Summary
وهنا يقدم بروتوكول الذي يميز الشعور بالوكالة التي وضعت للسيطرة سينساتي الأيدي الاصطناعية الظاهري أو الروبوتية. الاستبيانات النفسية تستخدم لالتقاط الخبرة صريحة للوكالة، وتقديرات الوقت الفاصل الزمني (الربط المتعمد) تستخدم لقياس الشعور بالوكالة ضمنياً.
Abstract
ويصف هذا العمل إطارا منهجية التي يمكن استخدامها بصراحة وضمنا تميز الإحساس بالوكالة التي وضعت حول السيطرة على واجهة الجهاز العصبي (NMI) سينساتي الأيدي الاصطناعية الظاهري أو الروبوتية. تشكيل الوكالة أمر أساسي في التمييز بين الإجراءات التي نقوم بأعمالنا أطرافهم بمنطقتنا. وبالسعي إلى إدماج الأطراف الاصطناعية أطرافهم العليا المتقدمة في هذه الآليات الإدراكية نفسه، يمكننا أن نبدأ بدمج أطراف اصطناعية على نحو أوثق في الإطار المعرفي القائم للمستخدم لعنصر تحكم تقويم. وهذا له آثار هامة في تعزيز قبول المستخدم، واستخدام، ومراقبة فعالة للأطراف الاصطناعية أطرافهم العليا المتقدمة. في هذا البروتوكول، المشاركين في التحكم في يد الأطراف اصطناعية ظاهري وتلقى ردود الفعل الحسي حركي من خلال ما NMIs الموجودة مسبقاً. يتم تنفيذ سلسلة من المهام استيعاب الظاهري واضطرابات يتم تقديمها بشكل منهجي إلى ردود فعل حركي وحركات اليد الظاهري. وتستخدم تدابير منفصلة اثنين من الوكالة: إنشاء الاستبيانات النفسية (لالتقاط الخبرة صريحة للوكالة) وفترة الزمنية تقدير مهمة لالتقاط المعني الضمني للوكالة (الربط المتعمد). النتائج من هذا البروتوكول (الفاصل الزمني وعشرات الاستبيان تقديرات) يمكن تحليلها لتقدير مدى تشكيل الوكالة.
Introduction
كما أصبحت تزداد تقدما الروبوتية الاصطناعية، بأهمية التغذية الراجعة الحسية ذات الصلة سوف تواصل نموها. ردود الفعل الحسي يؤثر على كيفية تصور البشر وتتفاعل مع وحتى دمج آلات على مخطط الجسم. الأخيرة NMI التقنيات الآن يمكن أن توفر للمستخدمين أطرافهم الاصطناعية مع تحكم بديهية وتحقيق الأحاسيس المرتبطة باللمس1،2،،من34،،من56 , 7 وكينيسثيسيا (الإحساس بالحركة)8،9 في أطرافه مفقودة. عندما يقترن هذا المعلومات الحسية المعلومات البصرية المقدمة من مشاهدة الأطراف الاصطناعية خلال العملية، يتعين علينا الوصول إلى العناصر الرئيسية التي تبلغ تميزت بالذات-مقابل-أخرى. الاستفادة من هذا الوصول قد يساعد على تحقيق أطرافهم الاصطناعية المستخدمين خطوة أقرب للتشغيل أطراف اصطناعية كجزء من الجسم، وليس مجرد أداة.
الوعي بالجسم والشعور بأن تجسد ينشأ من إنشاء الوكالة (تجربة التأليف عبر الإجراءات أحد أطرافه) والملكية (الشعور بأن أحد أطرافه جزء من الجسم)10،11. بوساطة الملكية هو أساسا من خلال التكامل بين اللمس والمعلومات البصرية12. وكالة ينبثق من إدماج النية والإحساس بالحركة (كينيسثيسيا) والمعلومات المرئية ونماذج تنبئية المعرفي11. أثناء أداء عمل طوعي، يتم تشكيل الوكالة عند محاذاة الحسية عواقب هذا العمل مع النية على أداء وتوقعات من المؤدي النماذج الداخلية13. والوكالة منفصلة ومتميزة عن الملكية. كثيرا ما درس مفهوم الملكية أطرافهم في بدلة الأدب14. شعور بأشكال الملكية أطرافهم في NMI المشاركين عند لمس ردود الفعل المناسبة مكانياً وزمنياً، كما يقاس صراحة من خلال استبيانات، أو ضمناً من خلال التغيرات في درجات الحرارة المتبقية من أطرافهم، أو الزمنية أمر الأحكام15. ومع ذلك، وجدت فرصاً أقل لاستكشاف الوكالة في سياق NMI16. عمل مؤخرا مع المشاركين NMI أثبت أن الوكالة يمكن أن يتعزز هادف ومنفصلة من تجربة ملكية8.
