Summary
यहां हम एक प्रोटोकॉल जो sensate आभासी या रोबोट कृत्रिम हाथों के नियंत्रण पर विकसित एजेंसी की भावना की विशेषता वर्तमान । Psychophysical प्रश्नावली एजेंसी के स्पष्ट अनुभव पर कब्जा करने के लिए कार्यरत हैं, और समय अंतराल का अनुमान (जानबूझकर बाध्यकारी) अंतर्निहित एजेंसी की भावना को मापने के लिए कार्यरत हैं ।
Abstract
यह काम एक methodological ढांचे का वर्णन है कि स्पष्ट रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है और संकेत के तंत्रिका मशीन इंटरफेस (NMI) sensate आभासी या रोबोट कृत्रिम हाथों के नियंत्रण पर विकसित एजेंसी की भावना विशेषताएं । एजेंसी के गठन के कार्यों है कि हम अपने स्वयं जा रहा है के रूप में हमारे अंगों के साथ प्रदर्शन भेद में मौलिक है । इन समान अवधारणात्मक तंत्र में उंनत ऊपरी अंग कृत्रिम अंगों को शामिल करने के लिए प्रयास करके, हम अंग नियंत्रण के लिए उपयोगकर्ता के मौजूदा संज्ञानात्मक ढांचे में एक कृत्रिम अंग को और अधिक बारीकी से एकीकृत करने के लिए शुरू कर सकते हैं । यह उंनत ऊपरी अंग कृत्रिम अंगों के उपयोगकर्ता स्वीकृति, उपयोग, और प्रभावी नियंत्रण को बढ़ावा देने में महत्वपूर्ण निहितार्थ है । इस प्रोटोकॉल में, प्रतिभागियों को एक आभासी कृत्रिम हाथ नियंत्रण और उनके मौजूदा NMIs के माध्यम से kinesthetic संवेदी प्रतिक्रिया प्राप्त करते हैं । आभासी लोभी कार्यों की एक श्रृंखला प्रदर्शन कर रहे है और perturbations व्यवस्थित kinesthetic प्रतिक्रिया और आभासी हाथ आंदोलनों के लिए शुरू कर रहे हैं । अभिकरण के दो पृथक उपाय कार्यरत हैं: स्थापित psychophysical प्रश्नावली (एजेंसी के स्पष्ट अनुभव पर कब्जा करने के लिए) और एक समय अंतराल का अनुमान कार्य एजेंसी के अंतर्निहित भावना (जानबूझकर बाध्यकारी) पर कब्जा करने के लिए । इस प्रोटोकॉल के परिणाम (प्रश्नावली स्कोर और समय अंतराल का अनुमान है) के लिए एजेंसी के गठन की सीमा यों तो विश्लेषण किया जा सकता है ।
Introduction
के रूप में रोबोट कृत्रिम अंगों तेजी से उंनत हो, प्रासंगिक संवेदी प्रतिक्रिया के महत्व को विकसित करने के लिए जारी रहेगा । संवेदी प्रतिक्रिया कैसे मानव अनुभव को प्रभावित करता है, के साथ बातचीत, और यहां तक कि उनके शरीर स्कीमा में मशीनों को एकीकृत. हाल ही में NMI तकनीक अब सहज ज्ञान युक्त नियंत्रण के साथ कृत्रिम अंग उपयोगकर्ताओं को प्रदान कर सकते हैं और स्पर्श1,2,3,4,5,6 के साथ जुड़े अनुभूतियां प्राप्त , 7 और kinesthesia (आंदोलन नब्ज)8,9 लापता अंग में । जब यह संवेदी जानकारी दृश्य आपरेशन के दौरान कृत्रिम अंग देख द्वारा प्रदान की गई जानकारी के साथ बनती है, हम कुंजी तत्वों है कि स्वयं के भेदबनामदूसरे को सूचित करने के लिए उपयोग किया है । इस का उपयोग करने में मदद कर सकते है कृत्रिम अंग उपयोगकर्ताओं को एक कदम उनके शरीर के एक भाग के रूप में, बल्कि सिर्फ एक उपकरण के रूप में एक आर्टिफिशियल अंग संचालन के करीब ले ।
शरीर में जागरूकता और संनिहित होने की भावना एजेंसी की स्थापना (एक अंग के कार्यों पर लेखक के अनुभव) और स्वामित्व (लग रहा है कि एक अंग शरीर का एक हिस्सा है) से उठता है10,11। स्वामित्व मुख्य रूप से स्पर्श और दृश्य जानकारी12के एकीकरण के माध्यम से मध्यस्थता है । एजेंसी के इरादे के एकीकरण से उभर, आंदोलन सनसनी (kinesthesia), दृश्य जानकारी, और पूर्वानुमान संज्ञानात्मक मॉडल11. एक स्वैच्छिक कार्रवाई के प्रदर्शन के दौरान, एजेंसी का गठन किया है जब उस कार्रवाई के संवेदी परिणाम है कलाकार आंतरिक मॉडल13से कलाकार की मंशा और भविष्यवाणियों के साथ संरेखित करें । एजेंसी के स्वामित्व से अलग और विशिष्ट है । अंग स्वामित्व की अवधारणा कृत्रिम अंग अंग साहित्य14में अक्सर अध्ययन किया गया है । NMI प्रतिभागियों में अंग स्वामित्व रूपों की भावना जब स्पर्श प्रतिक्रिया स्थानिक और अस्थाई रूप से उपयुक्त है, के रूप में स्पष्ट रूप से प्रश्नावली के माध्यम से या स्पष्टतः अवशिष्ट अंग तापमान, या लौकिक क्रम15निर्णय में परिवर्तन के माध्यम से मापा । हालांकि, कम अवसरों के लिए16NMI के संदर्भ में एजेंसी का पता लगाने के अस्तित्व में है । NMI प्रतिभागियों के साथ हाल के काम का प्रदर्शन किया है कि एजेंसी उद्देश्यपूर्ण बढ़ावा दिया जा सकता है और8स्वामित्व के अनुभव से अलग है ।
