Otimizando o BCI-FIT: Interface Cérebro-Computador - Kit de Ferramentas de Implementação Funcional (BCI-FIT)

Para cada objetivo específico, o desenvolvimento de novos métodos de acesso de tecnologia assistiva BCI será avaliado em um ou mais experimentos usando projeto de pesquisa de caso único (SCRD) de tratamentos alternados com controles saudáveis ​​e/ou participantes com SSPI. O SCRD é ideal para examinar populações pequenas e heterogêneas, como indivíduos com SSPI. Ele permite o exame detalhado das tendências e mudanças de desempenho ao longo do tempo e modificações específicas do participante para a intervenção como parte de um processo de design iterativo. Como cada participante serve como seu próprio controle, um tamanho de amostra de cinco é suficiente para demonstrar e replicar um efeito inicial. Consulte a seção Projeto estatístico e potência para obter informações adicionais sobre SCRD e visualização e análise de dados.

Um total de 60 participantes avaliará os avanços do BCI; 15 indivíduos com SSPI e 45 controles. Serão inscritos os participantes com SSPI que atualmente possuem um meio confiável de comunicação, seja usando fala e/ou um dispositivo AAC. Todos os participantes terão entre 18 e 89 anos (adultos definidos pelo NIH), com um número igual de homens e mulheres. Os controles saudáveis ​​serão pareados por idade, gênero e nível educacional. Nos estudos SCRD, cada participante serve como seu próprio controle, de modo que os participantes experimentarão todas as condições básicas e de intervenção incluídas em cada estudo individual, conforme descrito abaixo. A ordem das condições será randomizada nos tratamentos-alternados, controlados de forma que cada participante complete um número igual de sessões com cada intervenção, com no máximo duas sessões consecutivas com a mesma intervenção. O cegamento não é possível, pois cada sujeito deve conhecer sua condição em um projeto de tratamento alternado.

Todas as visitas de estudo com pessoas com SSPI serão realizadas nas casas dos participantes pela equipe da OHSU. As visitas de estudo com controles saudáveis ​​serão realizadas no laboratório OHSU BCI. Para todas as tarefas de digitação, os participantes estão sentados a aproximadamente 75 cm de um monitor LCD, configurado para o sistema BCI-FIT. Dependendo da configuração personalizada do BCI-FIT do usuário (procedimentos descritos em SA1.1), um ou mais dos seguintes sinais de controle serão usados ​​em cada sessão de digitação: EEG (ERP, Code ou SSVEP), movimentos oculares (posição do olhar ou velocidade ) ou interruptores binários. Os experimentos para SA1.3a, SA1.3b e SA2.2 envolvem tarefas de ortografia de cópia, nas quais os participantes copiarão cinco palavras comuns de 5 letras em inglês com dificuldade de digitação aproximadamente igual (de acordo com a entrada LM) e corrigirão os erros escolhendo o caractere backspace quando apropriado. Modelos de sinais individuais serão inicializados para modelos populacionais e serão personalizados e refinados com cada conjunto de dados adquiridos de tarefas de soletração. O experimento para SA3.4 envolve uma tarefa de recontar histórias, descrita abaixo no parágrafo sobre esse experimento.

O Experimento 1.3a testará a hipótese de que uma configuração BCI-FIT personalizada com base na entrada multimodal melhorará a precisão da digitação em uma tarefa de ortografia de cópia em comparação com um soletrador de matriz P300 padrão. Faremos um teste piloto de novos recursos de entrada multimodal com participantes de controle antes de cada SCRD com participantes que apresentam SSPI. Ele incluirá cinco participantes com SSPI em um SCRD de tratamentos alternados e se concentrará na precisão da digitação como DV principal. Uma fase inicial de linha de base envolverá sessões semanais de ortografia com o método de acesso existente de cada participante. Três ou mais sessões de linha de base serão realizadas até que o desempenho estável seja observado, então a fase de tratamentos alternados começará. Os tratamentos consistem em duas configurações BCI-FIT diferentes: 1) uma configuração multimodal escolhida por uma combinação das abordagens descritas em SA1.1. (suportado clinicamente e com suporte de dados de desempenho) e 2) um soletrador de matriz P300 padrão. Nas visitas semanais de coleta de dados, os participantes completarão sessões de soletração de cópias com cada configuração BCI-FIT, com ordem de sessão contrabalançada. Os participantes completam pelo menos cinco sessões com cada configuração, mais se necessário para alcançar um desempenho estável.

