BCI-FIT 최적화: 뇌 컴퓨터 인터페이스 - 기능 구현 툴킷 (BCI-FIT)
연구 개요
상태
상세 설명
각 특정 목표에 대해 새로운 보조 기술 BCI 액세스 방법의 개발은 건강한 대조군 및/또는 SSPI 참가자와 함께 교대 치료 단일 사례 연구 설계(SCRD)를 사용하는 하나 이상의 실험에서 평가됩니다. SCRD는 SSPI가 있는 개인과 같은 소규모의 이질적인 모집단을 검사하는 데 이상적입니다. 이를 통해 시간 경과에 따른 성과 경향 및 변화를 자세히 조사하고 반복 설계 프로세스의 일부로 개입에 대한 참여자별 수정을 허용합니다. 각 참가자가 자신의 컨트롤 역할을 하기 때문에 샘플 크기 5개는 초기 효과를 시연하고 복제하는 데 충분합니다. SCRD 및 데이터 시각화 및 분석에 대한 추가 정보는 통계 설계 및 검정력 섹션을 참조하십시오.
총 60명의 참가자가 BCI 발전을 평가합니다. SSPI를 가진 15명의 개인과 45명의 대조군. 음성 및/또는 AAC 장치를 사용하여 현재 신뢰할 수 있는 통신 수단이 있는 SSPI 참가자가 등록됩니다. 모든 참가자는 18-89세(NIH에서 정의한 성인)이며, 남성과 여성의 수가 동일합니다. 건강한 컨트롤은 연령, 성별 및 교육 수준에 맞게 조정됩니다. SCRD 연구에서 각 참가자는 자신의 통제 역할을 하므로 참가자는 아래 설명된 대로 각 개별 연구에 포함된 모든 기준선 및 중재 조건을 경험하게 됩니다. 조건 순서는 각 참가자가 각 개입으로 동일한 수의 세션을 완료하고 동일한 개입으로 2회 이하의 연속 세션을 완료하도록 제어되는 교대 치료에서 무작위로 지정됩니다. 각 피험자는 교대 치료 설계에서 자신의 상태를 알아야 하므로 눈가림이 불가능합니다.
SSPI를 가진 사람들과의 모든 연구 방문은 OHSU 직원이 참가자의 집에서 수행합니다. 건강한 대조군을 대상으로 한 연구 방문은 OHSU BCI 실험실에서 이루어집니다. 모든 타이핑 작업을 위해 참가자는 BCI-FIT 시스템에 맞게 설정된 LCD 디스플레이에서 약 75cm 떨어진 곳에 앉습니다. 사용자의 맞춤형 BCI-FIT 구성(SA1.1에 설명된 절차)에 따라 다음 제어 신호 중 하나 이상이 각 입력 세션에서 사용됩니다. EEG(ERP, 코드 또는 SSVEP), 안구 운동(시선 위치 또는 속도) ) 또는 이진 스위치. SA1.3a, SA1.3b 및 SA2.2에 대한 실험에는 모두 철자 복사 작업이 포함되며 참가자는 대략 동일한 타이핑 난이도(LM 입력에 따라)의 일반적인 5글자 영어 단어 5개를 복사하고 적절한 경우 백스페이스 문자를 선택합니다. 개별 신호 모델은 모집단 모델로 초기화되며 획득한 각각의 철자 복사 작업 데이터 세트로 개인화되고 정제됩니다. SA3.4에 대한 실험에는 해당 실험에 대한 단락에서 아래에 설명된 스토리 다시 말하기 작업이 포함됩니다.
실험 1.3a는 다중 모드 입력을 기반으로 하는 맞춤형 BCI-FIT 구성이 표준 P300 매트릭스 철자에 비해 철자 복사 작업에서 타이핑 정확도를 향상시킬 것이라는 가설을 테스트합니다. 우리는 SSPI로 발표하는 참가자와 함께 모든 SCRD 전에 제어 참가자와 함께 새로운 다중 모달 입력 기능을 파일럿 테스트할 것입니다. 교대 치료 SCRD에 SSPI가 있는 5명의 참가자를 포함하고 기본 DV로서 타이핑 정확도에 집중할 것입니다. 초기 기본 단계에는 각 참가자의 기존 액세스 방법을 사용한 주간 복사 철자 세션이 포함됩니다. 안정적인 성능이 관찰될 때까지 3회 이상의 기본 세션이 수행된 다음 교대 치료 단계가 시작됩니다. 치료는 두 가지 다른 BCI-FIT 구성으로 구성됩니다. 1) SA1.1에 설명된 접근 방식의 조합에 의해 선택된 다중 모드 구성. (임상 지원 및 성능 데이터 지원) 및 2) 표준 P300 매트릭스 스펠러. 매주 데이터 수집 방문에서 참가자는 균형 잡힌 세션 순서로 각 BCI-FIT 구성으로 철자 복사 세션을 완료합니다. 참가자는 각 구성으로 최소 5개의 세션을 완료하며 안정적인 성능을 달성하기 위해 필요한 경우 더 많이 완료합니다.