وكالة مهم بصفة خاصة في تشغيل الروبوتية الاصطناعية كما ارتباط المعرفي لمراقبة الإجراءات المادية للأطراف الاصطناعية من خلال تجارب العلاقة السببية، الشعور بالسيطرة على الأطراف الاصطناعية أو التسبب في شيء يحدث17. الروبوتية الاصطناعية المتطورة الآلات المحوسبة التي المستخدم يجب أن تتعاون مع على فعالية إنجاز المهام. وأدرجت بعض الأطراف الصناعية وظائف مستقلة، مثل الكشف عن قبضة--كشف وتصحيح؛ بعد هذه النظم قد شهدت اعتماد محدود كوظيفة تشغيل خارج عنصر تحكم المستخدم يمكن عرضها بالإحباط إذا لم تنفذ على نحو ملائم8،18. هذا يمثل تحديا أساسيا صداه في جميع أنحاء التطبيقات للتعاون البشري مع الأجهزة المتمتعة بالحكم الذاتي. فالبشر كثيرا ما الثقة أعمالهم الخاصة عبر تلك الناجمة عن تعاون مع أجهزة الكمبيوتر أو الأجهزة، وهذه الثقة يؤثر تأثيراً مباشرا احتمال في عامل استخدامها في مهام الحكم الذاتي19،20. كبشر، متأصلة ونثق بأنفسنا واجسادنا لتنفيذ الإجراءات التي ننوي؛ عندما يتحقق ذلك، علينا أن ننشئ شعور جوهرية للوكالة. من المثير للاهتمام، هو أثر تشكيل الوكالة في الإجراءات التعاونية بين الإنسان والحاسوب. خلال المهام التعاونية البشر، قد شكلت شعور مشترك من وكالة على مدى21من الحركة؛ حتى الآن، توحي الأدب هو المشغولة تلك الوكالة المشتركة من خلال التعاون بين الإنسان والحاسوب22،23. وتنعكس هذه التحديات في الأطراف الاصطناعية أطرافهم العليا استخدام، ولا تزال معدلات رفض الأجهزة الروبوتية عالية، مع 23%-39% مستخدمين التوقف عن استخدام24. في الواقع، لا تزال تفضل العديد من المستخدمين بدلة نظم بدعم الهيئة25. هذه الأنظمة إزالة الجهاز المحوسبة من حلقة التحكم وأكثر وثيقا الزوجين حركة الجسم المستخدم لحركة بدلة عبر الأسلاك الكابلات. وهذا يعزز كذلك أهمية التكامل المعرفي في الاستخدام الأجهزة التعويضية متقدمة. ونحن نقترح أن نظم NMI يمكن أن توفر عدد من القطع الحسية والحركية اللازمة للمساعدة في تحريك الأطراف الاصطناعية أقرب إلى تحديد إحساسا تعاونية للوكالة، وهذا سيكون مفيداً في تشجيع القبول والتكامل الحقيقي لهذه آلات محوسبة مع المستخدمين الخاصة بهم.
ويمكن قياس الوكالة في عدد من الطرق. التدابير أبسط باستخدام الاستبيانات النفسية أو جداول صراحة اسأل المشاركين منهم أو ما هي السمة حدث17،،من2627. وهذا يعتمد على إدراك الفرد في القائمة "الذاتي" بمطالبة المشاركين جعل الأحكام استنتاجي الإسناد الذاتي (أي، صراحة القاضي ما إذا كان "أنا" أو كيان آخر كان مسؤولاً عن إجراء أو حدث). تدابير ضمناً توفر نظرة ثاقبة الخلفية العمليات المعرفية التي تحدث أثناء عمل المحرك والأحداث الحسية. طريقة العرض هذه للوكالة محاولات لقياس هذا الذي لا ينظر إليها صراحة بفرد. عادة ما يتحقق هذا عن طريق وجود المشاركين تميز فرقا متصورة في النفس وخارجياً-المولدة باتخاذ إجراءات، على سبيل المثال وجود المشاركون تقرير مدة الزمن ينظر إلى تحدث بين حدثاً المتمتعة بالحكم الذاتي والخارج-ولدت 17 , 28-أثناء أداء الأعمال المولدة ذاتيا، يظهر الوكالة ضمنياً كضغط الإدراك حسي في الوقت بين الأعمال وآثارها الحسية، المعروفة باسم الربط المتعمد28. عند الأفراد تقرير الوقت أنهم يعتبرون تحدث بين عمل ونتائجه، يتوافق مع مدة متصورة أقصر من الوقت إلى شعور أكثر بقوة شكلت وكالة29،30. من المثير للاهتمام، وقد ثبت أن التدابير الصريحة والضمنية قد ترتبط مباشرة كما أنها هي المرجح أن تميز مختلف الآليات الإدراكية17 أن يبلغ الشعور بوكالة معا. على هذا النحو، التوصل إلى فهم أكثر شمولاً لتشكيل الوكالة أثناء استخدام بدلة سيتطلب على الأرجح البروتوكولات التجريبية استخدام تدابير صريحة وضمنية على حد سواء.
ويصف هذا العمل إطارا منهجية التي يمكن استخدامها بصراحة وضمنا تميز الإحساس بالوكالة التي وضعت للسيطرة NMI سينساتي الأيدي الاصطناعية الظاهري أو الروبوتية. وترد اثنين من التقنيات لقياس الوكالة أثناء أداء مهمة استيعاب كائن حسي حركي. الاستبيانات النفسية المنشأة تستخدم لالتقاط الخبرة صريحة للوكالة، بينما تقديرات الوقت الفاصل الزمني (الربط المتعمد) تستخدم لقياس ضمناً الإحساس بالوكالة.
نطاق هذا البروتوكول هو تقييم الإحساس بالوكالة في سياق NMI التي توفر التحكم الحركية النشطة فسيولوجيا ذات الصلة وردود فعل حركي. هذه التقنيات قابلة للتعميم على نظم NMI الاصطناعية فعلى أو ظاهري. هناك الحد الأدنى من القيود المفروضة على السكان الذين يجوز تعيينهم لتنفيذ هذا البروتوكول. على سبيل المثال، تنقل أطرافهم العليا المشارك لا تتأثر ثنائيا (أنهم يجب أن يكون أحد أطرافه السليمة)، وأنها يجب أن تمتلك القدرة المعرفية لجعل الأحكام المستندة إلى الوقت والتعبير عن الأحاسيس ذوي الخبرة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
هذا البروتوكول قد اعتمد سابقا ويتبع المبادئ التوجيهية التي وضعتها لجنة أخلاقيات البحوث البشرية في "مستشفى كليفلاند".
