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Behavior

Caracterización del sentido de la agencia sobre las acciones de prótesis funciona de interfaz Neural máquina

Published: January 7, 2019 doi: 10.3791/58702
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1, 3, 1,4
1Laboratory for Bionic Integration, Department of Biomedical Engineering, Lerner Research Institute, Cleveland Clinic, 2Research Service, Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center, 3Department of Biomedical Engineering, Stevens Institute of Technology, 4Advanced Platform Technology Center, Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center

Summary

Aquí presentamos un protocolo que caracteriza el sentido de agencia desarrollada el control del sensate manos protésicas virtuales o robóticas. Cuestionarios psicofísicos se emplean para capturar la experiencia explícita de la agencia, y estimaciones de intervalo de tiempo (Unión intencional) se emplean para medir implícitamente el sentido de agencia.

Abstract

Este trabajo describe un marco metodológico que permite explícitamente y caracteriza implícitamente el sentido de agencia desarrollado sobre el control neural interfaz (NMI) de sensate manos protésicas virtuales o robóticas. La formación de la Agencia es fundamental en la distinción de las acciones que realizamos con nuestras extremidades como nuestra propia. Intentando incorporar avanzadas prótesis de miembro superior en estos mismos mecanismos de percepción, podemos empezar a integrar una extremidad artificial más cerca marco cognitivo del usuario para el control de la extremidad. Esto tiene implicaciones importantes en la promoción de aceptación de usuario, el uso y control efectivo de las prótesis de miembro superior avanzadas. En el presente Protocolo, los participantes controlan una mano protésica virtual y reciben un feedback sensorial cinestésico a través de su legal preexistente. Se realizan una serie de tareas virtuales de agarre y las perturbaciones se introducen sistemáticamente a la retroalimentación cinestésica y movimientos de la mano virtual. Se emplean dos medidas independientes de la Agencia: establecido cuestionarios psicofísicos (para capturar la experiencia explícita de agencia) y un intervalo de tiempo estiman tarea para captar el sentido implícito de agencia (Unión intencional). Resultados de este protocolo (puntuaciones del cuestionario y el intervalo de tiempo estima) puede ser analizada para cuantificar el grado de formación de la Agencia.

Introduction

Como prótesis robóticas se convierten cada vez más avanzadas, la importancia de la retroalimentación sensorial relevante seguirá creciendo. Retroalimentación sensorial afecta a cómo los seres humanos perciben, interactuaran con y máquinas incluso integrarán su esquema corporal. Recientes técnicas de NMI ahora pueden ofrecer a los usuarios de prótesis con control intuitivo y lograr sensaciones asociadas con toquen1,2,3,4,5,6 , 7 y cinestesia (sensación de movimiento)8,9 en miembros que falta. Cuando esta información sensorial se combina con la información visual proporcionada por ver la prótesis durante la operación, tenemos acceso a los elementos esenciales que informan la distinción de uno mismo -versus-otros. Aprovechando este acceso puede ayudar a que a los usuarios de prótesis un paso más cerca a una extremidad artificial de funcionamiento como parte de su cuerpo, en lugar de sólo una herramienta.

Conciencia corporal y el sentido vivido surge de la creación de la agencia (la experiencia de autoría sobre acciones de un miembro) y propiedad (la sensación de que un miembro es una parte del cuerpo)10,11. Propiedad está mediada principalmente a través de la integración de táctil y visual de la información12. La Agencia surge de la integración de la intención, sensación de movimiento (cinestesia), información visual y modelos predictivos cognitiva11. Durante la ejecución de una acción voluntaria, Agencia es formada cuando las consecuencias sensoriales de esa acción se alinean con la intención del artista y predicciones de modelos internos13 su interpretación o. La Agencia es independiente y distinto de la propiedad. El concepto de propiedad de miembro se ha estudiado con frecuencia en prótesis literatura14. Un sentido de formas de propiedad de miembro en los participantes NMI cuando retroalimentación táctil es espacial y temporal apropiada, como juicios de orden medido explícitamente a través de cuestionarios o implícitamente a través de cambios en la temperatura del miembro residual o temporal15. Sin embargo, han existido menos oportunidades para explorar el organismo en el contexto de NMI16. Trabajo reciente con participantes de NMI ha demostrado que la Agencia puede ser útil promovida y es independiente de la experiencia de propiedad8.

