Ottimizzazione di BCI-FIT: Brain Computer Interface - Functional Implementation Toolkit (BCI-FIT)

Per ogni obiettivo specifico, lo sviluppo di nuovi metodi di accesso BCI di tecnologia assistiva sarà valutato in uno o più esperimenti utilizzando un disegno di ricerca a caso singolo (SCRD) a trattamenti alternati con controlli sani e/o partecipanti con SSPI. SCRD è ideale per esaminare popolazioni piccole ed eterogenee come individui con SSPI. Consente un esame dettagliato delle tendenze e dei cambiamenti delle prestazioni nel tempo e modifiche specifiche dei partecipanti all'intervento come parte di un processo di progettazione iterativo. Poiché ogni partecipante funge da proprio controllo, una dimensione del campione di cinque è sufficiente per dimostrare e replicare un effetto iniziale. Si prega di consultare la sezione Statistical Design and Power per ulteriori informazioni su SCRD e visualizzazione e analisi dei dati.

Un totale di 60 partecipanti valuteranno gli avanzamenti BCI; 15 individui con SSPI e 45 controlli. Saranno iscritti i partecipanti con SSPI che attualmente dispongono di un mezzo di comunicazione affidabile, utilizzando la voce e/o un dispositivo AAC. Tutti i partecipanti avranno un'età compresa tra 18 e 89 anni (adulti definiti dal NIH), con un numero uguale di uomini e donne. I controlli sani saranno abbinati per età, sesso e livello di istruzione. Negli studi SCRD, ogni partecipante funge da proprio controllo, quindi i partecipanti sperimenteranno tutte le condizioni di base e di intervento incluse in ogni singolo studio, come descritto di seguito. L'ordine delle condizioni sarà randomizzato nei trattamenti alternati, controllato in modo tale che ogni partecipante completi un numero uguale di sessioni con ogni intervento, con non più di due sessioni consecutive con lo stesso intervento. L'accecamento non è possibile in quanto ogni soggetto deve conoscere la propria condizione in un progetto di trattamento alternato.

Tutte le visite di studio con persone affette da SSPI saranno condotte nelle case dei partecipanti dal personale dell'OHSU. Le visite di studio con controlli sani si svolgeranno presso il laboratorio OHSU BCI. Per tutte le attività di digitazione, i partecipanti sono seduti a circa 75 cm da un display LCD, predisposto per il sistema BCI-FIT. A seconda della configurazione BCI-FIT personalizzata dell'utente (procedure descritte in SA1.1), in ciascuna sessione di digitazione verranno utilizzati uno o più dei seguenti segnali di controllo: EEG (ERP, Code o SSVEP), movimenti oculari (posizione dello sguardo o velocità ), o interruttori binari. Gli esperimenti per SA1.3a, SA1.3b e SA2.2 comportano tutti compiti di copy-spelling, in cui i partecipanti copieranno cinque comuni parole inglesi di 5 lettere di difficoltà di battitura approssimativamente uguale (secondo l'input del LM) e correggeranno gli errori scegliendo il carattere backspace quando appropriato. I singoli modelli di segnale saranno inizializzati in modelli di popolazione e saranno personalizzati e rifiniti con ogni set di dati di attività di copia-ortografia acquisiti. L'esperimento per SA3.4 prevede un'attività di racconto della storia, descritta di seguito nel paragrafo relativo a quell'esperimento.

L'esperimento 1.3a verificherà l'ipotesi che una configurazione BCI-FIT personalizzata basata su input multimodale migliorerà la precisione di battitura in un'attività di copy-spelling rispetto a una matrice ortografica P300 standard. Testeremo nuove funzionalità di input multimodali con partecipanti di controllo prima di ogni SCRD con partecipanti che presentano SSPI. Comprenderà cinque partecipanti con SSPI in un SCRD a trattamenti alternati e si concentrerà sull'accuratezza della tipizzazione come DV principale. Una fase iniziale di riferimento comporterà sessioni settimanali di copy-spelling con il metodo di accesso esistente di ciascun partecipante. Verranno condotte tre o più sessioni di base fino a quando non si osserva una prestazione stabile, quindi inizierà la fase di trattamenti alternati. I trattamenti consistono in due diverse configurazioni BCI-FIT: 1) una configurazione multimodale scelta da una combinazione degli approcci descritti in SA1.1. (supportato clinicamente e supportato dai dati sulle prestazioni) e 2) un correttore ortografico a matrice P300 standard. Nelle visite settimanali di raccolta dati, i partecipanti completeranno le sessioni di copy-spelling con ciascuna configurazione BCI-FIT, con un ordine di sessione controbilanciato. I partecipanti completano almeno cinque sessioni con ciascuna configurazione, più se necessario per ottenere prestazioni stabili.