1-الأجهزة والبرمجيات NMI
- إنشاء NMI مراقبة كل مشارك الفردية وردود الفعل حيث أن عند محاولتهم القيام حركة، انظر وأشعر بدلة ظاهري إكمال تلك الحركة.
- توليد هو الإدراك يد حركي من خلال NMI المشارك والتقاط الكينماتيكا اقتراح تصور وجود مشارك تثبت أنهم يشعرون باستخدام أيديهم سليمة.
ملاحظة: تقنيات لتوصيف الكينماتيكا الإدراك حركي قد تجلى في غيرها works8 ويمكن تحقيقها باستخدام قفاز بيانات أو نظام التقاط حركة بصرية. - استخدام محاكاة يد ظاهري/الأطراف اصطناعية لاستخراج الكينماتيكا الإدراك الحركة.
- إعداد الأجهزة لالتقاط إشارات التحكم حركة اليد المتعمدة من NMI المشارك.
- تعيين إشارة التحكم هذه إلى نشاط البدلة الظاهري.
- إنشاء برنامج تحكم رئيسي الذي ينسق الحصول على إشارة التحكم NMI، حركة البدلة الظاهري، وتوليد حركي NMI الملاحظات في الوقت الحقيقي.
- توليد هو الإدراك يد حركي من خلال NMI المشارك والتقاط الكينماتيكا اقتراح تصور وجود مشارك تثبت أنهم يشعرون باستخدام أيديهم سليمة.
2-الإعداد تجريبي
- مقعد المشارك ووضع جهاز عرض أفقياً (أي، على ظهرها، تواجه نحو الأعلى) على طاولة أمامهم.
- عرض بدلة ظاهرية على الشاشة وضبط حجمها ومكان حيث وضعها كونجروينتلي مع موقع على أطرافه مفقودة.
- تقديم الكائنات (مثل، تطفو الكرات) في بيئة ظاهرية لتكون بمثابة نقاط التوقف لمواقف قريبة ومفتوحة من الجهة (نقاط النهاية للحركة).
- تكوين برنامج التحكم الرئيسي بحيث عندما جعل أرقام الظاهري الاتصال مع نقاط التوقف الظاهري، لهجة سمعية يتم لعب بعد تأخير وقت قابل لتعديل (300 أو 500 أو 700 أو 1,000 ms).
3. الظروف التجريبية
- إنشاء ملف إدخال لبرنامج التحكم الرئيسي الذي يحدد الإعدادات لكل محاكمة، بما في ذلك التأخير لهجة السمعية، سواء كانت التغذية المرتدة NMI هو تشغيل/إيقاف، سرعة واتجاه حركة اليد الظاهري، والتأخير بين الأمر حركة اليد الظاهري.
- إنشاء التحكم شرطين وخط أساس وشرط سلبي.
- لوضع خط الأساس، تكوين الكينماتيكا والتحكم من جهة الظاهري لمطابقة الإدراك حركي NMI.
ملاحظة: وضع خط الأساس يمثل الواقع المثالي نية موتور، والحركة الكينماتيكا وردود فعل حركي. - برنامج الشرط السلبي لأداء حركة يد ظاهري عند تحفيزه بواسطة المحقق (إزالة عنصر التحكم من المستخدم) في حين لا تزال تقدم المشارك مع الإدراك حركي NMI.
ملاحظة: الشرط السلبي يلتقط نظرية الوكالة أسوأ الظروف (أي، حركة في الغياب الرقابة [دون قصد]، مماثلة لجسد واحد نقله سلبية).
- لوضع خط الأساس، تكوين الكينماتيكا والتحكم من جهة الظاهري لمطابقة الإدراك حركي NMI.
- البرنامج شروط إضافية مصممة لتحليل خارج مساهمات الوكالة قصد الحركية والإحساس حركي وعدم التطابق الزمني مع الكينماتيكا المعروضة من البدلة الظاهري. النظر في استخدام الشروط الخمسة التالية.
- عكس حركة: ردود فعل حركي NMI يشير إلى أن يغلق يده حين يفتح التصور اليد.
- سريع جداً: إغلاق التصور اليد أسرع مما ورد من ردود فعل حركي NMI.
- بطيئة للغاية: إغلاق التصور اليد أبطأ مما ورد من ردود فعل حركي NMI.
- تأخير بداية: s يغلق 1 التصور اليد في وقت لاحق مما ورد من ردود فعل حركي NMI.
- لا توجد تعليقات: التصور اليد يغلق دون أي ردود فعل حركي NMI.
- إنشاء التحكم شرطين وخط أساس وشرط سلبي.
4-أداء التجربة
- إرشاد المشاركين إلى محرك اليد من مفتوح إلى موقف مغلقة دون توقف، وأن يقدم تقريرا تقدير وقت التأخير من عندما اتصلت أرقام افتراضية نقاط التوقف الظاهري إلى عندما سمعوا نبرة السمعية.
