valitsemalla askelpalauttimen tarvittaessa. Yksittäiset signaalimallit alustetaan populaatiomalleiksi, ja niitä mukautetaan ja jalostetaan jokaisen hankitun kopio-oikolukutehtävän tietojoukon kanssa. SA3.4:n kokeilu sisältää tarinan uudelleenkerrontatehtävän, joka kuvataan alla kokeilua käsittelevässä kappaleessa.

Kokeessa 1.3a testataan hypoteesia, että multimodaaliseen syötteeseen perustuva räätälöity BCI-FIT-konfiguraatio parantaa kirjoitustarkkuutta kopio-oikolukutehtävässä verrattuna tavalliseen P300-matriisikirjoittimeen. Testaamme uusia multimodaalisia syöttöominaisuuksia kontrolliosallistujien kanssa ennen jokaista SCRD:tä SSPI:tä käyttävien osallistujien kanssa. Se sisältää viisi osallistujaa, joilla on SSPI vuorottelukäsittelyn SCRD:ssä ja keskittyy kirjoitustarkkuuteen ensisijaisena DV:nä. Ensimmäinen perusvaihe sisältää viikoittaisia ​​kopiointi-oikolukuistuntoja kunkin osallistujan nykyisellä käyttötavalla. Kolme tai useampia perustilannetta suoritetaan, kunnes havaitaan vakaa suorituskyky, minkä jälkeen alkaa vuorottelevien hoitojen vaihe. Hoidot koostuvat kahdesta erilaisesta BCI-FIT-kokoonpanosta: 1) multimodaalinen konfiguraatio, joka valitaan SA1.1:ssä kuvattujen lähestymistapojen yhdistelmällä. (kliinisesti tuettu ja suorituskykytietojen tuettu) ja 2) tavallinen P300-matriisikirjoitin. Viikoittaisilla tiedonkeruukäynneillä osallistujat suorittavat kopio-oikolukuistuntoja jokaisella BCI-FIT-kokoonpanolla tasapainotetulla istuntojärjesyksellä. Osallistujat suorittavat vähintään viisi istuntoa kullakin kokoonpanolla, tarvittaessa enemmänkin saavuttaakseen vakaan suorituskyvyn.

Kokeessa 1.3b oletetaan, että mukautuva yksilöllinen signaalimallinnus antaa SSPI:tä käyttäville ihmisille mahdollisuuden kirjoittaa tarkasti BCI-FIT:n kopiointi-oikolukutehtävän aikana ilman uutta mallia jokaista käyttöä varten. Tähän kokeiluun osallistuu myös viisi osallistujaa, joilla on SSPI vuorovaikutteisen hoidon SCRD:ssä, jossa kirjoituksen tarkkuus on ensisijainen DV. Tässä tutkimuksessa ei ole suunniteltu lähtökohtaa, koska kiinnostava vertailu on BCI-FIT-versioiden välillä, joissa on adaptiivinen signaalimallinnus ja ilman sitä. Aluksi jokainen osallistuja suorittaa SA1.1:ssä ja SA1.2:ssa kuvatut järjestelmän optimointitoimenpiteet tunnistaakseen mukautetun BCI-FIT-kokoonpanonsa. Jokaisen käynnin aikana vaihtoehtoisessa hoitokokeessa osallistuja yrittää kolmea kopio-oikolukuistuntoa mukautetuilla BCI-FIT-kokoonpanoilla käyttämällä kolmea eri mallityyppiä: (1) yksi kalibrointi, jonka sama käyttäjä suorittaa välittömästi ennen kopioiden oikeinkirjoitusta; (2) useita saman käyttäjän suorittamia kalibrointeja edellisinä päivinä; (3) useat muiden käyttäjien suorittamat kalibroinnit. Tiedot piirretään ja analysoidaan erikseen (noudattamalla Tilastollinen suunnittelu ja teho -osion menettelyjä) molempien järjestelmäversioiden tehokkuuden arvioimiseksi.

SA2.2:n kokeilu testaa hypoteesia, että jompikumpi kahdesta adaptiivisen kyselyn menetelmästä parantaa BCI-FIT-kirjoitustarkkuutta käyttäjille, joilla on keskinkertaiset AUC-pisteet. Se sisältää viisi kontrollia ja viisi osallistujaa, joilla on SSPI, ja kunkin AUC-pistemäärä on 70-80 %. (Pilottitestauksen perusteella mukautuvan kyselyn odotetaan tuovan eniten hyötyä käyttäjille, joilla on tällä perussuorituskykytasolla.) Kokeessa noudatetaan vuorottelevan hoidon SCRD:tä. Perusvaiheessa osallistujat suorittavat viikoittaisia ​​kopiointi-oikolukuistuntoja BCI-FIT:llä ilman mukautuvaa kyselyä. Jokainen viikoittainen käynti sisältää kaksi kopio-oikolukuistuntoa BCI-FIT:llä joko mukautuvan kyselytekniikan kanssa tai ilman. Ehtojen järjestys tasapainotetaan siten, että olosuhteet esiintyvät satunnaisessa järjestyksessä (enintään kaksi samaa ehtoa peräkkäin) ja osallistujat kokevat kunkin tilan yhtä monta kertaa (vähintään viisi kertaa, kunnes saavutetaan vakaa suorituskyky ).

SA3.4:n kokeessa käytetään vaihtoehtoisen hoidon SCRD-koetta testatakseen hypoteesia, jonka mukaan kielimallin parannukset, mukaan lukien kumppanin ja ympäristön syötteiden ja sanojen täydennysten yhdistelmä kirjoittamisen aikana, parantavat kirjoitussuorituskykyä BCI-FIT:llä ITR:llä mitattuna. tarinantoistotehtävän aikana. Tämä kokeilu sisältää viisi kontrollia ja viisi osallistujaa, joilla on SSPI. Jokainen paritetaan kumppanin kanssa kumppanin syöttämiseksi (yhteensä 10 diadia). Jokaisella viikoittaisella tiedonkeruuvierailulla osallistujat osallistuvat kahteen strukturoituun tarinankerronnan toimintaan, joista toinen on parannettujen kielimalliominaisuuksien kanssa ja toinen ilman. Ehtojen järjestys tasapainotetaan siten, että olosuhteet esiintyvät satunnaisessa järjestyksessä (enintään kaksi samaa ehtoa peräkkäin) ja osallistujat kokevat kunkin tilan yhtä monta kertaa (vähintään viisi kertaa, kunnes saavutetaan vakaa suorituskyky ). Tarinoiden uudelleenkerronnassa osallistuja katsoo lyhyen videon viestintäkumppanin kanssa ja käyttää sitten BCI-FIT-tekniikkaa kolmannen henkilön esittämiin kysymyksiin vastaamiseen. Ensisijainen DV tässä kokeessa on ITR.