Optimalisering av BCI-FIT: Brain Computer Interface - Functional Implementation Toolkit (BCI-FIT)

For hvert spesifikt mål vil utviklingen av nye BCI-tilgangsmetoder for hjelpeteknologi bli evaluert i ett eller flere eksperimenter ved bruk av alternerende behandlinger med enkelttilfelleforskning (SCRD) med friske kontroller og/eller deltakere med SSPI. SCRD er ideell for å undersøke små, heterogene populasjoner som individer med SSPI. Det gir mulighet for detaljert undersøkelse av ytelsestrender og endringer over tid, og for deltakerspesifikke modifikasjoner av intervensjonen som en del av en iterativ designprosess. Fordi hver deltaker fungerer som sin egen kontroll, er en prøvestørrelse på fem tilstrekkelig til å demonstrere og gjenskape en innledende effekt. Se delen Statistisk design og kraft for ytterligere informasjon om SCRD og datavisualisering og -analyse.

Totalt 60 deltakere vil evaluere BCI-fremskrittet; 15 individer med SSPI og 45 kontroller. Deltakere med SSPI som for øyeblikket har et pålitelig kommunikasjonsmiddel, enten ved bruk av tale og/eller en AAC-enhet, vil bli registrert. Alle deltakere vil være i alderen 18-89 år (NIH-definerte voksne), med like mange menn og kvinner. Sunne kontroller vil bli matchet for alder, kjønn og utdanningsnivå. I SCRD-studier fungerer hver deltaker som sin egen kontroll, slik at deltakerne vil oppleve alle grunnlinjen og intervensjonsforholdene inkludert i hver enkelt studie, som beskrevet nedenfor. Tilstandsrekkefølgen vil bli randomisert i de vekslende behandlingene, kontrollert slik at hver deltaker fullfører et likt antall økter med hver intervensjon, med ikke mer enn to påfølgende økter med samme intervensjon. Blinding er ikke mulig da hvert forsøksperson må kjenne sin tilstand i et vekslende behandlingsdesign.

Alle studiebesøk med personer med SSPI vil bli gjennomført i deltakernes hjem av OHSU-ansatte. Studiebesøk med friske kontroller vil finne sted ved OHSU BCI-laboratoriet. For alle skriveoppgaver sitter deltakerne omtrent 75 cm fra en LCD-skjerm, satt opp for BCI-FIT-systemet. Avhengig av brukerens tilpassede BCI-FIT-konfigurasjon (prosedyrer beskrevet i SA1.1), vil ett eller flere av følgende kontrollsignaler bli brukt i hver skriveøkt: EEG (ERP, Code eller SSVEP), øyebevegelser (blikkposisjon eller hastighet) ), eller binære brytere. Eksperimentene for SA1.3a, SA1.3b og SA2.2 involverer alle kopierings-staveoppgaver, der deltakerne skal kopiere fem vanlige engelske ord på 5 bokstaver med omtrent samme skrivevanskelighet (i henhold til LM-inndata), og rette feil ved å velge tilbaketegn når det passer. Individuelle signalmodeller vil bli initialisert til populasjonsmodeller og vil bli personlig tilpasset og raffinert med hvert innhentet kopi-staveoppgavedatasett. Eksperimentet for SA3.4 involverer en gjenfortelloppgave, beskrevet nedenfor i avsnittet om det eksperimentet.

Eksperiment 1.3a vil teste hypotesen om at en tilpasset BCI-FIT-konfigurasjon basert på multimodal input vil forbedre skrivenøyaktigheten på en kopi-staveoppgave sammenlignet med en standard P300 matrisestave. Vi vil pilotteste nye multimodale inputfunksjoner med kontrolldeltakere før hver SCRD med deltakere som presenterer med SSPI. Den vil inkludere fem deltakere med SSPI i en SCRD for alternerende behandlinger og vil konsentrere seg om skrivenøyaktighet som primær DV. En innledende baseline-fase vil involvere ukentlige kopi-stave-økter med hver deltakers eksisterende tilgangsmetode. Tre eller flere baseline-økter vil bli utført inntil stabil ytelse er observert, deretter vil den vekslende behandlingsfasen begynne. Behandlinger består av to forskjellige BCI-FIT-konfigurasjoner: 1) en multimodal konfigurasjon valgt av en kombinasjon av tilnærmingene beskrevet i SA1.1. (klinisk støttet og ytelsesdatastøttet) og 2) en standard P300-matrisestaver. I ukentlige datainnsamlingsbesøk vil deltakerne fullføre kopi-stave-økter med hver BCI-FIT-konfigurasjon, med motvekt sesjonsrekkefølge. Deltakerne gjennomfører minst fem økter med hver konfigurasjon, flere om nødvendig for å oppnå stabil ytelse.