एजेंसी रोबोट कृत्रिम अंगों के संचालन में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि यह कारण के अनुभवों के माध्यम से कृत्रिम अंग की शारीरिक क्रियाओं के नियंत्रण के लिए एक संज्ञानात्मक कड़ी है, कृत्रिम अंग को नियंत्रित करने या कुछ करने के लिए पैदा करने की भावना सा्17। रोबोट कृत्रिम अंगों उंनत कंप्यूटरीकृत मशीनों है कि उपयोगकर्ता के साथ सहयोग करने के लिए प्रभावी ढंग से पूरा कार्य करना चाहिए रहे हैं । कुछ कृत्रिम अंग स्वायत्त कार्यों को शामिल किया है, जैसे पकड़-पर्ची का पता लगाने और सुधार; अभी तक इन प्रणालियों उपयोगकर्ता के नियंत्रण के बाहर चल रहे कार्यशीलता के रूप में सीमित अपनाने देखा है निराशा के रूप में देखा जा सकता है अगर उचित8,18लागू नहीं । यह एक बुनियादी चुनौती है कि स्वायत्त मशीनों के साथ मानव सहयोग के आवेदनों भर में गूंज रहा है प्रस्तुत करता है । यही है, मनुष्य अक्सर कंप्यूटर या मशीनों के साथ सहयोग से जिसके परिणामस्वरूप उन पर अपने कार्यों पर भरोसा है, और इस विश्वास को सीधे एक ऑपरेटर के लिए स्वायत्त कार्यों19,20का उपयोग संभावना प्रभावित करता है । मनुष्य के रूप में, हम अपने आप को और हमारे शरीर पर भरोसा करने के लिए कार्रवाई हम इरादा प्रदर्शन; जब यह प्राप्त होता है, हम एजेंसी के एक आंतरिक भावना की स्थापना । दिलचस्प बात यह है कि एजेंसी का गठन सहकारी मानव-कंप्यूटर क्रियाओं में प्रभावित हुआ है । मानव-मानव सहकारी कार्यों के दौरान, एजेंसी की एक साझा भावना आंदोलन21से अधिक का गठन किया जा सकता है; फिर भी, साहित्य का सुझाव है कि साझा एजेंसी मानव कंप्यूटर सहयोग के दौरान भारग्रस्त है22,23। इन चुनौतियों कृत्रिम ऊपरी अंग का उपयोग करें में परिलक्षित होते हैं, और रोबोट उपकरणों की अस्वीकृति दर 23%-उपयोगकर्ताओं के ३९% के साथ अपने उपयोग को जारी रखने के24। वास्तव में, कई कृत्रिम अंग अंग उपयोगकर्ताओं को अभी भी शरीर संचालित सिस्टम25पसंद करते हैं । इन प्रणालियों नियंत्रण पाश से कम्प्यूटरीकृत मशीन को हटाने और अधिक परिचित तार केबल के माध्यम से कृत्रिम अंग अंग आंदोलन के लिए उपयोगकर्ता के शरीर आंदोलन जोड़ा. यह आगे उन्नत कृत्रिम उपकरणों के उपयोग में संज्ञानात्मक एकीकरण के महत्व को पुष्ट । हमारा सुझाव है कि NMI सिस्टम आवश्यक संवेदी और मोटर टुकड़े की एक संख्या प्रदान करने में मदद कृत्रिम अंग एजेंसी की एक सहकारी भावना की स्थापना के करीब ले जा सकते हैं, और इस स्वीकृति को बढ़ावा देने और इन के सच एकीकरण में सहायक होगा अपने उपयोगकर्ताओं के साथ मशीनों कंप्यूटरीकृत ।
एजेंसी तरीकों की एक संख्या में मापा जा सकता है । सरलतम उपाय psychophysical प्रश्नावली या तराजू का उपयोग करें कि स्पष्ट रूप से प्रतिभागियों पूछने के लिए किसे या क्या वे एक घटना17,26,27विशेषता. यह एक व्यक्ति की मौजूदा धारणा पर निर्भर करता है "स्व" प्रतिभागियों की आवश्यकता के लिए स्वयं के अधिमान निर्णय लेने के रोपण (यानी, स्पष्ट रूप से ंयायाधीश कि क्या "मैं" या किसी अंय संस्था एक कार्रवाई या घटना के लिए जिंमेदार था) । अंतर्निहित उपायों पृष्ठभूमि संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं है कि मोटर कार्रवाई और संवेदी घटनाओं के दौरान होने में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं । एजेंसी के इस दृश्य को मापने के लिए है कि जो स्पष्ट रूप से एक व्यक्ति द्वारा कथित नहीं है प्रयास करता है । आमतौर पर यह होने प्रतिभागियों स्वयं में एक कथित फर्क और बाह्य रूप से उत्पंन क्रियाओं विशेषताएं, उदाहरण के लिए प्रतिभागियों के समय वे एक स्वयं और बाह्य रूप से उत्पंन घटना के बीच होने के लिए माना जाता की अवधि की रिपोर्ट द्वारा प्राप्त है 17 , 28. स्वयं के प्रदर्शन के दौरान कार्रवाई उत्पंन, एजेंसी स्पष्टतः कार्यों और उनके संवेदी परिणाम, जानबूझकर बाध्यकारी28के रूप में जाना जाता है के बीच समय में एक अवधारणात्मक संपीड़न के रूप में प्रकट होता है । जब व्यक्तियों के समय वे एक कार्रवाई और उसके परिणाम, समय की एक छोटी माना जाता अवधि के बीच होने के लिए कथित तौर पर29,30एजेंसी के एक अधिक दृढ़ता से गठित भावना से मेल खाती है रिपोर्ट । दिलचस्प है, यह दिखा दिया गया है कि स्पष्ट और अस्पष्ट उपाय सीधे सहसंबंधी नहीं हो सकता है के रूप में वे संभावना निस्र्पक अलग अवधारणात्मक17 कि एक साथ एजेंसी की भावना को सूचित कर रहे हैं । जैसे, कृत्रिम अंग अंग उपयोग के दौरान एजेंसी के गठन की एक अधिक व्यापक समझ की स्थापना की संभावना प्रयोगात्मक दोनों स्पष्ट और अंतर्निहित उपायों को रोजगार प्रोटोकॉल की आवश्यकता होगी ।
