Optimisation de BCI-FIT : Interface cerveau-ordinateur - Boîte à outils de mise en œuvre fonctionnelle (BCI-FIT)

Pour chaque objectif spécifique, le développement de nouvelles méthodes d'accès aux technologies d'assistance BCI sera évalué dans une ou plusieurs expériences utilisant une conception de recherche à cas unique (SCRD) à traitements alternés avec des témoins sains et/ou des participants atteints de SSPI. Le SCRD est idéal pour examiner de petites populations hétérogènes telles que les individus atteints de SSPI. Il permet un examen détaillé des tendances et des changements de performance au fil du temps, ainsi que des modifications spécifiques aux participants de l'intervention dans le cadre d'un processus de conception itératif. Parce que chaque participant sert de son propre contrôle, une taille d'échantillon de cinq est suffisante pour démontrer et reproduire un effet initial. Veuillez consulter la section Conception statistique et puissance pour plus d'informations sur le SCRD et la visualisation et l'analyse des données.

Au total, 60 participants évalueront les progrès de la BCI ; 15 individus avec SSPI et 45 contrôles. Les participants avec SSPI qui disposent actuellement d'un moyen de communication fiable, utilisant la parole et/ou un appareil AAC, seront inscrits. Tous les participants seront âgés de 18 à 89 ans (adultes définis par les NIH), avec un nombre égal d'hommes et de femmes. Les témoins sains seront appariés selon l'âge, le sexe et le niveau d'éducation. Dans les études SCRD, chaque participant sert de son propre contrôle, de sorte que les participants connaîtront toutes les conditions de base et d'intervention incluses dans chaque étude individuelle, comme décrit ci-dessous. L'ordre des conditions sera randomisé dans les traitements en alternance, contrôlé de telle sorte que chaque participant effectue un nombre égal de séances avec chaque intervention, avec pas plus de deux séances consécutives avec la même intervention. L'insu n'est pas possible car chaque sujet doit connaître son état dans une conception de traitement en alternance.

Toutes les visites d'étude avec des personnes atteintes de SSPI seront effectuées au domicile des participants par le personnel de l'OHSU. Des visites d'étude avec des témoins sains auront lieu au laboratoire OHSU BCI. Pour toutes les tâches de dactylographie, les participants sont assis à environ 75 cm d'un écran LCD, configuré pour le système BCI-FIT. En fonction de la configuration BCI-FIT personnalisée de l'utilisateur (procédures décrites dans SA1.1), un ou plusieurs des signaux de contrôle suivants seront utilisés lors de chaque session de frappe : EEG (ERP, Code ou SSVEP), mouvements oculaires (position du regard ou vitesse ), ou des commutateurs binaires. Les expériences pour SA1.3a, SA1.3b et SA2.2 impliquent toutes des tâches de copie orthographique, dans lesquelles les participants copieront cinq mots anglais courants de 5 lettres de difficulté de frappe approximativement égale (selon l'entrée LM), et corrigeront les erreurs en en choisissant le caractère de retour arrière le cas échéant. Les modèles de signaux individuels seront initialisés aux modèles de population et seront personnalisés et affinés avec chaque ensemble de données de tâches d'orthographe de copie acquises. L'expérience pour SA3.4 implique une tâche de récit, décrite ci-dessous dans le paragraphe sur cette expérience.

L'expérience 1.3a testera l'hypothèse selon laquelle une configuration BCI-FIT personnalisée basée sur une entrée multimodale améliorera la précision de frappe sur une tâche d'orthographe par rapport à un orthographe matriciel P300 standard. Nous testerons de nouvelles fonctionnalités d'entrée multimodales avec des participants témoins avant chaque SCRD avec des participants qui présentent une SSPI. Il comprendra cinq participants avec SSPI dans un SCRD à traitements alternés et se concentrera sur la précision de frappe en tant que DV principal. Une phase initiale de référence impliquera des sessions hebdomadaires de copie-orthographe avec la méthode d'accès existante de chaque participant. Trois séances de référence ou plus seront menées jusqu'à ce que des performances stables soient observées, puis la phase d'alternance des traitements commencera. Les traitements consistent en deux configurations BCI-FIT différentes : 1) une configuration multimodale choisie par une combinaison des approches décrites dans SA1.1. (supporté cliniquement et supporté par les données de performance) et 2) un orthographe de matrice P300 standard. Lors des visites hebdomadaires de collecte de données, les participants effectueront des sessions d'orthographe avec chaque configuration BCI-FIT, avec un ordre de session contrebalancé. Les participants effectuent au moins cinq sessions avec chaque configuration, plus si nécessaire pour obtenir des performances stables.