ملاحظة: يجوز للمشتركين يستخدموا أي تمثيل للوقت بين 0 و 1 s التي تجعل أكثر إحساسا بها (مثلاً، ميلي ثانية، وكسور الثواني، 0-مقياس 10). - بدء كل محاكمة بالضغط على زر بدء البرنامج عنصر التحكم الرئيسي، الذي ينتقل من ناحية الظاهري إلى موضع البداية، مما يشير إلى بداية المحاكمة. هذا العظة المشترك محرك الأقراص الظاهري اليد إلى نقاط التوقف الظاهري، الذي يتسبب في لهجة سمعية للعب بعد تأخير معشاة ذات شواهد (300 أو 500 أو 700 مللي ثانية).
- تسجيل تقدير المشارك المبلغ عنها لفظياً تأخير الفاصل الزمني.
- تنظيم المحاكمات إلى كتل التجريبية.
- تبدأ مع الممارسة دورتين واستبعادها من التحليل النهائي.
- في جلسة التمرين الأولى، يكون محرك الأقراص المشاركين إلى نقطة النهاية بحركة اليد واللعب لهجة سمعي 1,000 ms بعد أرقام الظاهري الوصول إلى نقاط التوقف الظاهري للمحاكمات 10.
- المشاركين لا تحتاج إلى تقرير الفواصل الزمنية المقدرة لجلسة العمل هذه الممارسة.
ملاحظة: هذه الخطوة ضروري لتوجيه المشاركين إلى كم واحد يشعر بالثانية.
- المشاركين لا تحتاج إلى تقرير الفواصل الزمنية المقدرة لجلسة العمل هذه الممارسة.
- في الدورة الثانية والممارسة، مرة أخرى، يكون محرك الأقراص المشترك اليد إلى نقطة نهاية الحركة. حيث أن فترات التأخير 300 و 500 و 700 مرض التصلب العصبي المتعدد وتعرض مالا يقل عن 5 × كل بطريقة عشوائية على نغمات السمعية.
- أطلب من المشاركين تقديم تقرير فترات تأخير المقدرة.
- عدم إبلاغ المشارك لكيفية إغلاق تقديراتها لفترات التأخير أن التأخير الفعلي خلال هذه التجارب الممارسة أو المحاكمات اللاحقة في كتلة التجريبية.
ملاحظة: هذه الخطوة مهمة المشاركين سيكون على الأرجح عديمي الخبرة في إصدار الأحكام وقت على مقياس كسور الثانية، وإجراءات الاختبار قد لا تكون بديهية للمشارك اختبار أونبراكتيسيد.
- في جلسة التمرين الأولى، يكون محرك الأقراص المشاركين إلى نقطة النهاية بحركة اليد واللعب لهجة سمعي 1,000 ms بعد أرقام الظاهري الوصول إلى نقاط التوقف الظاهري للمحاكمات 10.
- الانتقال إلى مجموعات تجريبية 15 المحاكمات لكل حالة. الشروط في ترتيب عشوائي وإدارة استبيان في نهاية كل شرط.
- إرشاد المشاركين إلى التأمل في أحدث مجموعة من المحاكمات وإكمال الاستبيان الوكالة ثمانية-البيان (ويشمل أربعة أسئلة لقياس تجربة صريحة للوكالة والأسئلة الأربعة التي تحكم [المثال المتوفرة في الملف التكميلي])8،26.
- بيانات الاستبيان الخاص تقديم مالا يقل عن خمسة أوامر سؤال فريد من نوعه ستعرض عشوائياً على المشاركين بطريقة عشوائية.
- إرشاد المشاركين إلى التأمل في أحدث مجموعة من المحاكمات وإكمال الاستبيان الوكالة ثمانية-البيان (ويشمل أربعة أسئلة لقياس تجربة صريحة للوكالة والأسئلة الأربعة التي تحكم [المثال المتوفرة في الملف التكميلي])8،26.
- في نهاية كتلة التجريبية مع مجموعة من 15 من المحاكمات للشرط السلبي وإدارة استبيان بعد الانتهاء من هذه المحاكمات.
ملاحظة: إدارة المحاكمات السلبي في نهاية كل كتلة التجريبية لتجنب التداخل مع شعور المنشأة للوكالة.
- تبدأ مع الممارسة دورتين واستبعادها من التحليل النهائي.
- إكمال أربع مجموعات تجريبية مع أوامر معشاة ذات شواهد مختلفة من الظروف التجريبية.
- توفر العديد من الفرص طوال فترة اختبار للمشاركين لأخذ قسط من راحة. لا يوجد الحد الأدنى من الوقت أو الوقت المحدد لهذه الفواصل، ولكن ضمان المشارك ليس مرهق جسديا أو عقلياً قبل مواصلة التجارب.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وأجرى في البروتوكول التجريبي مع ثلاثة مشاركين مبتوري الأطراف العاملة بدلة ظاهري سينساتي عبر هم NMI8 (الشكل 1). الإعداد تستخدم يد ظاهري مشارك التحكم تتحرك من خلال الملامح الحركية مبرمجة مسبقاً باستخدام محرك الفيزياء هاتش ميكو31. ناحية الظاهري كان المعروضة على جهاز عرض أفقي أمام المشاركين في مكان مكانياً المنسجمة مع على أطرافه مفقودة. خضع المشاركون NMI سابقا إلى إجراء العمليات جراحية العصبية إعادة (reinnervation المستهدفة)، الذي اقترن بأطرافهم الاصطناعية القياسية ميوليكتريك استراتيجيات المكافحة (EMG) توفير تحكم بديهية ل اليد الظاهرية32؛ وهكذا، يمكن أن تدفع المشاركون اليد الظاهرية من 'التفكير' حول فتح وإغلاق اليد المفقودة. الاهتزازات الاستراتيجية من جراحيا رورد العضلات المشاركين الناجم عن التصورات الوهمية لحركة اليد، وتوفير منبر لردود الفعل الحسي حركي8. عن طريق برامج مخصصة، أدمجت إشارات التحكم من ناحية فريق الإدارة البيئية والأداءات بدلة الظاهري مع إخراج جهاز تغذية مرتدة الاهتزاز. عند المشارك بدأت حركة اليد الافتراضية المعروضة، من شأنه أن يحفز الاهتزاز ضجة متطابقة مقابلة حركة قبضة المعقدة في يد مفقودة.