No Experimento 1.3b, é hipotetizado que a modelagem de sinal individualizada adaptativa permitirá que pessoas com SSPI digitem com precisão durante uma tarefa de soletração com BCI-FIT sem treinar um novo modelo para cada uso. Este experimento também incluirá cinco participantes com SSPI em um SCRD de tratamentos alternados com precisão de digitação como DV primário. Neste estudo, nenhuma linha de base está planejada, pois a comparação de interesse é entre as versões do BCI-FIT com e sem modelagem adaptativa de sinal. Inicialmente, cada participante concluirá os procedimentos de otimização do sistema descritos em SA1.1 e SA1.2 para identificar sua configuração BCI-FIT personalizada. Durante cada visita, no experimento de tratamentos alternativos, o participante tentará três sessões de ortografia com sua configuração BCI-FIT personalizada, usando três tipos de modelos diferentes: (1) uma única calibração concluída pelo mesmo usuário imediatamente antes da ortografia de cópia; (2) múltiplas calibrações realizadas pelo mesmo usuário em dias anteriores; (3) várias calibrações concluídas por outros usuários. Os dados serão representados graficamente e analisados ​​separadamente (seguindo os procedimentos na seção Projeto Estatístico e Potência) para avaliar os efeitos no desempenho com ambas as versões do sistema.

O experimento em SA2.2 testará a hipótese de que qualquer um dos dois métodos de consulta adaptativa melhorará a precisão da digitação BCI-FIT para usuários com pontuações AUC medíocres. Ele incluirá cinco controles e cinco participantes com SSPI, cada um com uma pontuação AUC na faixa de 70-80%. (Com base no teste piloto, espera-se que a consulta adaptável forneça o maior benefício aos usuários com esse nível de desempenho de linha de base.) O experimento seguirá um SCRD de tratamentos alternados. Na fase de linha de base, os participantes completarão sessões semanais de ortografia com BCI-FIT sem consulta adaptativa. Cada visita semanal incluirá duas sessões de ortografia com BCI-FIT com ou sem técnicas de consulta adaptativa. A ordem das condições será contrabalançada de modo que as condições ocorram em ordem aleatória (com não mais do que duas instâncias da mesma condição seguidas) e os participantes experimentarão cada condição um número igual de vezes (pelo menos cinco vezes cada, até que o desempenho estável seja alcançado ).

O experimento em SA3.4 usará um experimento SCRD de tratamentos alternados para testar a hipótese de que os aprimoramentos do modelo de linguagem, incluindo uma combinação de entrada do parceiro e do ambiente e complementação de palavras durante a digitação, melhorarão o desempenho da digitação com BCI-FIT, conforme medido pelo ITR durante uma tarefa de recontar histórias. Este experimento incluirá cinco controles e cinco participantes com SSPI, cada um emparelhado com um parceiro para fornecer entrada do parceiro (inscrição total de 10 díades). Em cada visita semanal de coleta de dados, os participantes se envolverão em duas atividades estruturadas de recontar histórias, uma com e outra sem os recursos aprimorados do modelo de linguagem. A ordem das condições será contrabalançada de modo que as condições ocorram em ordem aleatória (com não mais do que duas instâncias da mesma condição seguidas) e os participantes experimentarão cada condição um número igual de vezes (pelo menos cinco vezes cada, até que o desempenho estável seja alcançado ). A atividade de recontar histórias envolverá o participante assistindo a um pequeno vídeo junto com um parceiro de comunicação e, em seguida, usando o BCI-FIT para responder a perguntas feitas por uma terceira pessoa. O DV primário neste experimento será ITR.