Nell'esperimento 1.3b, si ipotizza che la modellazione adattiva del segnale individualizzato consentirà alle persone con SSPI di digitare accuratamente durante un'attività di copy-spelling con BCI-FIT senza addestrare un nuovo modello per ogni utilizzo. Questo esperimento includerà anche cinque partecipanti con SSPI in un SCRD a trattamenti alternati con precisione di tipizzazione come DV primario. In questo studio non è prevista alcuna linea di base, poiché il confronto di interesse è tra le versioni di BCI-FIT con e senza modellazione del segnale adattivo. Inizialmente, ogni partecipante completerà le procedure di ottimizzazione del sistema descritte in SA1.1 e SA1.2 per identificare la propria configurazione BCI-FIT personalizzata. Durante ogni visita, nell'esperimento sui trattamenti alternativi, il partecipante tenterà tre sessioni di copia ortografica con la propria configurazione BCI-FIT personalizzata, utilizzando tre diversi tipi di modello: (1) una singola calibrazione completata dallo stesso utente immediatamente prima della copia ortografica; (2) calibrazioni multiple completate dallo stesso utente nei giorni precedenti; (3) calibrazioni multiple completate da altri utenti. I dati saranno rappresentati graficamente e analizzati separatamente (seguendo le procedure nella sezione Statistical Design and Power) per valutare gli effetti sulle prestazioni con entrambe le versioni del sistema.

L'esperimento in SA2.2 verificherà l'ipotesi che uno dei due metodi di interrogazione adattiva migliorerà l'accuratezza della tipizzazione BCI-FIT per gli utenti con punteggi AUC mediocri. Comprenderà cinque controlli e cinque partecipanti con SSPI, ciascuno con un punteggio AUC compreso tra il 70 e l'80%. (Sulla base di test pilota, le query adattive dovrebbero fornire il massimo vantaggio agli utenti con questo livello di prestazioni di base.) L'esperimento seguirà un SCRD a trattamenti alternati. Nella fase di riferimento, i partecipanti completeranno sessioni settimanali di ortografia con BCI-FIT senza query adattive. Ogni visita settimanale includerà due sessioni di copy-spelling con BCI-FIT con o senza tecniche di interrogazione adattiva. L'ordine delle condizioni sarà controbilanciato in modo tale che le condizioni si verifichino in ordine casuale (con non più di due istanze della stessa condizione di seguito) e i partecipanti sperimenteranno ciascuna condizione un numero uguale di volte (almeno cinque volte ciascuna, fino al raggiungimento di prestazioni stabili ).

L'esperimento in SA3.4 utilizzerà un esperimento SCRD a trattamenti alternati per testare l'ipotesi che i miglioramenti del modello linguistico, inclusa una combinazione di input del partner e dell'ambiente e il completamento delle parole durante la digitazione, miglioreranno le prestazioni di digitazione con BCI-FIT, come misurato da ITR durante un'attività di racconto della storia. Questo esperimento includerà cinque controlli e cinque partecipanti con SSPI, ciascuno accoppiato con un partner per fornire l'input del partner (iscrizione totale di 10 diadi). In ogni visita settimanale di raccolta dati, i partecipanti si impegneranno in due attività strutturate di narrazione, una con e una senza le caratteristiche avanzate del modello linguistico. L'ordine delle condizioni sarà controbilanciato in modo tale che le condizioni si verifichino in ordine casuale (con non più di due istanze della stessa condizione di seguito) e i partecipanti sperimenteranno ciascuna condizione un numero uguale di volte (almeno cinque volte ciascuna, fino al raggiungimento di prestazioni stabili ). L'attività di racconto della storia coinvolgerà il partecipante che guarda un breve video insieme a un partner di comunicazione, quindi utilizza BCI-FIT per rispondere alle domande poste da una terza persona. Il DV principale in questo esperimento sarà ITR.