I eksperiment 1.3b er det antatt at adaptiv individualisert signalmodellering vil tillate personer med SSPI å skrive nøyaktig under en kopi-staveoppgave med BCI-FIT uten å trene en ny modell for hver bruk. Dette eksperimentet vil også inkludere fem deltakere med SSPI i en alternerende behandlings-SCRD med skrivenøyaktighet som primær DV. I denne studien er det ikke planlagt noen baseline, da sammenligningen av interesse er mellom versjoner av BCI-FIT med og uten adaptiv signalmodellering. Til å begynne med vil hver deltaker fullføre systemoptimaliseringsprosedyrer beskrevet i SA1.1 og SA1.2 for å identifisere deres tilpassede BCI-FIT-konfigurasjon. Under hvert besøk, i eksperimentet med alternative behandlinger, vil deltakeren prøve tre kopi-stave-økter med sin tilpassede BCI-FIT-konfigurasjon, ved å bruke tre forskjellige modelltyper: (1) en enkelt kalibrering fullført av samme bruker rett før kopistaving; (2) flere kalibreringer utført av samme bruker på tidligere dager; (3) flere kalibreringer utført av andre brukere. Data vil bli tegnet og analysert separat (ved å følge prosedyrer i delen Statistisk design og strøm) for å evaluere effekten på ytelsen med begge systemversjonene.

Eksperimentet i SA2.2 vil teste hypotesen om at en av to metoder for adaptiv spørring vil forbedre BCI-FIT-skrivenøyaktigheten for brukere med middelmådige AUC-score. Den vil inkludere fem kontroller og fem deltakere med SSPI, hver med en AUC-score i området 70–80 %. (Basert på pilottesting forventes adaptiv spørring å gi mest nytte for brukerne med dette nivået av grunnlinjeytelse.) Eksperimentet vil følge en SCRD med alternerende behandlinger. I grunnfasen vil deltakerne gjennomføre ukentlige kopi-staveøkter med BCI-FIT uten adaptiv spørring. Hvert ukentlige besøk vil inkludere to kopieringsøkter med BCI-FIT enten med eller uten adaptive spørreteknikker. Tilstandsrekkefølgen vil motvirkes slik at forholdene oppstår i tilfeldig rekkefølge (med ikke mer enn to forekomster av samme tilstand på rad), og deltakerne vil oppleve hver tilstand like mange ganger (minst fem ganger hver, inntil stabil ytelse er oppnådd ).

Eksperimentet i SA3.4 vil bruke et alternerende SCRD-eksperiment for å teste hypotesen om at forbedringer av språkmodeller, inkludert en kombinasjon av partner- og miljøinndata og ordfullføring under skriving, vil forbedre skriveytelsen med BCI-FIT, målt ved ITR under en gjenfortelloppgave. Dette eksperimentet vil inkludere fem kontroller og fem deltakere med SSPI, hver paret med en partner for å gi partnerinnspill (totalt påmelding på 10 dyader). I hvert ukentlige datainnsamlingsbesøk vil deltakerne delta i to strukturerte historiefortellingsaktiviteter, en med og en uten de forbedrede språkmodellfunksjonene. Tilstandsrekkefølgen vil motvirkes slik at forholdene oppstår i tilfeldig rekkefølge (med ikke mer enn to forekomster av samme tilstand på rad), og deltakerne vil oppleve hver tilstand like mange ganger (minst fem ganger hver, inntil stabil ytelse er oppnådd ). Fortell-aktiviteten vil involvere at deltakeren ser en kort video sammen med en kommunikasjonspartner, og deretter bruker BCI-FIT for å svare på spørsmål stilt av en tredje person. Den primære DV i dette eksperimentet vil være ITR.