यह काम एक methodological ढांचे का वर्णन है कि स्पष्ट रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है और स्पष्टतः sensate आभासी या रोबोट कृत्रिम हाथों के NMI नियंत्रण पर विकसित एजेंसी की भावना विशेषताएं । दो तकनीकों एक ज्ञानेंद्रिय वस्तु-लोभी कार्य के प्रदर्शन के दौरान एजेंसी को मापने के लिए उजागर कर रहे हैं । स्थापित psychophysical प्रश्नावली एजेंसी के स्पष्ट अनुभव पर कब्जा करने के लिए कार्यरत हैं, जबकि समय अंतराल का अनुमान है (जानबूझकर बाध्यकारी) अंतर्निहित एजेंसी की भावना को मापने के लिए कार्यरत हैं ।
इस प्रोटोकॉल का कार्यक्षेत्र एक NMI कि शारीरिक रूप से प्रासंगिक सक्रिय मोटर नियंत्रण और kinesthetic प्रतिक्रिया प्रदान करता है के संदर्भ में एजेंसी की भावना का मूल्यांकन करने के लिए है । इन तकनीकों को आभासी या शारीरिक कृत्रिम NMI प्रणालियों के लिए सामांय है । वहां आबादी है कि इस प्रोटोकॉल प्रदर्शन करने के लिए भर्ती किया जा सकता है पर ंयूनतम प्रतिबंध हैं । उदाहरण के लिए, भागीदार के ऊपरी अंगों की गतिशीलता को द्विपक्षीय रूप से प्रभावित नहीं किया जा सकता है (वे एक ध्वनि अंग होना चाहिए), और वे संज्ञानात्मक समय आधारित निर्णय लेने और अनुभव अनुभूतियां मुखर करने की क्षमता के अधिकारी चाहिए ।
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Protocol
इस प्रोटोकॉल को पहले मंजूरी दे दी गई है और क्लीवलैंड क्लिनिक की मानव अनुसंधान नैतिकता समिति के दिशानिर्देशों का पालन किया गया है ।
1. हार्डवेयर और NMI के सॉफ्टवेयर
- प्रत्येक व्यक्तिगत भागीदार के NMI नियंत्रण और प्रतिक्रिया स्थापित करें ताकि जब वे एक आंदोलन करने का प्रयास करते हैं, वे देखते है और एक आभासी कृत्रिम अंग अंग पूरा लगता है कि आंदोलन ।
- एक हाथ kinesthetic परसेप्ट है भागीदार NMI के माध्यम से उत्पंन और भागीदार होने से कथित गति के कीनेमेटीक्स पर कब्जा प्रदर्शन क्या वे अपने बरकरार हाथ का उपयोग लग रहा है ।
नोट: kinesthetic परसेप्ट कीनेमेटीक्स की विशेषताएं करने के लिए तकनीक अंय काम करता है8 में सचित्र किया गया है और एक डेटा दस्ताने या एक ऑप्टिकल गति कब्जा प्रणाली का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है । - एक आभासी हाथ का प्रयोग करें/परसेप्ट आंदोलन के कीनेमेटीक्स पुन: पेश करने के लिए कृत्रिम सिमुलेशन ।
- भागीदार के NMI से इरादतन हाथ आंदोलन नियंत्रण संकेतों को कैप्चर करने के लिए हार्डवेयर सेट करें ।
- इस नियंत्रण संकेत को वर्चुअल कृत्रिम अंग अंग की गतिविधि पर मैप करें ।
- NMI नियंत्रण संकेत के अधिग्रहण, आभासी कृत्रिम अंग अंग के आंदोलन, और वास्तविक समय में kinesthetic NMI प्रतिक्रिया की पीढ़ी को निर्देशांक कि एक मास्टर नियंत्रण प्रोग्राम बनाएँ ।
- एक हाथ kinesthetic परसेप्ट है भागीदार NMI के माध्यम से उत्पंन और भागीदार होने से कथित गति के कीनेमेटीक्स पर कब्जा प्रदर्शन क्या वे अपने बरकरार हाथ का उपयोग लग रहा है ।
2. प्रायोगिक सेटअप
- सीट भागीदार और स्थिति एक मॉनिटर क्षैतिज (यानी, अपनी पीठ पर, ऊपर की ओर का सामना करना पड़) उनके सामने एक मेज पर ।
- मॉनिटर पर वर्चुअल कृत्रिम अंग अंग प्रदर्शित करें और उसके आकार और स्थान को समायोजित जिससे कि यह उनके लापता अंग के स्थान के साथ congruently तैनात है ।
- (जैसे, फ़्लोटिंग बॉल्स) ऑब्जेक्ट्स को रेंडर करें (आंदोलन के समापन) हाथ के बंद और खुले स्थानों के लिए स्टॉप पॉइंट के रूप में सेवा करने के लिए वर्चुअल परिवेश में ।