رقم 1: مثال إعداد الذي يفي بالمتطلبات تميز وكالة. يوفر هذا الإعداد المستخدم مع التحكم بديهية وردود فعل حركي من يد الافتراضية المعروضة. وتتحقق من خلال واجهة الجهاز العصبي باستخدام عنصر التحكم ميوليكتريك وتحفيز الاهتزاز (التماس الادراكات حركة وهمية للجزء المفقود) رينيرفاتيد الجهاز العضلي البتر الظاهري من ناحية التحكم والتغذية المرتدة. التحكم والتغذية المرتدة يتم تنسيقها من خلال نظام حيازة البيانات وكمبيوتر يقوم بتشغيل برامج مخصصة. الكينماتيكا اليد الظاهري يتم عرضها للمستخدم على شاشة أفقية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
ويرد الشكل 2A للمقارنة بين تدابير صريحة للوكالة تحت كل ظروف التغذية المرتدة. هنا، رسم متوسط الدرجة للوكالة أربعة الأسئلة (والأسئلة الأربعة التي تحكم) لكل مشارك وحسب كل حالة التغذية المرتدة. في الشكل 2، بلغ متوسط هذه عشرات المشاركين الفردية والمرسومة لكل شرط التغذية المرتدة، مع أشرطة الخطأ الذي يمثل متوسط الانحراف المعياري. متوسط تصنيف أكبر من 1 يشير إلى اتفاق مع بيان معين ويشير 0 إلى حياد اتفاق26. تصنيفات اتفاق أعلى (≥ 1) لشؤون الوكالة تشير إلى تجربة أكبر من الوكالة. ينبغي أن تكون الردود على الأسئلة التي تحكم السلبية أو المحايدة (≤ 0) وأخذ حاسمة درجة بين 0 و 1. 'خط'، 'سريع جداً' وشرط 'لا ردود فعل' أظهرت فترة متوسط أدنى التقديرات تشير إلى تشكيل إحساس أقوى من الوكالة، بينما 'السلبي' و 'عكس حركة' أثبتت الظروف بمعنى أضعف من الوكالة.
رقم 2: تدابير صريحة للوكالة تحت كل شرط التغذية المرتدة- (أ) المتوسط نقاط للوكالات الأربع وأسئلة التحكم الأربعة المقدمة لكل مشارك تحت كل شرط التغذية المرتدة. (ب) المتوسط الدرجات عبر المشاركون تحت كل شرط التغذية المرتدة. أشرطة الخطأ تمثل الانحراف المعياري. في كل المؤامرات، متوسط تصنيف أكبر من + 1 يشير إلى اتفاق، وعن أسئلة الوكالة، تشكيل الوكالة، في حين يشير 0 إلى الحياد. وقد تم تعديل هذا الرقم من ماراسكو et al. 8- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
لإجراء مقارنة بين تقديرات الفترة الزمنية لكل مشارك، بلغ المتعمد ملزمة في كل حالة التغذية المرتدة، ويبين الشكل 3 ألف وفقا لحالة التغذية المرتدة. الاختلافات بين الفواصل الزمنية الفعلية والمتصورة كانت في المتوسط ثم عبر المشاركون الثلاثة وترد في الشكل 3 (ب) بالنسبة لحالة التغذية المرتدة الأساس. أشرطة الخطأ تشير إلى متوسط الانحراف المعياري. تقديرات أقل من الفاصل الزمني (الشكل 3A) والخلافات السلبية أكبر (الشكل 3B) مؤشرا على شعور ضمني أقوى من الوكالة. الشرط 'سريع جداً' متبوعاً بوضع خط الأساس أظهرت تقديرات أدنى من متوسط الفترة الزمنية، التي تشير إلى معنى أقوى من الوكالة التي شكلت، بينما أظهرت الشرط 'عكس حركة' بمعنى أضعف من الوكالة.
الشكل 3: تدابير الضمني للوكالة عن طريق الوقت الفاصل الزمني التقديرات تحت كل شرط ردود الفعل- (أ) فترة متوسط تقديرات لفترة التأخير بين انتهاء ناحية الظاهري قريبة ولهجة سمعي المرسومة لكل مشارك عبر كل عشوائياً عرض الفاصل الزمني الفعلي. النتائج المرسومة لكل شرط ردود الفعل، وعلى أقل تقدير وقت يشير إلى شعور أقوى بالوكالة. وقد تم تعديل هذه اللوحات من ماراسكو et al. 8-الفرق (ب) المتوسط (عبر المشاركون وفترات التأخير) بين تأخر الوقت الفعلي والمشارك تقدر الفترة الزمنية بالنسبة لحالة التغذية المرتدة خط الأساس. النتائج المرسومة على حد سواء. هنا، يشير إلى قيمة سالبة أكثر شعور أقوى بمتوسط للوكالة، ويدل CI 95% فاصل الثقة (CI). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4 يسمح بالمقارنة بين تدابير الوكالة الصريحة والضمنية. يتم رسم متوسط الفرق بين الفواصل الزمنية الفعلية والمتصورة بالنسبة لنتائج الشرط ردود الفعل الأساس وفيما يتعلق بالوكالة متوسط عشرات الاستبيان لكل شرط ردود الفعل. في هذا العرض التقديمي للبيانات، تتحرك من اليسار إلى اليمين على المحور س إلى انخفاضا في تجربة صريحة لوكالة وتتحرك من أسفل إلى أعلى على المحور الصادي تشير إلى نقصان في المعني الضمني للوكالة. كما هو الحال في الشكل 2 و الشكل 3، أظهرت حالة 'سريع جداً' تشكيل أقوى من الوكالة، صراحة وضمنا.