Agencia es particularmente significativa en el funcionamiento de prótesis robóticas ya que es un enlace cognitivo para el control de las acciones físicas de la prótesis a través de experiencias de la causalidad, la sensación de controlar las extremidades artificiales o causar algo a pasar de17. Prótesis robóticas avanzan máquinas computarizadas que el usuario debe cooperar con las tareas con eficacia completa. Algunas prótesis han incorporado funciones autónomas, como detección de agarre antideslizante y corrección; sin embargo estos sistemas han visto adopción limitada funcionalidad ejecutando fuera de control de usuario puede ser visto como frustrante si no debidamente implementado8,18. Esto presenta un desafío fundamental que se repite a través de aplicaciones de la cooperación humana con máquinas autónomas. Es decir, los seres humanos a menudo confían en sus propias acciones sobre los resultantes de una colaboración con equipos o máquinas, y esta confianza influye directamente en la probabilidad de un operador para utilizar las funciones autónomas19,20. Como seres humanos, innatamente confiamos en nosotros mismos y nuestros cuerpos para realizar las acciones que nos proponemos; Cuando esto se logra, establecemos un intrínseco sentido de agencia. Curiosamente, la formación del organismo se ve afectada en acciones de cooperación hombre-máquina. Durante las tareas cooperativas de hombre a hombre, un sentimiento compartido de agencia puede formarse por movimiento21; sin embargo, la literatura sugiere que agencia compartida recaigan en cooperación hombre-máquina22,23. Estos desafíos se reflejan en el uso de la prótesis miembro superior, y las tasas de rechazo de dispositivos robóticos siguen siendo altas, con 23% - 39% de los usuarios de descontinuar su uso24. De hecho, muchos usuarios de prótesis todavía prefieren sistemas corporal25. Estos sistemas Retire la máquina automatizada desde el bucle de control y más íntimamente pareja movimiento del cuerpo del usuario a los prótesis movimiento a través de cables de alambre. Esto refuerza aún más la importancia de la integración cognitiva en el uso de prótesis avanzadas. Sugerimos que NMI sistemas pueden proporcionar un número de las piezas sensoriales y del motores necesarias para ayudar a mover extremidades artificiales más cerca a establecer un sentido cooperativo de la agencia, y esto será fundamental en la promoción de la aceptación y la verdadera integración de estas máquinas computarizadas con sus usuarios.

Agencia puede medirse en un número de maneras. Las medidas más simples utilizan psicofísicos cuestionarios o escalas que explícitamente pida a los participantes a quién o a qué atribuyen un evento17,26,27. Esto depende de la percepción actual de un individuo de "auto" al exigir a los participantes a hacer juicios inferenciales de la atribución (es decir, explícitamente juzgar si "I" u otra entidad era responsable de una acción o evento). Medidas implícitas proporcionan la penetración en el fondo procesos cognitivos que ocurren durante la acción motor y eventos sensoriales. Esta visión de la Agencia intenta medir aquello que explícitamente no es percibido por un individuo. Normalmente esto se logra teniendo los participantes caracterizan a una diferencia percibida en uno mismo y externamente-generados por informe de acciones, por ejemplo, teniendo los participantes la duración de tiempo que percibe entre un evento de uno mismo y externamente-generados 17 , 28. durante la realización de acciones generados, Agencia implícitamente se manifiesta como una compresión perceptual entre acciones y sus consecuencias sensoriales, conocidos como Unión intencional28. Cuando personas informar al tiempo que percibe entre una acción y su resultado, una menor duración percibida de tiempo corresponde a un sentido más fuertemente formado de agencia29,30. Curiosamente, se ha demostrado que medidas explícitas e implícitas no pueden correlacionar directamente, ya que probablemente están caracterizando diferentes mecanismos perceptivos17 que juntos el sentido de agencia. Por lo tanto, establecer una comprensión más integral de formación de la Agencia durante el uso de prótesis requerirán protocolos experimentales empleando medidas explícitas e implícitas.

