P300 speller using a new stimulus presentation paradigm

새로운 자극제시방법을 사용한 P300 문자입력기

In the implementation of a P300 speller, rows and columns paradigm (RCP) is most commonly used. However, the RCP remains subject to adjacency-distraction error and double-flash problems. This study suggests a novel P300 speller stimuli presentation-the sub-block paradigm (SBP) that is likely to solve the problems effectively. Fifteen subjects participated in this experiment where both SBP and RCP were used to implement the P300 speller. Electroencephalography (EEG) activity was recorded from Fz, Cz, Pz, Oz, P3, P4, PO7, and PO8. Each paradigm consisted of a training phase to train a classifier and a testing phase to evaluate the speller. Eighteen characters were used for the target stimuli in the training phase. Additionally, 5 subjects were required to spell 50 characters and the rest of the subjects were to spell 25 characters in the testing phase. Classification accuracy results show that average accuracy was significantly higher in SBP as of 83.73% than that of RCP as of 66.40%. Grand mean event-related potentials (ERPs) at Pz show that positive peak amplitude for the target stimuli was greater in SBP compared to that of RCP. It was found that subjects tended to attend more to the characters in SBP. According to the participants' ratings on how comfortable they were with using each type of paradigm on 7-point Likert scale, most subjects responded 'very difficult' in RCP while responding 'medium' and 'easy' in SBP. The result showed that SBP was felt more comfortable than RCP by the subjects. In sum, the SBP was more correct in P300 speller performance as well as more convenient for users than the RCP. The actual limitations in the study were discussed in the last part of this paper.

P300 문자입력기에 사용되는 대표적인 자극제시방법은 행-열 패러다임(RCP)이다. 그러나 RCP는 근접-혼동 오류와 이중-깜박임 문제를 가지고 있다. 본 연구에서는 RCP가 가지고 있는 두 가지 오류의 원천을 효과적으로 통제하는 하위블록 패러다임(SBP)을 제안하고 검증하였다. 15명의 실험참가자에게 RCP와 SBP를 모두 사용하여 문자를 입력하도록 하였다. 뇌파는 Fz와 Cz, Pz, P3, P4, PO7, PO8에서 측정하였다. 각 패러다임은 분류기를 학습시키기 위한 훈련단계와 문자입력기의 성능을 평가하기 위한 검사단계로 구성되어 있다. 훈련단계에서 18개의 문자를 입력하였으며, 검사단계에서 5명은 50개의 단어를 입력하였고 나머지 10명은 25개의 단어를 입력하였다. 정확도를 산출한 결과, SBP의 정확도는 83.73%로 RCP의 정확도 66.40%보다 통계적으로 유의하게 더 높았다. Pz에서 측정한 ERP를 분석하였을 때, 목표자극에 대한 정적 정점의 진폭이 RCP보다 SBP에서 더 크게 나타나 실험참가자들이 SBP에서 특정 문자에 더 많은 주의를 집중한 것으로 보인다. P300 문자입력기에 대한 사용용이성을 7점 척도로 측정하였을 때, SBP가 RCP보다 더 사용하기 쉬운 것으로 나타났다. 특히 RCP의 사용용이성은 대부분의 실험참가자들이 '힘들었다'는 범주에 응답한 반면, SBP의 사용용이성은 모든 피험자들이 '보통'과 '쉬웠다'의 범주에 응답하였다. 전반적으로 SBP가 RCP보다 우월한 것으로 평가되었으며, 논의에 SBP의 한계점에 대해서 기술하였다.