- वर्चुअल अंक वर्चुअल स्टॉप बिंदुओं के साथ संपर्क बनाने के लिए, एक श्रवण टोन एक समायोज्य समय देरी (३००, ५००, ७००, या १,००० ms) के बाद चलाया जाता है, ताकि मास्टर नियंत्रण प्रोग्राम कॉन्फ़िगर करें ।
3. प्रायोगिक शर्तें
- प्रत्येक परीक्षण के लिए सेटिंग्स निर्दिष्ट करता है कि मास्टर नियंत्रण प्रोग्राम के लिए एक इनपुट फ़ाइल बनाएँ, श्रवण टोन देरी सहित, कि क्या NMI प्रतिक्रिया चालू है/बंद, आभासी हाथ आंदोलन की गति और दिशा, और आदेश के बीच देरी और आभासी हाथ आंदोलन ।
- दो नियंत्रण शर्तों, एक आधार रेखा और पेसिव शर्त बनाएं ।
- आधारभूत स्थिति के लिए, कीनेमेटीक्स और NMI kinesthetic परसेप्ट से मेल करने के लिए वर्चुअल हैंड का नियंत्रण कॉंफ़िगर करें ।
नोट: आधारभूत शर्त मोटर आशय, आंदोलन कीनेमेटीक्स, और kinesthetic प्रतिक्रिया के आदर्श congruency का प्रतिनिधित्व करता है । - निष्क्रिय स्थिति कार्यक्रम के लिए एक आभासी हाथ आंदोलन प्रदर्शन जब अंवेषक द्वारा ट्रिगर (उपयोगकर्ता से नियंत्रण हटाने), जबकि अभी भी NMI kinesthetic परसेप्ट के साथ भागीदार प्रदान करते हैं ।
नोट: निष्क्रिय हालत सैद्धांतिक सबसे खराब मामले एजेंसी शर्तों (यानी, नियंत्रण के अभाव में आंदोलन [आशय के बिना], है एक शरीर के समान निष्क्रिय ले जाया जा रहा है) कब्जा ।
- आधारभूत स्थिति के लिए, कीनेमेटीक्स और NMI kinesthetic परसेप्ट से मेल करने के लिए वर्चुअल हैंड का नियंत्रण कॉंफ़िगर करें ।
- प्रोग्राम अतिरिक्त शर्तों मोटर आशय, kinesthetic सनसनी की एजेंसी के लिए योगदान बाहर पार्स करने के लिए डिज़ाइन किया गया, और आभासी कृत्रिम अंग अंग के प्रदर्शित कीनेमेटीक्स के साथ लौकिक बेमेल । निंनलिखित पांच शर्तों का उपयोग करने पर विचार करें ।
- विपरीत आंदोलन: हाथ विज़ुअलाइज़ेशन खुलने के दौरान हाथ बंद हो जाता है कि NMI kinesthetic प्रतिक्रिया इंगित करता है ।
- बहुत तेज़: हस्त विज़ुअलाइज़ेशन NMI kinesthetic फ़ीडबैक द्वारा इंगित की तुलना में तेज़ी से बंद हो जाता है.
- बहुत धीमा: हाथ विज़ुअलाइज़ेशन NMI kinesthetic प्रतिक्रिया द्वारा इंगित से धीमी बंद करता है ।
- शुरुआत देरी: हाथ विज़ुअलाइज़ेशन NMI kinesthetic प्रतिक्रिया द्वारा संकेत से बाद में 1 s बंद हो जाता है ।
- कोई प्रतिक्रिया नहीं: हाथ विज़ुअलाइज़ेशन किसी भी NMI kinesthetic प्रतिक्रिया के बिना बंद हो जाता है ।
- दो नियंत्रण शर्तों, एक आधार रेखा और पेसिव शर्त बनाएं ।
4. प्रयोग का प्रदर्शन
- प्रतिभागियों को रोकने के बिना बंद स्थिति के लिए खुले से हाथ ड्राइव करने के लिए और जब वे श्रवण टोन सुना आभासी अंक आभासी अंकों से संपर्क किया जब से समय देरी के उनके अनुमान की रिपोर्ट करने के लिए निर्देश ।
नोट: प्रतिभागी 0 और 1 s के बीच के समय के किसी भी प्रतिनिधित्व का उपयोग कर सकते हैं जो उन्हें सबसे अधिक अर्थ देता है (उदा., मिलीसेकंड, सेकंड के भिन्न, एक 0-10 स्केल). - मास्टर नियंत्रण प्रोग्राम है, जो शुरू की स्थिति के लिए आभासी हाथ चलता है पर एक शुरुआत बटन दबाकर प्रत्येक परीक्षण आरंभ, परीक्षण की शुरुआत संकेत । इस cues प्रतिभागी आभासी रोक अंक है, जो एक श्रवण टोन के लिए एक यादृच्छिक देरी (३००, ५००, या ७०० ms) के बाद खेलने का कारण बनता है आभासी हाथ ड्राइव करने के लिए ।
- समय देरी अंतराल के भागीदार की मौखिक रूप से रिपोर्ट अनुमान रिकॉर्ड ।
- प्रायोगिक ब्लॉकों में परीक्षणों का आयोजन ।
- दो अभ्यास सत्रों से शुरू करें और अंतिम विश्लेषण से उन्हें बाहर निकालें.
- पहले अभ्यास सत्र में, भागीदार आंदोलन समापन बिंदु करने के लिए हाथ ड्राइव और श्रवण टोन १,००० एमएस आभासी अंक के बाद 10 परीक्षणों के लिए आभासी रोक अंक तक पहुंचने के लिए खेलते हैं ।
- प्रतिभागियों को इस अभ्यास सत्र के अनुमानित अंतराल की रिपोर्ट करने की आवश्यकता नहीं है ।
नोट: इस कदम के लिए प्रतिभागियों को ओरिएंट के लिए आवश्यक है कितनी देर तक एक दूसरे का मानना है ।
- प्रतिभागियों को इस अभ्यास सत्र के अनुमानित अंतराल की रिपोर्ट करने की आवश्यकता नहीं है ।
- दूसरे अभ्यास सत्र में, फिर से, भागीदार आंदोलन समापन बिंदु के लिए हाथ ड्राइव है । ३००, ५००, और ७०० एमएस देरी अंतराल प्रस्तुत कर रहे हैं ताकि श्रवण टन यादृच्छिक करें एक से कम 5x.
