Brain-Computer Interfaces for augmented communication: Asynchronous and adaptive algorithms and evaluation with end users
Interfacce cervello-computer per la comunicazione aumentativa: algoritmi asincroni e adattativi e validazione con utenti finali
Creators: name: Schettini, Francesca <1983>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2014
Subjects: ING-INF/06 Bioingegneria elettronica e informatica

description: This thesis aimed at addressing some of the issues that, at the state of the art, avoid the P300-based brain computer interface (BCI) systems to move from research laboratories to end users’ home. An innovative asynchronous classifier has been defined and validated. It relies on the introduction of a set of thresholds in the classifier, and such thresholds have been assessed considering the distributions of score values relating to target, non-target stimuli and epochs of voluntary no-control. With the asynchronous classifier, a P300-based BCI system can adapt its speed to the current state of the user and can automatically suspend the control when the user diverts his attention from the stimulation interface. Since EEG signals are non-stationary and show inherent variability, in order to make long-term use of BCI possible, it is important to track changes in ongoing EEG activity and to adapt BCI model parameters accordingly. To this aim, the asynchronous classifier has been subsequently improved by introducing a self-calibration algorithm for the continuous and unsupervised recalibration of the subjective control parameters. Finally an index for the online monitoring of the EEG quality has been defined and validated in order to detect potential problems and system failures. This thesis ends with the description of a translational work involving end users (people with amyotrophic lateral sclerosis-ALS). Focusing on the concepts of the user centered design approach, the phases relating to the design, the development and the validation of an innovative assistive device have been described. The proposed assistive technology (AT) has been specifically designed to meet the needs of people with ALS during the different phases of the disease (i.e. the degree of motor abilities impairment). Indeed, the AT can be accessed with several input devices either conventional (mouse, touchscreen) or alterative (switches, headtracker) up to a P300-based BCI.
description: Questa tesi affronta alcune delle problematiche che, allo stato dell'arte, limitano l'usabilità delle interfacce cervello computer (Brain Computer Interface - BCI) al di fuori del contesto sperimentale. E' stato inizialmente definito e validato un classificatore asincrono. Quest'ultimo basa il suo funzionamento sull'inserimento di un set di soglie all'interno del classificatore. Queste soglie vengono definite considerando le distribuzioni dei valori di score relativi agli stimoli target e non-target e alle epoche EEG in cui il soggetto non intendeva effettuare nessuna selezione (no-control). Con il classificatore asincrono, un BCI basato su potenziali P300 può adattare la sua velocità allo stato corrente dell'utente e sospendere automaticamente il controllo quando l'utente non presta attenzione alla stimolazione. 
Dal momento che i segnali EEG sono non-stazionari e mostrano una variabilità intrinseca, al fine di rendere possibile l'utilizzo dei sistemi BCI sul lungo periodo, è importante rilevare i cambiamenti dell'attività EEG e adattare di conseguenza i parametri del classificatore. A questo scopo, il classificatore asincrono è stato successivamente migliorato introducendo un algoritmo di autocalibrazione per la continua e non supervisionata ricalibrazione dei parametri di controllo soggettivi. Infine è stato definito e validato un indice per monitorare on-line la qualità del segnale EEG, in modo da rilevare potenziali problemi e malfunzionamenti del sistema. Questa tesi si conclude con la descrizione di un lavoro che ha coinvolto gli utenti finali (persone affette da sclerosi laterale amiotrofica-SLA). In particolare, basandosi sui principi dell’user-centered design, sono state descritte le fasi relative alla progettazione, sviluppo e validazione di una tecnologia assistiva (TA) innovativa. La TA è stata specificamente progettata per rispondere alla esigenze delle persone affetta da SLA durante le diverse fasi della malattia. Infatti, la TA proposta può essere utilizzata sia mediante dispositivi d’input tradizionali (mouse, tastiera) che alternativi (bottoni, headtracker) fino ad arrivare ad un BCI basato su potenziali P300.