الشكل 4: متوسط التدابير الصريحة والضمنية للوكالة لكل حالة التغذية المرتدة، والجمع بين النتائج المعروضة في الشكل 2B والشكل 3B. وكالة صريحة متوسط النتائج المرسومة على المحور س، والفاصل الزمني لمتوسط التقديرات المرسومة على المحور ص. أشرطة الخطأ تدل على الانحراف المعياري. تتحرك من اليسار الحق على المحور السيني تشير إلى انخفاض في تجربة صريحة لوكالة، والانتقال من أسفل إلى أعلى على المحور الصادي تشير إلى نقصان في المعني الضمني للوكالة. وقد تم تعديل هذا الرقم من ماراسكو et al. 8- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هنا يقدم إطارا منهجياً لوصف تجربة الوكالة شكلت أثناء التشغيل سينساتي الاصطناعية عن طريق NMIs. وفي هذا السياق، الوكالة ذات الصلة لا سيما كما أنه يسد العمل البدني على خلفية العمليات الإدراكية التي تحدد التصور. من خلال أحد المشاركين بدلة و NMI، لدينا إمكانية الوصول المباشر إلى عدد من العناصر الرئيسية التي تحدد الإحساس بالوكالة: القصد والإخراج الحركي والإحساس بالحركة. من أهمية للتحكم المتقدم أطرافهم الاصطناعية، الاستفادة الأدوات المتوفرة في هذا العمل هذا الوصول المباشر للمساعدة على إطلاق العنان لفهم كيف هذه العناصر قد تعزز الشعور للمستخدم بالتحكم أكثر، وتكامل المعرفي، والأعمال التي تقوم بها هذه بدلة.
التقنيات وأبرزت تتسم بالمرونة في ذلك أنها يمكن أن تستخدم مع أي نظام الجراحة الترقيعية السريرية والبحوث NMI طالما أنها تفي بمعايير الرقابة ذات الصلة إدراكيا في الوقت الحقيقي، وردود فعل حركي. ميزة ملازمة للعديد من NMIs هو إمكانية التحكم بديهية يتحقق عن طريق الاستفادة من المسارات العصبية التي ما زالت بوستامبوتيشن. وهذا يسمح لقياس النشاط الفسيولوجية المتبقية أن التي يمكن، بدوره، فك الشفرة مرة واحدة اقترنت حركة أطرافه سليمة، وتعيينها إلى حركة أطرافه الظاهري أو التعويضية المناسبة. ولذلك، معظم NMI تقنيات ينبغي الوفاء بشرط الرقابة ذات الصلة إدراكي، تقدم النشاط العصبي مسجل والواجهة الرقمية المصاحبة لها التي يمكن أن تنتج إشارات الإخراج الموثوق بها التي يمكن تعيينها على نحو ملائم اليد الظاهري. يتطلب برنامج الإعداد التجريبية أيضا نظام لتزويد المحققين بالقدرة على البدء بنشاط حركي الأحاسيس في الوقت الحقيقي مع الكينماتيكا اليد الافتراضية المعروضة. هذا شرط حاسم كما ينشأ إحساس بالوكالة على التحركات عندما ننخرط في عمل، ويتم إرجاع ردود الفعل الحسية المناسبة أثناء الانتهاء من هذا العمل13. مرة أخرى، ما دام هو الوفاء بهذا المعيار، أي نظام التغذية المرتدة حركي NMI معظم سيكون مناسباً.
تتميز التقنيات المعروضة هنا بتقييم التدابير الإدراكي الحسي سواء الصريحة والضمنية للوكالة. وهناك أدلة تشير إلى أن بعضها قد تكون نتيجة للآليات المعرفية منفصلة أن تشكل معا، إحساس كامل بالوكالة17؛ ومع ذلك، لا تزال هناك لا فهم كامل لهذه العلاقة. النتائج من هذه التدابير الكمية وتفسيرها بسهولة. النقصان في وقت الفاصل الزمني تقديرات تشير إلى أنه تم تشكيل إحساس ضمني أقوى من الوكالة. وبالمثل، أعلى الدرجات الاستبيان على بيانات الوكالة تشير إلى تجربة صريحة أقوى من الوكالة. واقترح أن هذه القيم الكمية يمكن أن توفر أساسا لتقييم وضبط التحكم NMI وردود الفعل الحسية. على سبيل المثال، في عمل سابق8 يقال هنا في الشكل 4، المشاركين كثيرا ما ذكرت الفواصل الزمنية المتصورة أصغر وصراحة ما ذكرته وكالة المتصورة أقوى عندما تم عرضها من ناحية ظاهرية التي أغلقت أسرع قليلاً من حركي الإحساس بأنهم من ذوي الخبرة. هذا يشير إلى أن المستخدم شعرت بإحساس أقوى من السيطرة على الأعمال التي تقوم بها الناحية، كما ورد صراحة، ولكن تشير أيضا إلى أن العمليات المعرفية التي تنشئ هذا الشعور بالتحكم بقوة أكبر إقران هذا العرض الحركية أسرع. على هذا النحو، قد تساعد تعديلاً لنظام التحكم NMI البدلة السريرية لاستيعاب اليد أسرع إغلاق تحسين تصورات للمستخدم من التحكم في أجهزتهم المادية وتشجيع للمستخدم لتحديد الإجراءات للجهاز الخاص بهم المولدة ذاتيا.
