Una misura comune della comunicazione per le interfacce cervello-computer per il parlato

Abstract degli autori

Le interfacce cervello-computer per il parlato (BCI per il parlato) traducono l’attività neurale in linguaggio, offrendo una via per restituire la capacità di parlare alle persone con paralisi e, più in generale, per consentire nuove forme di interazione naturale tra esseri umani e computer. Nonostante queste potenzialità, nel settore manca una misura comune dei progressi: i sistemi usano dataset, metodi di registrazione, tipi di parlato e vocabolari diversi, perciò i punteggi riportati sono raramente confrontabili. Alla base di questo problema di misurazione ci sono due questioni irrisolte: (i) quale distribuzione di parole una BCI per il parlato dovrebbe consentire a un utente di comunicare e (ii) quanta informazione tratta da questa distribuzione un sistema può trasmettere. Affrontiamo entrambe le questioni derivando l’informazione mutua a vocabolario aperto (OVMI), una grandezza della teoria dell’informazione che misura l’informazione trasmessa da un decoder rispetto a una distribuzione di riferimento delle parole che un utente potrebbe voler comunicare. Questo permette di valutare su una scala comune della comunicazione le capacità misurate in condizioni diverse, per esempio con vocabolari differenti. Mostriamo che l’accuratezza, il tasso di errore per parola (WER) e altre metriche normalmente riportate, se calcolate soltanto sulle parole supportate da un sistema, possono sovrastimare quanta parte del parlato che l’utente intende produrre il sistema riesce a comunicare. Usiamo poi l’OVMI per confrontare i sistemi esistenti, mettere in luce il compromesso tra la parte del linguaggio dell’utente supportata da un sistema e l’accuratezza con cui decodifica quelle parole, mostrare che questi confronti dipendono da ciò che ci si aspetta che l’utente comunichi e dimostrare che scegliere un vocabolario per massimizzare l’OVMI produce un miglioramento relativo dell’accuratezza fino al 16,3% in tre domini del parlato. L’OVMI offre quindi alla comunità che si occupa di BCI per il parlato un metodo fondato su principi teorici per confrontare sistemi eterogenei, migliorare la progettazione dei vocabolari e misurare i progressi nel settore.