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

För varje specifikt mål kommer utvecklingen av nya BCI-accessmetoder för hjälpmedel att utvärderas i ett eller flera experiment med användning av alternerande behandlingar i enstaka fall (SCRD) med friska kontroller och/eller deltagare med SSPI. SCRD är idealiskt för att undersöka små, heterogena populationer som individer med SSPI. Det möjliggör en detaljerad undersökning av prestandatrender och förändringar över tid, och för deltagarespecifika modifieringar av interventionen som en del av en iterativ designprocess. Eftersom varje deltagare fungerar som sin egen kontroll, är en provstorlek på fem tillräcklig för att demonstrera och replikera en initial effekt. Se avsnittet Statistisk design och effekt för ytterligare information om SCRD och datavisualisering och analys.

Totalt 60 deltagare kommer att utvärdera BCI:s framsteg; 15 individer med SSPI och 45 kontroller. Deltagare med SSPI som för närvarande har ett tillförlitligt kommunikationsmedel, antingen med tal och/eller en AAC-enhet, kommer att registreras. Alla deltagare kommer att vara i åldrarna 18-89 år (NIH-definierade vuxna), med lika många män och kvinnor. Sunda kontroller kommer att matchas för ålder, kön och utbildningsnivå. I SCRD-studier fungerar varje deltagare som sin egen kontroll, så deltagarna kommer att uppleva alla baslinje- och interventionstillstånd som ingår i varje enskild studie, som beskrivs nedan. Tillståndsordningen kommer att randomiseras i de alternerande behandlingarna, kontrollerade så att varje deltagare genomför lika många sessioner med varje intervention, med inte mer än två på varandra följande sessioner med samma intervention. Blindning är inte möjlig eftersom varje försöksperson måste känna till sitt tillstånd i en alternerande behandlingsdesign.

Alla studiebesök med personer med SSPI kommer att genomföras i deltagarnas hem av OHSU-personal. Studiebesök med friska kontroller kommer att äga rum på OHSU BCI-laboratoriet. För alla skrivuppgifter sitter deltagarna cirka 75 cm från en LCD-skärm, inställd för BCI-FIT-systemet. Beroende på användarens skräddarsydda BCI-FIT-konfiguration (procedurer som beskrivs i SA1.1), kommer en eller flera av följande styrsignaler att användas i varje skrivsession: EEG (ERP, Code eller SSVEP), ögonrörelser (blikposition eller hastighet) ), eller binära omkopplare. Experimenten för SA1.3a, SA1.3b och SA2.2 involverar alla kopierings-stavningsuppgifter, där deltagarna kommer att kopiera fem vanliga engelska ord på fem bokstäver med ungefär lika skrivsvårigheter (enligt LM-inmatning), och korrigera misstag genom att välja backstegstecken när det är lämpligt. Individuella signalmodeller kommer att initieras till populationsmodeller och kommer att anpassas och förfinas med varje förvärvad kopierings-stavningsuppgiftsuppsättning. Experimentet för SA3.4 involverar en återberättande uppgift, som beskrivs nedan i stycket om det experimentet.

Experiment 1.3a kommer att testa hypotesen att en anpassad BCI-FIT-konfiguration baserad på multimodal inmatning kommer att förbättra skrivnoggrannheten på en kopieringsstavningsuppgift jämfört med en standard P300-matrisstavare. Vi kommer att pilottesta nya multimodala inmatningsfunktioner med kontrolldeltagare före varje SCRD med deltagare som presenterar med SSPI. Den kommer att inkludera fem deltagare med SSPI i en SCRD för alternerande behandlingar och kommer att koncentrera sig på skrivnoggrannhet som primär DV. En första baslinjefas kommer att involvera veckovisa kopieringssessioner med varje deltagares befintliga åtkomstmetod. Tre eller flera baslinjesessioner kommer att genomföras tills stabil prestation observeras, sedan börjar den alternerande behandlingsfasen. Behandlingar består av två olika BCI-FIT-konfigurationer: 1) en multimodal konfiguration vald av en kombination av tillvägagångssätten som beskrivs i SA1.1. (kliniskt stödd och prestandadatastödd) och 2) en standard P300-matrisstavare. Vid veckovisa datainsamlingsbesök kommer deltagarna att slutföra kopieringssessioner med varje BCI-FIT-konfiguration, med en motbalanserad sessionsordning. Deltagarna genomför minst fem sessioner med varje konfiguration, fler om det behövs för att uppnå stabil prestanda.