أيضا يمكن استخدام التقنيات المعروضة لتشكيل فهم أكثر اكتمالا لطرائق حسية متعددة كيف قد تؤثر التصورات المتعلقة بالملكية على الأطراف الاصطناعية. على سبيل المثال، يمكن إدراج لمسة ردود الفعل الحسية (أو طرائق حسية أخرى) في النموذج الذي قدم هنا لتقييم أدوارهم الممكنة في بوتينتياتينج الإحساس بالوكالة. بالإضافة إلى ذلك، قد يمكن إقران التقنيات المعروضة هنا بتدابير الملكية أشمل تميز العلاقات بين الوكالة والتجسيد، وطرائق حسية الفردية. الأساليب المقدمة قد أيضا انطباق أوسع تتجاوز الأجهزة الخاضعة لسيطرة NMI. ويمكن تنفيذ مهام تجريبية مماثلة مع أنظمة التحكم المعقدة (مثل التعرف على نمط ميوليكتريك)، والأطراف الاصطناعية ميوليكتريك التقليدية، ونظم بدعم الهيئة، فضلا عن النظم دون ردود الفعل الحسية NMI. وهذا قد يسمح لمنظور فريد في فهم العمليات الإدراكية كيفية الاستجابة لنماذج التحكم وردود الفعل أقل 'الطبيعية' وتقديم رؤى كيف قد تتصرف الوكالة والتصورات للتحكم أثناء عملية البحث أكثر تقليدية أو النظم الاصطناعية السريرية.
كما تنمو الروبوتية الاصطناعية المتطورة بشكل متزايد، حيث أيضا لا ضرورة لمراقبة فعالة والتكامل المعرفي لهذه الأجهزة. الإحساس سبيل إلى معالجة عدد من الحواجز الهامة، وأن تكون قادرة على تقييم آليات الأساس أن عملية الإحساس بالحركة والمعلومات جزء هام. الأدوات المتوفرة هنا يمكن أن تساعد على تيسير إدماج الأجهزة مع المستخدمين بوصف تشكيل الوكالة الصريحة والضمنية. تساعد هذه التقنيات على التحديد الكمي لفوائد الوصول فطرية بديهية التحكم الحركي والإحساس بأن NMIs قد تقدم ويمكن أن توفر منبرا لتقييم وضبط، وفي نهاية المطاف تحسين تصور المستخدم في السيطرة على الاصطناعية أطرافهم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
المؤلف يود أن يشكر نيوكومب مادلين لاسهاماتها في توليد الشكل. تم تمويل هذا العمل من قبل دافعي الضرائب الأميركيين من خلال المعاهد الوطنية للصحة، مكتب المدير، والصندوق المشترك، جائزة البحوث R01 تحويلية (منحة #1R01NS081710-01) ووكالة مشاريع البحوث المتقدمة الدفاع (العقد رقم N66001-15-ج-4015 تحت رعاية من علم الأحياء التكنولوجيا برنامج مدير مكتب فيبر د).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| LabVIEW 2015, Service Pack 1, Version 15.0.1f2 64-bit | National Instruments, Austin, TX, USA | Full or Pro Version | We wrote custom software in LabVIEW to coordinate virtual prosthesis control with kinesthetic feedback as well as to present experimental conditions and record data. |
| 8-Slot, USB CompactDAQ Chassis | National Instruments, Austin, TX, USA | cDAQ-9178 | |
| ±60 V, 800 kS/s, 12-Bit, 8-Channel C Series Voltage Input Module | National Instruments, Austin, TX, USA | NI-9221 | |
| 100 kS/s/ch Simultaneous, ±10 V, 4-Channel C Series Voltage Output Module | National Instruments, Austin, TX, USA | NI-9263 | |
| Custom Wearable Kinesthetic Tactor | HDT Global, Solon, OH, USA | N/A | This item was custom made. Other methods of delivering kinesthetic feedback are acceptable as long as the participant feels the sensation of the hand moving in real-time with the movements of the virtual hand. |
| MuJoCo Physics Engine, HAPTIX Version | Roboti LLC, Redmond, WA, USA | mjhaptix150 | Newer versions of MuJoCo should be acceptable as well. We used the MPL Gripper Model. |
| Myobock Electrodes, powered by Otto Bock EnergyPack in MyoBoy Battery Receptacle | Ottobock, Duderstadt, Germany | electrodes: 13E200=60 battery: 757B21 battery receptacle: 757Z191=2 |
Any setup that provides an amplified, filtered, and rectified EMG or neural control signal could be used. |
References
- Kuiken, T. A., Marasco, P. D., Lock, B. A., Harden, R. N., Dewald, J. P. A. Redirection of cutaneous sensation from the hand to the chest skin of human amputees with targeted reinnervation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (50), 20061-20066 (2007).