- प्रतिभागियों को अनुमानित विलंब अंतरालों की रिपोर्ट करने के लिए कहें ।
- के भागीदार कैसे बंद देरी अंतराल के अपने अनुमान इन अभ्यास परीक्षण या प्रायोगिक ब्लॉक में बाद में परीक्षण के दौरान वास्तविक देरी करने के लिए कर रहे हैं सूचित नहीं करते ।
नोट: यह कदम महत्वपूर्ण है के रूप में प्रतिभागियों की संभावना एक दूसरे के अंशों के पैमाने पर समय निर्णय बनाने में अनुभवहीन हो जाएगा, और परीक्षण प्रक्रिया के लिए सहज ज्ञान युक्त परीक्षण भागीदार नहीं हो सकता है ।
- पहले अभ्यास सत्र में, भागीदार आंदोलन समापन बिंदु करने के लिए हाथ ड्राइव और श्रवण टोन १,००० एमएस आभासी अंक के बाद 10 परीक्षणों के लिए आभासी रोक अंक तक पहुंचने के लिए खेलते हैं ।
- प्रत्येक शर्त के लिए 15 परीक्षणों के प्रायोगिक सेट करने के लिए ले जाएँ । स्थितियों को एक यादृच्छिक क्रम में प्रस्तुत और प्रत्येक शर्त के अंत में एक प्रश्नावली प्रशासन ।
- निर्देश प्रतिभागियों को परीक्षण के नवीनतम सेट पर प्रतिबिंबित करने के लिए और आठ-वक्तव्य एजेंसी प्रश्नावली पूरा (चार सवाल एजेंसी के स्पष्ट अनुभव और चार नियंत्रण सवाल भी शामिल है [उदाहरण में प्रदान की अनुपूरक फ़ाइल])8,26।
- अनियमित रूप से प्रतिभागियों को प्रस्तुत करने के लिए न्यूनतम पांच अद्वितीय प्रश्न आदेश प्रदान करने के लिए प्रश्नावली बयान यादृच्छिक करें ।
- निर्देश प्रतिभागियों को परीक्षण के नवीनतम सेट पर प्रतिबिंबित करने के लिए और आठ-वक्तव्य एजेंसी प्रश्नावली पूरा (चार सवाल एजेंसी के स्पष्ट अनुभव और चार नियंत्रण सवाल भी शामिल है [उदाहरण में प्रदान की अनुपूरक फ़ाइल])8,26।
- निष्क्रिय स्थिति के लिए 15 परीक्षणों का एक सेट के साथ प्रयोगात्मक ब्लॉक समाप्त और इन परीक्षणों को पूरा करने के बाद एक प्रश्नावली प्रशासन ।
नोट: प्रत्येक प्रयोगात्मक ब्लॉक के अंत में निष्क्रिय परीक्षणों प्रशासन एजेंसी की एक स्थापित भावना के साथ हस्तक्षेप से बचने के लिए ।
- दो अभ्यास सत्रों से शुरू करें और अंतिम विश्लेषण से उन्हें बाहर निकालें.
- प्रयोगात्मक शर्तों के विभिन्न यादृच्छिक आदेश के साथ चार प्रयोगात्मक ब्लॉकों को पूरा करें ।
- प्रतिभागियों को एक ब्रेक लेने के लिए परीक्षण की अवधि में कई अवसर प्रदान करें । इन विरामों के लिए कोई न्यूनतम समय या समय सीमा नहीं है, लेकिन यह सुनिश्चित करें कि परीक्षण जारी रखने से पहले प्रतिभागी शारीरिक या मानसिक रूप से थका हुआ नहीं है ।
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Representative Results
प्रायोगिक प्रोटोकॉल तीन आंप्युटी उनके NMI8 (चित्रा 1) के माध्यम से एक sensate आभासी कृत्रिम अंग अंग संचालन प्रतिभागियों के साथ प्रदर्शन किया गया । सेटअप एक भागीदार-नियंत्रणीय आभासी हाथ MuJoCo HAPTIX भौतिकी इंजन31का उपयोग कर कार्यक्रम गाढ़ापन प्रोफाइल के माध्यम से चलती थे । आभासी हाथ एक क्षैतिज मॉनिटर पर प्रतिभागियों के सामने एक स्थान पर प्रदर्शित किया गया स्थानिक उनके लापता अंग के साथ अनुकूल । NMI प्रतिभागियों पहले एक शल्य चिकित्सा तंत्रिका rewiring (लक्षित reinnervation), जो मानक कृत्रिम अंग myoelectric (ईएमजी) नियंत्रण रणनीतियों आभासी हाथ३२के सहज ज्ञान युक्त नियंत्रण प्रदान करने के साथ युग्मित किया गया था आया था; इस प्रकार, प्रतिभागियों को खोलने और उनके लापता हाथ बंद करने के बारे में ' सोच ' द्वारा आभासी हाथ ड्राइव सकता है । प्रतिभागियों की सामरिक कंपन ' शल्य चिकित्सा rewire मांसपेशियों हाथ आंदोलन के भ्रामक धारणाओं प्रेरित, kinesthetic संवेदी प्रतिक्रिया8के लिए एक मंच प्रदान । कस्टम सॉफ्टवेयर के माध्यम से, ईएमजी हाथ नियंत्रण संकेतों और आभासी कृत्रिम अंग अंग renderings एक कंपन प्रतिक्रिया डिवाइस के उत्पादन के साथ एकीकृत किया गया । जब भागीदार प्रदर्शित आभासी हाथ की एक आंदोलन शुरू की, कंपन लापता हाथ में एक जटिल पकड़ आंदोलन के एक इसी मिलान सनसनी पैदा होता है ।