Dans l'expérience 1.3b, on suppose que la modélisation adaptative du signal individualisé permettra aux personnes atteintes de SSPI de taper avec précision lors d'une tâche d'orthographe avec BCI-FIT sans former un nouveau modèle pour chaque utilisation. Cette expérience inclura également cinq participants atteints de SSPI dans un SCRD à traitements alternés avec une précision de frappe comme DV principal. Dans cette étude, aucune ligne de base n'est prévue, car la comparaison d'intérêt est entre les versions de BCI-FIT avec et sans modélisation adaptative du signal. Dans un premier temps, chaque participant suivra les procédures d'optimisation du système décrites dans SA1.1 et SA1.2 pour identifier sa configuration BCI-FIT personnalisée. Au cours de chaque visite, dans l'expérience de traitements alternatifs, le participant tentera trois sessions d'orthographe avec sa configuration BCI-FIT personnalisée, en utilisant trois types de modèles différents : (1) un seul étalonnage effectué par le même utilisateur immédiatement avant l'orthographe de la copie ; (2) plusieurs étalonnages effectués par le même utilisateur les jours précédents ; (3) plusieurs étalonnages effectués par d'autres utilisateurs. Les données seront représentées graphiquement et analysées séparément (en suivant les procédures de la section Conception statistique et puissance) pour évaluer les effets sur les performances avec les deux versions du système.

L'expérience dans SA2.2 testera l'hypothèse selon laquelle l'une ou l'autre des deux méthodes d'interrogation adaptative améliorera la précision de typage BCI-FIT pour les utilisateurs ayant des scores AUC médiocres. Il comprendra cinq contrôles et cinq participants avec SSPI, chacun avec un score AUC compris entre 70 et 80 %. (Selon les tests pilotes, l'interrogation adaptative devrait offrir le plus d'avantages aux utilisateurs avec ce niveau de performances de base.) L'expérimentation suivra un SCRD à traitements alternés. Dans la phase de base, les participants suivront des sessions hebdomadaires d'orthographe avec BCI-FIT sans interrogation adaptative. Chaque visite hebdomadaire comprendra deux séances d'orthographe avec BCI-FIT, avec ou sans techniques d'interrogation adaptatives. L'ordre des conditions sera contrebalancé de sorte que les conditions se produisent dans un ordre aléatoire (avec pas plus de deux instances de la même condition d'affilée) et les participants connaîtront chaque condition un nombre égal de fois (au moins cinq fois chacune, jusqu'à ce qu'une performance stable soit atteinte ).

L'expérience de SA3.4 utilisera une expérience SCRD à traitements alternés pour tester l'hypothèse selon laquelle les améliorations du modèle de langage, y compris une combinaison de l'entrée du partenaire et de l'environnement et de l'achèvement des mots pendant la frappe, amélioreront les performances de frappe avec BCI-FIT, telles que mesurées par ITR au cours d'une tâche de narration. Cette expérience comprendra cinq contrôles et cinq participants avec SSPI, chacun jumelé avec un partenaire pour fournir la contribution du partenaire (inscription totale de 10 dyades). Lors de chaque visite hebdomadaire de collecte de données, les participants participeront à deux activités structurées de narration d'histoires, l'une avec et l'autre sans les fonctionnalités améliorées du modèle de langage. L'ordre des conditions sera contrebalancé de sorte que les conditions se produisent dans un ordre aléatoire (avec pas plus de deux instances de la même condition d'affilée) et les participants connaîtront chaque condition un nombre égal de fois (au moins cinq fois chacune, jusqu'à ce qu'une performance stable soit atteinte ). L'activité de narration impliquera que le participant regarde une courte vidéo avec un partenaire de communication, puis utilise BCI-FIT pour répondre aux questions posées par une tierce personne. Le DV primaire dans cette expérience sera ITR.