- Hebert, J. S., et al. Novel targeted sensory reinnervation technique to restore functional hand sensation after transhumeral amputation. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 22 (4), 765-773 (2014).
- Tan, D. W., et al. A neural interface provides long-term stable natural touch perception. Science Translational Medicine. 257 (6), (2014).
- Oddo, C. M., et al. Intraneural stimulation elicits discrimination of textural features by artificial fingertip in intact and amputee humans. eLife. 5 (MARCH2016), (2016).
- Raspopovic, S., et al. Bioengineering: Restoring natural sensory feedback in real-time bidirectional hand prostheses. Science Translational Medicine. 6 (222), (2014).
- Flesher, S. N., et al. Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex. Science Translational Medicine. 8 (361), (2016).
- Tabot, G. A., et al. Restoring the sense of touch with a prosthetic hand through a brain interface. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (45), 18279-18284 (2013).
- Marasco, P. D., et al. Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands. Science Translational Medicine. 10 (432), (2018).
- Horch, K., Meek, S., Taylor, T. G., Hutchinson, D. T. Object discrimination with an artificial hand using electrical stimulation of peripheral tactile and proprioceptive pathways with intrafascicular electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 19 (5), 483-489 (2011).
- Braun, N., et al. The senses of agency and ownership: A review. Frontiers in Psychology. 9 (APR), (2018).
- Van Den Bos, E., Jeannerod, M. Sense of body and sense of action both contribute to self-recognition. Cognition. 85 (2), 177-187 (2002).
- Botvinick, M., Cohen, J. Rubber hands "feel" touch that eyes see. Nature. 391 (6669), 756 (1998).
- Gallagher, S. Philosophical conceptions of the self: Implications for cognitive science. Trends in Cognitive Sciences. 4 (1), 14-21 (2000).
- Niedernhuber, M., Barone, D. G., Lenggenhager, B. Prostheses as extensions of the body: Progress and challenges. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 92, 1-6 (2018).
- Marasco, P. D., Kim, K., Colgate, J. E., Peshkin, M. A., Kuiken, T. A. Robotic touch shifts perception of embodiment to a prosthesis in targeted reinnervation amputees. Brain. 134 (3), 747-758 (2011).
- Rognini, G., Blanke, O. Cognetics: Robotic Interfaces for the Conscious Mind. Trends in Cognitive Sciences. 20 (3), 162-164 (2016).
- Dewey, J. A., Knoblich, G. Do implicit and explicit measures of the sense of agency measure the same thing. PLoS ONE. 9 (10), (2014).
- Edwards, A. L. Adaptive and Autonomous Switching: Shared Control of Powered Prosthetic Arms Using Reinforcement Learning. , University of Alberta. Master's thesis (2016).
- Desai, M., Stubbs, K., Steinfeld, A., Yanco, H. Creating trustworthy robots: Lessons and inspirations from automated systems. Adaptive and Emergent Behaviour and Complex Systems - Proceedings of the 23rd Convention of the Society for the Study of Artificial Intelligence and Simulation of Behaviour, AISB 2009. , 49-56 (2009).
- Lee, J. D., See, K. A. Trust in automation: designing for appropriate reliance. Human Factors. 46 (1), 50-80 (2004).
- Moore, J. W. What is the sense of agency and why does it matter? Frontiers in Psychology. 7 (AUG), 1-9 (2016).
- Obhi, S. S., Hall, P. Sense of agency in joint action: Influence of human and computer co-actors. Experimental Brain Research. 211 (3-4), 663-670 (2011).
- Sahaï, A., Pacherie, E., Grynszpan, O., Berberian, B. Co-representation of human-generated actions vs. machine-generated actions: Impact on our sense of we-Agency? 2017 26th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication (RO-MAN). , Lisbon, Portugal. August 28 - September 1, 2017 (2017).
- Biddiss, E., Chau, T. Upper limb prosthesis use and abandonment: A survey of the last 25 years. Prosthetics and Orthotics International. 31 (3), 236-257 (2007).
- Atkins, D. J., Heard, D. C. Y., Donovan, W. H. Epidemiologic overview of individuals with upper-limb loss and their reported research priorities. Journal of Prosthetics and Orthotics. 8 (1), 2-11 (1996).
- Kalckert, A., Ehrsson, H. H. Moving a Rubber Hand that Feels Like Your Own: A Dissociation of Ownership and Agency. Frontiers in Human Neuroscience. 6 (March), 1-14 (2012).
- Caspar, E. A., Cleeremans, A., Haggard, P. The relationship between human agency and embodiment. Consciousness and Cognition. 33, 226-236 (2015).
- Haggard, P., Clark, S., Kalogeras, J. Voluntary action and conscious awareness. Nature Neuroscience. 5 (4), 382-385 (2002).
- Engbert, K., Wohlschläger, A., Haggard, P. Who is causing what? The sense of agency is relational and efferent-triggered. Cognition. 107 (2), 693-704 (2008).
- Moore, J. W., Wegner, D. M., Haggard, P. Modulating the sense of agency with external cues. Consciousness and Cognition. 18 (4), 1056-1064 (2009).
- Kumar, V., Todorov, E. MuJoCo HAPTIX: A virtual reality system for hand manipulation. 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). , Seoul, South Korea. November 3 - 5, 2015 (2015).
- Kuiken, T. A., et al. Targeted reinnervation for enhanced prosthetic arm function in a woman with a proximal amputation: a case study. Lancet. 369 (9559), 371-380 (2007).
