Designing for uncertain, asymmetric control: Interaction design for brain–computer interfaces

脑-机接口 计算机科学 接口(物质) 带宽(计算) 约束(计算机辅助设计) 控制(管理) 人机交互 脑电图 人工智能 神经科学 生物 工程类 最大气泡压力法 气泡 机械工程 并行计算 计算机网络
作者
John Williamson,Roderick Murray‐Smith,Benjamin Blankertz,Matthias Krauledat,K. Müller
出处
期刊:International journal of human-computer studies [Elsevier BV]
卷期号:67 (10): 827-841 被引量:93
标识
DOI:10.1016/j.ijhcs.2009.05.009
摘要

Designing user interfaces which can cope with unconventional control properties is challenging, and conventional interface design techniques are of little help. This paper examines how interactions can be designed to explicitly take into account the uncertainty and dynamics of control inputs. In particular, the asymmetry of feedback and control channels is highlighted as a key design constraint, which is especially obvious in current non-invasive brain–computer interfaces (BCIs). Brain–computer interfaces are systems capable of decoding neural activity in real time, thereby allowing a computer application to be directly controlled by thought. BCIs, however, have totally different signal properties than most conventional interaction devices. Bandwidth is very limited and there are comparatively long and unpredictable delays. Such interfaces cannot simply be treated as unwieldy mice. In this respect they are an example of a growing field of sensor-based interfaces which have unorthodox control properties. As a concrete example, we present the text entry application "Hex-O-Spell", controlled via motor-imagery based electroencephalography (EEG). The system utilizes the high visual display bandwidth to help compensate for the limited control signals, where the timing of the state changes encodes most of the information. We present results showing the comparatively high performance of this interface, with entry rates exceeding seven characters per minute.
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