चित्र 1: एक उदाहरण सेटअप जो एजेंसी की विशेषताएं करने के लिए आवश्यकताओं को संतुष्ट करता है । यह सेटअप एक प्रदर्शित आभासी हाथ की सहज ज्ञान युक्त नियंत्रण और kinesthetic प्रतिक्रिया के साथ उपयोगकर्ता प्रदान करता है । आभासी हाथ नियंत्रण और प्रतिक्रिया तंत्रिका मशीन अंतरफलक के माध्यम से प्राप्त कर रहे है myoelectric नियंत्रण और कंपन उत्तेजना (लापता अंग के भ्रामक आंदोलन गर्वीले) amputees ' reinnervated पेशियां का उपयोग कर । नियंत्रण और प्रतिक्रिया एक डेटा अधिग्रहण प्रणाली और कस्टम सॉफ्टवेयर चलाने कंप्यूटर के माध्यम से समंवित कर रहे हैं । आभासी हाथ कीनेमेटीक्स एक क्षैतिज मॉनिटर पर उपयोगकर्ता के लिए प्रदर्शित कर रहे हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 2a प्रत्येक प्रतिक्रिया शर्तों के तहत एजेंसी के स्पष्ट उपायों की तुलना के लिए प्रदान की जाती है । यहां, चार एजेंसी प्रश्न (और चार नियंत्रण प्रश्न) के लिए औसत स्कोर प्रत्येक भागीदार के लिए और प्रत्येक प्रतिक्रिया शर्त के द्वारा रची जाती हैं । चित्रा बीमें, ये व्यक्तिगत भागीदार स्कोर औसत मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करने वाली त्रुटि पट्टियों के साथ प्रत्येक प्रतिक्रिया शर्त के लिए और प्लॉट किए जाते हैं । 1 से अधिक औसत रेटिंग किसी दिए गए कथन के साथ एक अनुबंध को इंगित करती है और 0 अनुबंध26की तटस्थता को इंगित करता है । उच्च समझौते रेटिंग (≥ 1) एजेंसी के सवालों के लिए एजेंसी का एक बड़ा अनुभव से संकेत मिलता है । नियंत्रण के सवालों के जवाब नकारात्मक या तटस्थ होना चाहिए (≤ 0) और 0 और 1 के बीच एक स्कोर अनिर्णायक के रूप में लिया जाता है । ' आधार रेखा ', ' बहुत तेजी से ', और ' कोई प्रतिक्रिया ' शर्त सबसे कम औसत अंतराल के लिए एजेंसी का गठन की मजबूत भावना का संकेत अनुमानों का प्रदर्शन किया, जबकि ' निष्क्रिय ' और ' विपरीत ' आंदोलन शर्तों एजेंसी के कमजोर भावना का प्रदर्शन किया ।
चित्रा 2: प्रत्येक प्रतिक्रिया शर्त के तहत एजेंसी के स्पष्ट उपाय । (A) प्रत्येक प्रतिक्रिया शर्त के अंतर्गत प्रत्येक भागीदार को प्रदान की गई चार एजेंसी और चार नियंत्रण प्रश्नों के लिए औसत स्कोर. (B) प्रत्येक फ़ीडबैक शर्त के अंतर्गत प्रतिभागियों में औसत स्कोर. त्रुटि पट्टियां मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं । दोनों भूखंडों में, एक औसत से अधिक दर्ज़ा + 1 समझौते को इंगित करता है और, एजेंसी के सवालों के लिए, एजेंसी के गठन, जबकि 0 तटस्थता इंगित करता है । यह आंकड़ा Marasco एट अल से संशोधित किया गया है । 8. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
प्रत्येक प्रतिक्रिया स्थिति में जानबूझकर बाध्यकारी की तुलना के लिए, आंकड़ा 3 ए प्रत्येक भागीदार के लिए समय अंतराल का अनुमान दिखाता है, राय शर्त के अनुसार औसत । वास्तविक और माना जाता समय अंतराल के बीच अंतर तो तीन प्रतिभागियों में औसत थे और आधार रेखा प्रतिक्रिया शर्त के सापेक्ष चित्र बी में प्रस्तुत कर रहे हैं । त्रुटि पट्टियां औसत मानक विचलन निरूपित करते हैं । कम समय अंतराल का अनुमान (चित्र 3ए) और बड़ा नकारात्मक अंतर (चित्र बी) एजेंसी के एक मजबूत अस्पष्ट भावना का संकेत हैं । आधारभूत शर्त के बाद ' बहुत तेजी से ' हालत सबसे कम औसत अंतराल के अनुमान का प्रदर्शन किया, एजेंसी का गठन की मजबूत भावना का संकेत है, जबकि ' विपरीत ' आंदोलन की हालत एजेंसी के कमजोर भावना का प्रदर्शन ।
चित्रा 3: प्रत्येक प्रतिक्रिया शर्त के तहत समय अंतराल के अनुमान के माध्यम से एजेंसी के अंतर्निहित उपायों । (क) आभासी हाथ बंद के पूरा होने के बीच देरी अंतराल के लिए औसत अंतराल का अनुमान है और प्रत्येक सहभागी द्वारा प्रत्येक यादृच्छिक रूप से प्रस्तुत वास्तविक अंतराल के लिए प्लॉट किए गए श्रवणीय स्वर. परिणाम प्रत्येक प्रतिक्रिया की स्थिति के लिए साजिश रची है, और एक कम समय अनुमान एजेंसी के एक मजबूत भावना को इंगित करता है । इन पैनलों को Marasco एट अल से संशोधित किया गया है । 