[论文解读] Would Motor-Imagery based BCI user training benefit from more women experimenters?

Aline Roc, Léa Pillette+2 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2019

EEG and Brain-Computer Interfaces参考文献 33被引用 1

一句话总结

本研究调查了实验者性别是否会影响基于运动想象的脑-计算机接口（MI-BCI）训练中的表现与进展。在包含59名参与者和六名实验者（三名女性，三名男性）的受控实验设置中，结果表明，无论男性还是女性参与者，在由女性实验者训练时，其表现进展均显著更优，尤其是在QWA（工作质量准确度）指标上，表明女性实验者对MI-BCI学习成果具有积极影响。

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.

研究动机与目标

• 调查实验者性别是否会影响用户在MI-BCI中的表现与学习进展。
• 评估实验者提供的社会与情感反馈（尤其是基于性别匹配）是否会影响用户动机与BCI表现。
• 解决当前BCI实验协议中对实验者相关变量缺乏正式报告与考量的问题。
• 探讨实验者相关偏差是否可能影响BCI研究的有效性与可重复性。

提出的方法

• 对59名健康且无BCI经验的参与者（30名男性，29名女性）与六名实验者（3名男性，3名女性）进行了受控的MI-BCI训练会话，所有参与者与实验者均随机配对。
• 采用标准化的BCI协议，结合实时反馈与分类算法，计算多个训练轮次中的QWA（工作质量准确度）指标。
• 将每位实验者随机分配给10名此前从未见过的参与者，确保无先前熟悉度影响实验结果。
• 使用QWA作为衡量标准，评估各轮次间的表现进展，该指标反映随时间推移的分类准确度。
• 通过统计建模分析参与者性别、实验者性别与各轮次表现趋势之间的交互作用。
• 报告实验者效应的同时，强调未来BCI研究中应建立标准化协议，并正式报告实验者相关因素。

实验结果

研究问题

• RQ1 实验者性别是否会影响用户在MI-BCI中的表现与学习进展？
• RQ2 参与者与实验者性别之间的交互作用如何影响训练轮次中QWA的表现趋势？
• RQ3 参与者在MI-BCI训练期间对社会与情感反馈的反应是否存在性别差异？
• RQ4 实验者相关因素（如性别）在多大程度上会引入BCI实验结果的偏差？
• RQ5 女性实验者的存在是否能增强动机与表现，尤其对男性参与者？

主要发现

• 男性参与者在由男性实验者训练时，初始QWA表现显著低于由女性实验者训练时的表现。
• 当由女性实验者训练时，男性参与者在各轮次中的QWA表现有显著提升，表明学习进展更为显著。
• 女性参与者在由男性实验者训练时初始QWA表现较高，但随时间推移表现下降；而由女性实验者训练时，其表现则呈上升趋势。
• 参与者性别、实验者性别与各轮次表现进展之间的交互作用具有统计显著性，表明性别对训练结果具有特定影响。
• 结果与先前一项神经反馈研究相反，该研究显示女性参与者在由女性实验者训练时学习效果降低，提示实验者效应可能存在情境或任务特异性差异。
• 研究结果暗示，实验者性别可能是影响BCI实验设计的关键因素，但目前仍被严重忽视，未来研究应正式考虑此因素。