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Brain computer interface with the P300 speller: Usability for disabled people with amyotrophic lateral sclerosis - 09/01/18

Doi : 10.1016/j.rehab.2017.09.004 
Violaine Guy a, c, Marie-Hélène Soriani a, c, Mariane Bruno a, c, Théodore Papadopoulo b, c, Claude Desnuelle a, c, , Maureen Clerc b, c
a Centre de référence SLA, hôpital Pasteur 2, CHU de Nice, 30, avenue Voie-Romaine, 06001 Nice, France 
b Équipe projet Athena, Inria Sophia Antipolis-Méditerranée, 2004, route des Lucioles, 06902 Sophia Antipolis, France 
c Université de Côte d’Azur, Côte d’Azur, France 

Corresponding author. Centre de référence SLA, pôle neurosciences cliniques, hôpital Pasteur 2, CHU de Nice, 30, avenue Voie-Romaine, CS 51069, 06001 Nice cedex 1, France. Fax: +33 492 03 83 26.

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Abstract

Objectives

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS), a progressive neurodegenerative disease, restricts patients’ communication capacity a few years after onset. A proof-of-concept of brain–computer interface (BCI) has shown promise in ALS and “locked-in” patients, mostly in pre-clinical studies or with only a few patients, but performance was estimated not high enough to support adoption by people with physical limitation of speech. Here, we evaluated a visual BCI device in a clinical study to determine whether disabled people with multiple deficiencies related to ALS would be able to use BCI to communicate in a daily environment.

Methods

After clinical evaluation of physical, cognitive and language capacities, 20 patients with ALS were included. The P300 speller BCI system consisted of electroencephalography acquisition connected to real-time processing software and separate keyboard-display control software. It was equipped with original features such as optimal stopping of flashes and word prediction. The study consisted of two 3-block sessions (copy spelling, free spelling and free use) with the system in several modes of operation to evaluate its usability in terms of effectiveness, efficiency and satisfaction.

Results

The system was effective in that all participants successfully achieved all spelling tasks and was efficient in that 65% of participants selected more than 95% of the correct symbols. The mean number of correct symbols selected per minute ranged from 3.6 (without word prediction) to 5.04 (with word prediction). Participants expressed satisfaction: the mean score was 8.7 on a 10-point visual analog scale assessing comfort, ease of use and utility. Patients quickly learned how to operate the system, which did not require much learning effort.

Conclusion

With its word prediction and optimal stopping of flashes, which improves information transfer rate, the BCI system may be competitive with alternative communication systems such as eye-trackers. Remaining requirements to improve the device for suitable ergonomic use are in progress.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Brain–computer interface, Amyotrophic lateral sclerosis, P300 speller, Augmentative and alternative communication


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