Este trabajo describe un marco metodológico que permite explícitamente y caracteriza implícitamente el sentido de agencia desarrollada el control de NMI del sensate manos protésicas virtuales o robóticas. Se destacan dos técnicas para medir la Agencia durante la realización de una tarea de aferramiento al objeto sensoriomotora. Se emplean cuestionarios psicofísicos establecidos para capturar la experiencia explícita de la agencia, mientras que estimaciones de intervalo de tiempo (Unión intencional) se emplean para medir implícitamente el sentido de agencia.

El alcance de este protocolo es evaluar el sentido de agencia en el contexto de una NMI que proporciona control del motor activa fisiológicamente relevante y retroalimentación cinestésica. Estas técnicas son generalizables a los sistemas de NMI prótesis virtuales o físicos. Hay restricciones mínimas en las poblaciones que pueden ser reclutadas para realizar este protocolo. Por ejemplo, la movilidad de miembros superiores del participante no puede ser afectada bilateral (deben tener un miembro sano), y deben poseer la capacidad cognitiva para hacer juicios basados en el tiempo y articular sensaciones experimentadas.

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Protocol

Este protocolo ha sido aprobado anteriormente y sigue los lineamientos del Comité de ética de investigación humana de la clínica Cleveland.

1. hardware y Software de la NMI

  1. Establecer cada persona participante NMI de control y retroalimentación para que cuando intenta realizar un movimiento, ver y sentir una prótesis virtual completar ese movimiento.
    1. Generar un percept kinestésica de la mano a través NMI del participante y capturar la cinemática del movimiento percibido por tener el participante demostrar lo que sienten con su mano intacta.
      Nota: Técnicas para caracterizar cinemática percept kinestésica han sido ilustradas en otros trabajos8 y pueden lograrse utilizando un guante de datos o un sistema de captura de movimiento óptico.
    2. Utilice una simulación virtual de la mano y prótesis para reproducir la cinemática del percept de movimiento.
    3. Configurar el hardware para capturar las señales de control de movimiento de mano intencional de NMI del participante.
    4. Mapa de esta señal de control a la actividad de la prótesis virtual.
    5. Crear un programa de control maestro que coordina la adquisición de la señal de control del NMI, el movimiento de la prótesis virtual y la generación de retroalimentación cinestésica de NMI en tiempo real.

2. experimental configuración

  1. El participante del asiento y un monitor de la posición horizontal (es decir, de espaldas, mirando hacia arriba) sobre una mesa frente a ellos.
  2. Visualice la prótesis virtual en el monitor y ajustar su tamaño y su ubicación para que quede congruently con la ubicación de la extremidad que falta.
  3. Representar objetos (e.g., flotante bolas) en el entorno virtual para servir como puntos de parada para las posiciones abiertas y cercanas de la mano (extremos del movimiento).
  4. Configurar el programa de control maestro para que cuando los dígitos virtuales hacen contacto con los puntos de parada virtual, un tono auditivo se juega después de un tiempo ajustable demora (300, 500, 700 o 1.000 ms).

