[论文解读] The Influence of Decoding Accuracy on Perceived Control: A Simulated BCI Study

Pouyan Rafiei Fard, Moritz Grosse‐Wentrup|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2014

EEG and Brain-Computer Interfaces参考文献 7被引用 6

一句话总结

本研究探讨了在模拟脑-机接口（BCI）中实际解码准确率与用户主观控制感之间的关系。通过使用不同二元控制准确率（50–100%）的1-D导航游戏，研究发现65%的解码准确率是用户在超过一半时间内感到控制的阈值，且在75%以上时无显著提升。任务成功（在规定时间内完成目标）比准确率本身更能预测感知到的控制感。

ABSTRACT

Understanding the relationship between the decoding accuracy of a brain-computer interface (BCI) and a subject's subjective feeling of control is important for determining a lower limit on decoding accuracy for a BCI that is to be deployed outside a laboratory environment. We investigated this relationship by systematically varying the level of control in a simulated BCI task. We find that a binary decoding accuracy of 65% is required for users to report more often than not that they are feeling in control of the system. Decoding accuracies above 75%, on the other hand, added little in terms of the level of perceived control. We further find that the probability of perceived control does not only depend on the actual decoding accuracy, but is also in influenced by whether subjects successfully complete the given task in the allotted time frame.

研究动机与目标

• 确定用户在主观上感到控制BCI系统的最低解码准确率要求。
• 研究实际解码准确率与模拟BCI环境中感知控制感之间的关系。
• 检验任务完成结果（成功与失败）是否在独立于解码准确率的情况下影响感知控制感。
• 挑战“70%准确率是可部署BCI的最低阈值”这一普遍假设。
• 通过识别影响用户控制感感知的关键因素，为临床和辅助性BCI设计提供建议。

提出的方法

• 通过键盘输入模拟BCI反馈延迟和解码错误，实现了一个作为1-D二元选择导航游戏的模拟BCI系统。
• 受试者通过按左/右键控制小球向目标移动，移动成功与否由基于预设解码准确率（P_tr）的伯努利试验决定，P_tr在0.5至1.0之间以11个步骤变化。
• 每次试验持续最长两分钟；成功定义为在规定时间内到达目标。
• 每次试验后，受试者报告其是否认为自身行为影响了小球的移动，采用是/否回答。
• 通过计算受试者中“是”回答的比例，分析其与实际解码准确率及任务结果（成功/失败）的关系。
• 分析比较了不同准确率水平下的感知控制感，并评估了解码准确率与任务完成结果之间的交互作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在类似BCI的任务中，用户需达到何种解码准确率才能在超过一半时间内感到控制？
• RQ2 当实际解码准确率超过随机水平后，感知控制感如何变化？
• RQ3 任务成功（在规定时间内到达目标）在多大程度上独立于解码准确率影响感知控制感？
• RQ4 感知控制感是否存在饱和点，即进一步提高解码准确率带来的收益逐渐减少？
• RQ5 在不同准确率水平下，成功与失败试验中的控制感感知有何差异？

主要发现

• 65%的解码准确率是用户报告在超过50%的时间内感到控制的临界点。
• 当解码准确率超过75%后，感知控制感的进一步提升微乎其微，表明存在饱和效应。
• 即使在随机水平（50%）下，仍有18%的回答表示感知到控制，表明存在基线水平的代理感。
• 任务成功强烈影响感知控制感：当目标未被达成时，用户极少报告感到控制，即使准确率达到80%。
• 当目标成功达成时，用户即使在实际准确率较低的情况下，也更频繁地报告感到控制。
• 感知控制的概率更多地受任务结果影响，而非仅由解码准确率决定。