I experiment 1.3b antas det att adaptiv individualiserad signalmodellering kommer att tillåta personer med SSPI att skriva exakt under en kopieringsstavningsuppgift med BCI-FIT utan att träna en ny modell för varje användning. Detta experiment kommer också att inkludera fem deltagare med SSPI i en alternerande behandlings-SCRD med typnoggrannhet som primär DV. I denna studie är ingen baslinje planerad, eftersom jämförelsen av intresse är mellan versioner av BCI-FIT med och utan adaptiv signalmodellering. Inledningsvis kommer varje deltagare att slutföra systemoptimeringsprocedurer som beskrivs i SA1.1 och SA1.2 för att identifiera sin anpassade BCI-FIT-konfiguration. Under varje besök, i experimentet med alternativa behandlingar, kommer deltagaren att försöka tre kopieringssessioner med sin anpassade BCI-FIT-konfiguration, med hjälp av tre olika modelltyper: (1) en enda kalibrering som slutförs av samma användare omedelbart före kopieringsstavning; (2) flera kalibreringar genomförda av samma användare under tidigare dagar; (3) flera kalibreringar genomförda av andra användare. Data kommer att ritas i grafer och analyseras separat (enligt procedurerna i avsnittet Statistisk design och effekt) för att utvärdera effekter på prestanda med båda systemversionerna.

Experimentet i SA2.2 kommer att testa hypotesen att någon av två metoder för adaptiv sökning kommer att förbättra BCI-FIT typnoggrannheten för användare med mediokra AUC-poäng. Den kommer att inkludera fem kontroller och fem deltagare med SSPI, var och en med en AUC-poäng i intervallet 70-80 %. (Baserat på pilottestning förväntas adaptiv sökning ge största möjliga nytta för användarna med denna nivå av baslinjeprestanda.) Experimentet kommer att följa en SCRD för alternerande behandlingar. I baslinjefasen kommer deltagarna att genomföra veckovisa kopieringssessioner med BCI-FIT utan adaptiv sökning. Varje veckovis besök kommer att innehålla två kopieringssessioner med BCI-FIT, antingen med eller utan adaptiva frågetekniker. Tillståndsordningen kommer att motverkas så att tillstånden inträffar i slumpmässig ordning (med högst två instanser av samma tillstånd i rad) och deltagarna kommer att uppleva varje tillstånd lika många gånger (minst fem gånger vardera, tills stabil prestation uppnås ).

Experimentet i SA3.4 kommer att använda ett alternerande SCRD-experiment för att testa hypotesen att förbättringar av språkmodeller, inklusive en kombination av partner- och miljöinmatning och ordkomplettering under skrivning, kommer att förbättra skrivprestandan med BCI-FIT, mätt med ITR under en återberättande uppgift. Detta experiment kommer att inkludera fem kontroller och fem deltagare med SSPI, var och en parad med en partner för att ge partnerinmatning (total registrering av 10 dyader). I varje veckovis datainsamlingsbesök kommer deltagarna att delta i två strukturerade återberättande aktiviteter, en med och en utan de förbättrade språkmodellfunktionerna. Tillståndsordningen kommer att motverkas så att tillstånden inträffar i slumpmässig ordning (med högst två instanser av samma tillstånd i rad) och deltagarna kommer att uppleva varje tillstånd lika många gånger (minst fem gånger vardera, tills stabil prestation uppnås ). Berättelsen återberättar aktiviteten innebär att deltagaren tittar på en kort video tillsammans med en kommunikationspartner och använder sedan BCI-FIT för att svara på frågor från en tredje person. Den primära DV i detta experiment kommer att vara ITR.