실험 1.3b에서는 적응형 개별 신호 모델링을 통해 SSPI를 가진 사람들이 BCI-FIT로 맞춤법 복사 작업을 수행하는 동안 매번 새 모델을 교육하지 않고도 정확하게 입력할 수 있다는 가설을 세웠습니다. 이 실험에는 타이핑 정확도가 기본 DV인 교대 치료 SCRD에서 SSPI를 가진 5명의 참가자도 포함됩니다. 이 연구에서는 BCI-FIT 버전과 적응형 신호 모델링이 있는 버전과 없는 버전 간에 관심 있는 비교가 있기 때문에 기준선이 계획되어 있지 않습니다. 처음에 각 참가자는 SA1.1 및 SA1.2에 설명된 시스템 최적화 절차를 완료하여 맞춤형 BCI-FIT 구성을 식별합니다. 방문할 때마다 대체 치료 실험에서 참가자는 세 가지 다른 모델 유형을 사용하여 맞춤형 BCI-FIT 구성으로 세 가지 철자 맞추기 세션을 시도합니다. (1) 복사 철자 직전에 동일한 사용자가 완료한 단일 보정; (2) 이전에 동일한 사용자가 여러 교정을 완료했습니다. (3) 다른 사용자가 여러 교정을 완료했습니다. 데이터는 두 시스템 버전의 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해 별도로 그래프로 작성되고 분석됩니다(통계 설계 및 검정력 섹션의 절차에 따름).
SA2.2의 실험은 적응형 쿼리의 두 가지 방법 중 하나가 평범한 AUC 점수를 가진 사용자의 BCI-FIT 타이핑 정확도를 향상시킬 것이라는 가설을 테스트합니다. 여기에는 5개의 대조군과 SSPI가 있는 5명의 참가자가 포함되며, 각각 AUC 점수는 70-80% 범위입니다. (파일럿 테스트를 기반으로 적응형 쿼리는 이 수준의 기본 성능을 가진 사용자에게 가장 큰 이점을 제공할 것으로 예상됩니다.) 실험은 교대 치료 SCRD를 따를 것입니다. 기본 단계에서 참가자는 적응형 쿼리 없이 BCI-FIT를 사용하여 매주 철자 복사 세션을 완료합니다. 매주 방문할 때마다 적응형 쿼리 기술을 사용하거나 사용하지 않고 BCI-FIT를 사용하는 두 개의 맞춤법 복사 세션이 포함됩니다. 조건 순서는 조건이 무작위 순서로 발생하고(연속 동일한 조건의 인스턴스가 2개 이하) 참가자가 각 조건을 동일한 횟수(각각 최소 5회, 안정적인 성능이 달성될 때까지) 경험하도록 균형을 맞춥니다. ).
SA3.4의 실험은 교대 처리 SCRD 실험을 사용하여 타이핑 중 파트너 및 환경 입력과 단어 완성의 조합을 포함한 언어 모델 향상이 ITR로 측정한 바와 같이 BCI-FIT로 타이핑 성능을 향상시킬 것이라는 가설을 테스트합니다. 이야기 다시 말하기 작업 중. 이 실험에는 5개의 대조군과 SSPI를 사용하는 5명의 참가자가 포함되며, 각 참가자는 파트너와 짝을 이루어 파트너 입력을 제공합니다(총 등록 10쌍). 각 주간 데이터 수집 방문에서 참가자는 향상된 언어 모델 기능이 있는 것과 없는 두 가지 구조화된 이야기 다시 말하기 활동에 참여합니다. 조건 순서는 조건이 무작위 순서로 발생하고(연속 동일한 조건의 인스턴스가 2개 이하) 참가자가 각 조건을 동일한 횟수(각각 최소 5회, 안정적인 성능이 달성될 때까지) 경험하도록 균형을 맞춥니다. ). 스토리 다시 말하기 활동에는 참가자가 커뮤니케이션 파트너와 함께 짧은 비디오를 본 다음 BCI-FIT를 사용하여 제3자가 제기한 질문에 답하는 것이 포함됩니다. 이 실험의 기본 DV는 ITR입니다.