8. (ख) औसत अंतर (प्रतिभागियों और देरी अंतराल के बीच) वास्तविक समय देरी और भागीदार के अनुमानित समय अंतराल के सापेक्ष आधार रेखा प्रतिक्रिया शर्त के लिए । दोनों के लिए परिणाम की साजिश रची जाती है । यहां, एक अधिक नकारात्मक मान एजेंसी की एक मजबूत औसत भावना को इंगित करता है, और ci ९५% विश्वास अंतराल (ci) दर्शाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 4 स्पष्ट और अंतर्निहित एजेंसी के उपायों की तुलना के लिए अनुमति देता है । वास्तविक और कथित समय अंतराल के बीच औसत अंतर आधारभूत प्रतिक्रिया शर्त के परिणामों के सापेक्ष और प्रत्येक प्रतिक्रिया शर्त के लिए औसत एजेंसी प्रश्नावली स्कोर के संबंध में प्लॉट किए गए हैं । डेटा की इस प्रस्तुति में, बाएं से दाएं x-अक्ष पर चलती एजेंसी के स्पष्ट अनुभव में कमी को इंगित करता है और y-अक्ष पर नीचे से ऊपर जाने के लिए एजेंसी के अंतर्निहित अर्थ में कमी इंगित करता है । चित्रा 2 और चित्रा 3में के रूप में, ' बहुत तेजी ' हालत एजेंसी के मजबूत गठन, दोनों स्पष्ट रूप से और परोक्ष प्रदर्शन किया ।
चित्रा 4: प्रत्येक प्रतिक्रिया शर्त के लिए एजेंसी के औसत स्पष्ट और अंतर्निहित उपाय, चित्रा 2 बी और चित्रा 3 बी में प्रस्तुत परिणामों के संयोजन. औसत स्पष्ट एजेंसी के परिणाम x-अक्ष पर प्लॉट किए जाते हैं और औसत अंतराल अनुमान y-अक्ष पर प्लॉट किए जाते हैं. त्रुटि पट्टियां मानक विचलन को निरूपित करते हैं । x-अक्ष पर बाएं से दाएं ले जाना एजेंसी के स्पष्ट अनुभव में कमी को इंगित करता है, और y-अक्ष पर नीचे से ऊपर की ओर जाने वाली एजेंसी के अंतर्निहित अर्थों में कमी को इंगित करता है । यह आंकड़ा Marasco एट अल से संशोधित किया गया है । 8. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
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Discussion
यहां एक methodological फ्रेमवर्क के लिए गठित एजेंसी के अनुभव की विशेषता प्रस्तुत की है, जबकि NMIs के माध्यम से sensate कृत्रिम अंगों ऑपरेटिंग । इस संदर्भ में, एजेंसी विशेष रूप से प्रासंगिक है के रूप में यह पृष्ठभूमि संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं है कि आकार धारणा को शारीरिक कार्रवाई पुल । एक भागीदार कृत्रिम अंग अंग और NMI के माध्यम से, हम प्रमुख तत्वों की संख्या है कि एजेंसी के अर्थ: आशय, मोटर उत्पादन, और आंदोलन सनसनी स्थापित करने के लिए सीधी पहुंच है । उन्नत कृत्रिम अंग नियंत्रण करने के लिए महत्व का, इस प्रत्यक्ष अभिगम का लाभ उठाने में मदद करने के लिए इस काम में उपलब्ध उपकरणों की समझ अनलॉक कैसे इन तत्वों पर नियंत्रण के उपयोगकर्ता की भावना को बढ़ावा देने के कर सकते हैं, और के संज्ञानात्मक एकीकरण, उनके कार्यों कृत्रिम अंग अंग.
पर प्रकाश डाला तकनीकों में लचीला है कि वे किसी भी NMI अनुसंधान और नैदानिक कृत्रिम प्रणाली के साथ कार्यरत किया जा सकता है ताकि वे वास्तविक समय अवधारणात्मक प्रासंगिक नियंत्रण और kinesthetic प्रतिक्रिया के लिए मानदंड को पूरा । कई NMIs के लिए निहित लाभ सहज ज्ञान युक्त नियंत्रण तंत्रिका मार्ग है कि postamputation रहने का लाभ द्वारा प्राप्त करने के लिए क्षमता है । यह अवशिष्ट शारीरिक गतिविधि की माप के लिए अनुमति देता है कि एक बार बरकरार अंग आंदोलन है, जो कर सकते हैं, बारी में, डीकोड किया जा सकता है और उचित आभासी या कृत्रिम अंग आंदोलन के लिए मैप के साथ । इसलिए, सबसे NMI तकनीक अवधारणात्मक प्रासंगिक नियंत्रण के लिए आवश्यकता को पूरा करना चाहिए, बशर्ते कि दर्ज तंत्रिका गतिविधि और साथ डिजिटल इंटरफेस विश्वसनीय उत्पादन संकेत है कि उचित रूप से मैप किया जा सकता है उत्पादन कर सकते है आभासी हाथ । प्रायोगिक सेटअप भी एक सक्रिय रूप से प्रदर्शित आभासी हाथ कीनेमेटीक्स के साथ वास्तविक समय में kinesthetic उत्तेजना आरंभ करने की क्षमता के साथ जांचकर्ताओं को उपलब्ध कराने प्रणाली की आवश्यकता है । यह आंदोलनों पर एजेंसी की भावना के रूप में एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है स्थापित किया जाता है जब हम एक कार्रवाई में संलग्न है और उचित संवेदी प्रतिक्रिया है कि कार्रवाई13के पूरा होने के दौरान वापस आ गया है । फिर, जब तक यह कसौटी पूरी होती है, तब तक अधिकांश किसी भी NMI kinesthetic फीडबैक प्रणाली उपयुक्त रहेगी.
