[논문 리뷰] Would Motor-Imagery based BCI user training benefit from more women experimenters?

Aline Roc, Léa Pillette외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 14.

EEG and Brain-Computer Interfaces참고 문헌 33인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 모터이미지 기반 뇌-computer 인터페이스(MI-BCI) 훈련에서 실험자 성별이 성능 및 학습 진행에 영향을 미치는지 조사한다. 59명의 참가자와 6명의 실험자(남성 3명, 여성 3명)를 포함한 통제된 실험 설계를 통해, 남성 및 여성 참가자 모두가 여성 실험자에게서 훈련을 받을 경우 성능 향상이 뚜렷하게 향상되었으며, 특히 QWA(작업 정확도의 질) 지표에서 그러한 경향이 두드러져 여성 실험자의 영향이 MI-BCI 학습 결과에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Mental Imagery based Brain-Computer Interfaces (MI-BCI) are a mean to control digital technologies by performing MI tasks alone. Throughout MI-BCI use, human supervision (e.g., experimenter or caregiver) plays a central role. While providing emotional and social feedback, people present BCIs to users and ensure smooth users' progress with BCI use. Though, very little is known about the influence experimenters might have on the results obtained. Such influence is to be expected as social and emotional feedback were shown to influence MI-BCI performances. Furthermore, literature from different fields showed an experimenter effect, and specifically of their gender, on experimental outcome. We assessed the impact of the interaction between experi-menter and participant gender on MI-BCI performances and progress throughout a session. Our results revealed an interaction between participants gender, experimenter gender and progress over runs. It seems to suggest that women experimenters may positively influence partici-pants' progress compared to men experimenters.

연구 동기 및 목표

• 실험자 성별이 사용자들의 MI-BCI 성능 및 학습 진행에 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 특히 성별 일치 여부에 기반한 사회적 및 정서적 피드백이 사용자 동기부여와 BCI 성능에 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• BCI 실험 프로토콜에서 실험자 관련 변수에 대한 공식 보고 및 고려가 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 실험자 관련 편향이 BCI 연구의 타당성과 재현 가능성에 영향을 미칠 수 있는 잠재적 가능성을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 59명의 건강한 BCI 초보자 참가자(남성 30명, 여성 29명)와 6명의 실험자(남성 3명, 여성 3명)를 포함한 통제된 MI-BCI 훈련 세션을 실시하였으며, 모든 참가자와 실험자는 무작위로 조합되었다.
• 실시간 피드백을 제공하는 표준화된 BCI 프로토콜을 사용하였으며, 분류 알고리즘을 통해 여러 시행 동안 QWA(작업 정확도의 질)를 계산하였다.
• 각 실험자를 참가자 10명과 무작위로 배정하였으며, 이는 사전에 알지 못한 관계를 유지하여 사전 지식이 결과에 영향을 주지 않도록 하였다.
• QWA를 사용하여 시행 간 성능 향상을 측정하였으며, 이는 시간이 지남에 따라 분류 정확도를 반영하는 지표이다.
• 통계 모델링을 통해 참가자 성별, 실험자 성별, 시행 간 성능 추세 간 상호작용을 분석하였다.
• 실험자 효과를 보고하였으며, 향후 BCI 연구에서 실험자 관련 요소의 표준화된 프로토콜과 공식 보고의 필요성을 강조하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실험자 성별이 사용자들의 MI-BCI 성능 및 학습 진행에 영향을 미치는가?
• RQ2 참가자 성별과 실험자 성별 간의 상호작용이 훈련 시행 간 QWA 성능 추세에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 참가자들이 MI-BCI 훈련 중 사회적 및 정서적 피드백에 대해 성별에 따라 다르게 반응하는가?
• RQ4 실험자 관련 요소, 예를 들어 성별이 BCI 실험 결과에 얼마나 많은 편향을 유도하는가?
• RQ5 여성 실험자의 존재가 특히 남성 참가자에서 동기부여와 성능 향상에 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 남성 참가자들은 남성 실험자에게서 훈련을 받을 경우 여성 실험자에게서 훈련을 받을 경우보다 초기 QWA 성능이 유의미하게 낮게 나타났다.
• 남성 참가자들은 여성 실험자에게서 훈련을 받을 경우 시행 간 QWA 성능 향상이 뚜렷하게 향상되어 학습 진행이 향상된 것으로 나타났다.
• 여성 참가자들은 남성 실험자에게서 훈련을 받을 경우 초기 QWA 성능이 높았지만 시간이 지남에 따라 성능이 저하되었고, 여성 실험자에게서 훈련을 받을 경우 성능이 향상된 것으로 나타났다.
• 참가자 성별, 실험자 성별, 시행 간 진행 추세 간의 상호작용은 통계적으로 유의미하여, 훈련 결과에 성별에 따라 다른 영향을 미친다는 것을 시사한다.
• 이전의 신경피드백 연구에서는 여성 실험자에게서 훈련을 받는 여성 참가자에서 학습이 감소하는 결과를 보였지만, 본 연구 결과는 실험자 효과가 작업나이거나 맥락에 따라 다를 수 있음을 시사하며, 상황 또는 작업 특수성에 따라 다를 수 있음을 시사한다.
• 결과는 실험자 성별이 BCI 실험 설계에서 중요한 요소이지만 아직 공식적으로 보고되지 않은 요소일 수 있음을 시사하며, 향후 연구에서 공식적으로 고려되어야 할 잠재적 요소임을 시사한다.