연구 유형
등록 (실제)
단계
- 해당 없음
연락처 및 위치
연구 장소
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Oregon
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Portland, Oregon, 미국, 97239
- Oregon Health & Science University
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참여기준
자격 기준
공부할 수 있는 나이
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
설명
포함 기준:
통제 수단
- 영어로 읽고 의사소통 가능
- 1-3시간 지속되는 연구 방문에 참여할 수 있음
- 메시지를 복사하거나 생성하기 위해 문자, 단어 또는 아이콘을 선택하는 적절한 시공간 기술
- OHSU에서 차로 2시간 거리 이내에 거주하거나 OHSU로 여행할 의향이 있는 자
심각한 언어 및 신체 장애가 있는 참가자:
- 만 18~89세의 성인
다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 퇴행성 또는 신경 발달 상태에서 발생할 수 있는 SSPI: 뒤시엔 근이영양증, 레트 증후군, ALS, 뇌간 CVA, SCI 및 파킨슨 플러스 장애(MSA, PSP)
- 음성 또는 AAC 장치를 사용하여 영어로 읽고 의사소통할 수 있는 자
- 1-3시간 지속되는 연구 방문에 참여할 수 있음
- 기본 메시지를 복사하거나 생성하기 위해 문자, 단어 또는 아이콘을 선택하는 적절한 시공간 기술
- 기대 수명 6개월 이상
- IRB 승인 정책에 따라 정보에 입각한 동의 또는 동의를 제공할 수 있습니다.
제외 기준:
심각한 언어 및 신체 장애가 있는 참가자:
불안정한 의학적 상태(건강 상태 변동으로 인해 6주 간격 내에 여러 번 입원)
- 매주 데이터 수집 방문을 허용할 수 없음
- 감광성 발작 장애
- 이식된 뇌수종 션트, 달팽이관 이식 또는 뇌심부 자극기의 존재
- 데이터 수집 하드웨어와의 접촉으로 인한 피부 손상 위험이 높습니다.
공부 계획
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
- 주 목적: 기초 과학
- 할당: 무작위
- 중재 모델: 순차적 할당
- 마스킹: 없음(오픈 라벨)
무기와 개입
참가자 그룹 / 팔 |
개입 / 치료 |
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실험적: BCI-FIT 다중 모달 구성
기준선 없이 교대로 치료하는 이 단일 사례 연구 설계의 경우 심각한 언어 및 신체 장애가 있는 5명의 참가자가 표준 P300 매트릭스 스펠러 레이아웃과 BCI-FIT 알고리즘에서 최적화된 다중 모드 구성을 사용하여 철자 복사 작업을 완료합니다.
결과 측정은 타이핑 정확도, 타이핑 속도 및 사용자 경험입니다.
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소프트웨어의 사용자 특성, 임상 전문 지식, 사용자 피드백 및 시스템 성능 데이터의 조합을 기반으로 각 개별 최종 사용자에 대한 BCI-FIT 액세스 방법 구성을 사용자 지정하기 위해 개인화된 다중 모드 액세스 프로토콜을 추가합니다.
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실험적: 적응형 신호 모델링
기준선 없이 교대로 처리하는 이 단일 사례 연구 설계의 경우 심각한 언어 및 신체 장애가 있는 5명의 참가자가 3가지 신호 적응 모델링 구성으로 철자 복사 작업을 완료합니다.
결과 측정은 타이핑 정확도, 타이핑 속도 및 사용자 경험입니다.
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이 뇌-컴퓨터 인터페이스의 소프트웨어에 잡음 레이블이 있는 전이 학습 및 온라인 모델 적응 기술을 사용하는 BCI-FIT 적응 신호 모델링을 추가하여 모델 보정을 위한 데이터 수집의 필요성을 없애고 모델 드리프트를 해결합니다. 졸음, 피로 및 기타 인간 및 환경 요인과 관련된 문제.
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실험적: 활성 쿼리 기술
기준선 없이 교대로 치료하는 이 단일 사례 연구 설계의 경우, 70-80% 사이의 AUC 점수를 가진 심각한 언어 및 신체 장애가 있는 5명의 통제 지원자와 5명의 참가자가 BCI-FIT 능동 쿼리 기술을 사용하여 철자 복사 작업을 완료합니다. FIT 활성 쿼리 기술이 꺼져 있습니다.
결과 측정은 타이핑 정확도, 타이핑 속도 및 사용자 경험입니다.
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능동 및 강화 학습 기법으로 개발된 뇌-컴퓨터 인터페이스에 소프트웨어 기반의 최적 행동 제어 정책인 BCI-FIT 능동 질의 기법을 추가하여 효율적인 사용자 의도 추론을 수행하여 대안에 대한 전체 속도-정확도 trade-off 곡선 개선 의사소통.