यहां प्रस्तुत तकनीकों दोनों स्पष्ट और अंतर्निहित संज्ञानात्मक एजेंसी के अवधारणात्मक उपायों के मूल्यांकन का लाभ है । वहां सबूत के लिए सुझाव है कि प्रत्येक अलग संज्ञानात्मक तंत्र का परिणाम है कि, एक साथ,17एजेंसी की पूरी भावना के रूप में हो सकता है; हालांकि, अभी भी इस रिश्ते की पूरी समझ नहीं है । इन उपायों से परिणाम मात्रात्मक और आसानी से व्याख्या कर रहे हैं । समय अंतराल अनुमान में कम हो जाती है सुझाव है कि एजेंसी के एक मजबूत स्पष्ट भावना का गठन किया गया था । इसी तरह, एजेंसी के बयान पर उच्च प्रश्नावली स्कोर एजेंसी के एक मजबूत स्पष्ट अनुभव से संकेत मिलता है । यह सुझाव दिया है कि इन मात्रात्मक मूल्यों के मूल्यांकन और धुन NMI नियंत्रण और संवेदी प्रतिक्रिया करने के लिए एक आधार प्रदान कर सकते हैं । उदाहरण के लिए, एक पिछले8 काम है कि चित्रा 4में यहां रिपोर्ट है, प्रतिभागियों अक्सर छोटे माना जाता समय अंतराल की सूचना दी और स्पष्ट रूप से मजबूत कथित एजेंसी जब एक आभासी हाथ प्रदर्शित किया गया है कि थोड़ा तेजी से बंद से kinesthetic सनसनी वे अनुभवी । यह इंगित करता है कि उपयोगकर्ता हाथ की कार्रवाई पर नियंत्रण के एक मजबूत भावना महसूस किया, के रूप में स्पष्ट रूप से सूचना दी है, लेकिन यह भी पता चलता है कि संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं है कि नियंत्रण के इस भावना को स्थापित करने और अधिक दृढ़ता से इस तेजी से गाढ़ापन प्रदर्शन के साथ संबद्ध । जैसे, तेजी से हाथ बंद को समायोजित करने के लिए एक नैदानिक कृत्रिम अंग अंग के NMI नियंत्रण योजना के लिए एक समायोजन अपने भौतिक डिवाइस पर नियंत्रण के उपयोगकर्ता की धारणा को बेहतर बनाने में मदद कर सकते हैं और स्वयं उत्पन्न के रूप में अपने डिवाइस के कार्यों की पहचान करने के लिए उपयोगकर्ता को प्रोत्साहित.
प्रस्तुत तकनीक भी कैसे एकाधिक संवेदी मोडल कृत्रिम अंग पर स्वामित्व की धारणा को प्रभावित कर सकते है की एक और पूरी समझ के रूप में नियोजित किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, स्पर्श संवेदी प्रतिक्रिया (या अन्य संवेदी मोडलें) एजेंसी की भावना potentiating में उनकी संभव व्यक्तिगत भूमिकाओं का मूल्यांकन करने के लिए यहाँ प्रस्तुत प्रतिमान में शामिल किया जा सकता है. इसके अतिरिक्त, यहां प्रस्तुत तकनीकों को स्वामित्व के उपायों के साथ जोड़ा जा सकता है और अधिक व्यापक एजेंसी, अवतार, और व्यक्तिगत संवेदी तरीकों के बीच संबंधों की विशेषताएं । प्रदान की विधियों भी NMI नियंत्रित उपकरणों से परे व्यापक प्रयोज्यता हो सकता है । इसी तरह के प्रायोगिक कार्य जटिल नियंत्रण प्रणालियों के साथ लागू किया जा सकता है (जैसे myoelectric पैटर्न मांयता के रूप में), पारंपरिक myoelectric कृत्रिम अंगों, और शरीर संचालित प्रणालियों, साथ ही साथ प्रणालियों NMI संवेदी प्रतिक्रिया के बिना । यह समझ कैसे संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं ' कम ' प्राकृतिक नियंत्रण और प्रतिक्रिया मानदंड का जवाब और कैसे एजेंसी और नियंत्रण के विचारों में अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए और अधिक पारंपरिक अनुसंधान के संचालन के दौरान कार्य कर सकते है में एक अनूठा परिप्रेक्ष्य के लिए अनुमति दे सकते है या नैदानिक कृत्रिम प्रणालियों ।
के रूप में रोबोट कृत्रिम अंगों तेजी से परिष्कृत हो जाना, तो भी प्रभावी नियंत्रण और इन उपकरणों के संज्ञानात्मक एकीकरण के लिए की जरूरत है । अनुभूति महत्वपूर्ण बाधाओं के एक नंबर को संबोधित करने के लिए एक मार्ग है, और underpinning तंत्र है कि प्रक्रिया आंदोलन सनसनी और जानकारी का आकलन करने में सक्षम किया जा रहा एक महत्वपूर्ण टुकड़ा है । उपकरण यहां प्रदान की मदद कर सकते है निस्र्पक द्वारा उपयोगकर्ताओं के साथ उपकरणों के एकीकरण की सुविधा एजेंसी के स्पष्ट और अंतर्निहित गठन । इन तकनीकों में मदद सहज ज्ञान युक्त मोटर नियंत्रण और सनसनी है कि NMIs प्रदान कर सकते है और मूल्यांकन और ट्यूनिंग के लिए एक मंच की पेशकश, अंततः उनके कृत्रिम नियंत्रण में होने के उपयोगकर्ता की धारणा में सुधार करने के लिए सहज उपयोग के लाभों को बढ़ाता है अंग.
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Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
लेखक चित्रा पीढ़ी के लिए उसके योगदान के लिए मेडलिन Newcomb शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । यह काम एक NIH के माध्यम से अमेरिकी करदाताओं द्वारा वित्त पोषित किया गया, निदेशक के कार्यालय, कॉमन फंड, परिवर्तनकारी R01 अनुसंधान पुरस्कार (अनुदान #1R01NS081710-01) और रक्षा उन्नत अनुसंधान परियोजनाओं एजेंसी (संविदा संख्या N66001-15-सी-४०१५ के तत्वावधान में जीवविज्ञान प्रौद्योगिकी कार्यालय कार्यक्रम प्रबंधक डी. वेबर) ।
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. |
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