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실험적: 언어 모델링
교대로 처리하는 이 단일 사례 연구 설계의 경우, 제어 지원자 5명과 중증 언어 및 신체 장애가 있는 참가자 5명이 각각 파트너 입력을 위한 제어 파트너와 함께 BCI-FIT 언어 모델링 기능을 켜고 BCI-FIT를 사용하여 스토리 다시 말하기 작업을 완료합니다. 언어 모델링 기능이 꺼져 있습니다.
결과 측정은 정보 전송률과 사용자 경험입니다.
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사용자의 의사소통 파트너로부터 뇌-컴퓨터 인터페이스의 언어 모델에 어휘 및 위치 정보(파트너 및 환경 입력이라고 함)를 추가합니다.
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연구는 무엇을 측정합니까?
주요 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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타이핑 정확도
기간: 변화를 평가하기 위해 12주 동안(1주에 1회) 데이터 수집 세션 12회
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맞춤법 복사 작업에서 전체 문자 선택으로 나눈 문자 선택을 수정합니다.
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변화를 평가하기 위해 12주 동안(1주에 1회) 데이터 수집 세션 12회
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타이핑 속도
기간: 변화를 평가하기 위해 12주 동안(1주에 1회) 데이터 수집 세션 12회
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맞춤법 복사 작업에서 분당 문자 선택을 수정합니다.
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변화를 평가하기 위해 12주 동안(1주에 1회) 데이터 수집 세션 12회
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정보 전송 속도
기간: 변화를 평가하기 위해 12주 동안(1주에 1회) 데이터 수집 세션 12회
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언어 모델에 따라 확률 분포를 사용하여 계산된 알파벳의 의도된 기호와 입력된 기호 사이의 시간 평균 상호 정보
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변화를 평가하기 위해 12주 동안(1주에 1회) 데이터 수집 세션 12회
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사용자 경험
기간: 변화를 평가하기 위해 12주 동안(1주에 1회) 데이터 수집 세션 12회
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모든 타이핑 작업 중 뇌-컴퓨터 인터페이스 시스템을 사용하여 편안함, 작업량 및 만족도에 대한 NASA TLX 설문지의 10개 항목에 대한 응답
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변화를 평가하기 위해 12주 동안(1주에 1회) 데이터 수집 세션 12회
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공동 작업자 및 조사자
수사관
- 수석 연구원: Melanie Fried-Oken, PhD, Oregon Health and Science University
연구 기록 날짜
연구 주요 날짜
연구 시작 (실제)
기본 완료 (실제)
연구 완료 (실제)
연구 등록 날짜
최초 제출
QC 기준을 충족하는 최초 제출
처음 게시됨 (실제)
연구 기록 업데이트
마지막 업데이트 게시됨 (실제)
QC 기준을 충족하는 마지막 업데이트 제출
마지막으로 확인됨
추가 정보
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기타 연구 ID 번호
- STUDY00015331
개별 참가자 데이터(IPD) 계획
개별 참가자 데이터(IPD)를 공유할 계획입니까?
IPD 계획 설명
세 가지 유형의 정보가 다른 연구자에게 제공됩니다.
- BCI-FIT 시스템을 실행하는 Python 코드(BciPy라고 함)는 오픈 소스이며 비침습적 뇌-컴퓨터 인터페이스를 구축하고 구현하는 다른 실험실에서 사용할 수 있습니다.
- 다양한 실험 구성에서 BciPy를 사용하는 동안 수집된 신경 생리학적 데이터(EEG, EOG, EMG)의 데이터 세트를 사용할 수 있습니다. 모든 데이터는 OHSU 보안 BOX 폴더, OHSU REDCap 데이터베이스 및 OHSU 승인 및 규정 준수 인간 대상 연구 저장소에서 비식별화 및 유지 관리됩니다. 3. 4개의 단일 사례 연구에서 얻은 타이핑 속도, 타이핑 정확도 및 사용자 경험 데이터는 비식별화되어 OHSU REDCap 데이터베이스 및 OHSU 승인 및 규정 준수 인간 대상 연구 저장소에 저장됩니다.
IPD 공유 기간
IPD 공유 액세스 기준
IPD 공유 지원 정보 유형
- ANALYTIC_CODE
약물 및 장치 정보, 연구 문서
미국 FDA 규제 의약품 연구
미국 FDA 규제 기기 제품 연구
미국에서 제조되어 미국에서 수출되는 제품
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