3. experimentales condiciones

  1. Construir un archivo de entrada para el programa de control maestro que especifica los valores para cada prueba, incluyendo el retraso de tono auditivo, si se activa la regeneración NMI encendido/apagado, la velocidad y dirección del movimiento de mano virtual y el retraso entre el comando y el movimiento de la mano virtual.
    1. Crear dos condiciones control, una línea de base y una condición pasiva.
      1. Para la condición base, configurar la cinemática y el control de la mano virtual para que coincida con el percept kinestésica de NMI.
        Nota: La condición de línea de base representa la congruencia ideal de intención motor, cinemática del movimiento y retroalimentación cinestésica.
      2. Programa de la pasiva condición realizar un movimiento de mano virtual cuando se dispara por el investigador (quitando el control del usuario) mientras que todavía proporciona al participante con el percept kinestésica NMI.
        Nota: La condición pasiva capta las condiciones teórico Agencia peor (es decir, movimiento en ausencia del control [sin intención], similar al cuerpo de uno moverlo pasivamente).
    2. Condiciones adicionales de programa diseñadas para analizar las contribuciones a la Agencia de intención motor, sensación quinestésica y coincidencia temporal con la cinemática muestra de la prótesis virtual. Considere el uso de las siguientes cinco condiciones.
      1. Enfrente de movimiento: la retroalimentación cinestésica NMI indica que la mano se cierra mientras que la visualización de la mano se abre.
      2. Demasiado rápido: la visualización de la mano se cierra más rápido que indica la retroalimentación cinestésica de NMI.
      3. Demasiado lento: la visualización de la mano se cierra más lentamente de lo que indica la retroalimentación cinestésica de NMI.
      4. Retardo de Inicio: la mano visualización cierra 1 s más adelante que indica la retroalimentación cinestésica de NMI.
      5. Sin comentarios: la visualización de la mano se cierra sin cualquier retroalimentación cinestésica de NMI.

4. ejecución del experimento

  1. Encomendamos a los participantes a la unidad de la mano de abierta a cerrada sin parar y que informe su estimación de la demora de tiempo de cuando los dígitos virtuales estableció contacto con los puntos de parada virtual cuando escucharon el tono auditivo.
    Nota: Los participantes pueden utilizar cualquier representación de tiempo entre 0 y 1 s que hace más sentido para ellos (por ejemplo, milisegundos, fracciones de segundos, un 0 - 10 escala).
  2. Iniciar cada ensayo pulsando el botón de start en el programa de control maestro, que se mueve la mano virtual a la posición inicial, señalando el comienzo del juicio. Esta señales el participante para conducir la mano virtual a los puntos de parada virtual, que provoca un tono auditivo jugar después de un retardo aleatorio (300, 500 o 700 ms).
    1. Grabar estimación informó verbalmente del participante del intervalo de retardo de tiempo.
  3. Organizar los ensayos en bloques experimentales.
    1. Comenzar con dos sesiones de práctica y excluirlos del análisis final.
      1. En la primera sesión de práctica, dispone de la unidad participante la mano hasta el punto final del movimiento y reproducir el tono auditivo 1.000 ms después de los dígitos virtuales alcanzan los puntos de parada virtual de 10 ensayos.
        1. Los participantes no es necesario informar los intervalos estimados para esta sesión de práctica.
          Nota: Este paso es necesario para orientar a los participantes cuánto un solo segundo se siente.
      2. En la segunda sesión de práctica, tiene la unidad participante la mano hasta el punto final del movimiento. Aleatorizar los tonos auditivos para que los intervalos de retardo de 300, 500 y 700 ms se presentan por lo menos 5 veces cada uno.
        1. Pida a los participantes para informar los intervalos de demora estimado.
        2. No informan al participante de qué tan cerca sus estimaciones de los intervalos de retardo son el retraso real durante estos ensayos de práctica o ensayos posteriores en el bloque experimental.
          Nota: Este paso es importante ya que los participantes seguramente será inexpertos en hacer juicios de tiempo en una escala de fracciones de segundo, y el procedimiento de prueba puede no ser intuitivo al participante unpracticed prueba.
    2. Hacia sistemas experimentales de 15 ensayos para cada condición. Presente las condiciones en un orden aleatorio y administrar un cuestionario al final de cada condición.
      1. Instruir a los participantes a reflexionar sobre la última serie de ensayos y completar el cuestionario de declaración de ocho agencia (incluye cuatro preguntas para cuantificar la experiencia explícita de agencia y cuatro preguntas de control [ejemplo incluido en el Archivo suplementario])8,26.
        1. Aleatoriamente las declaraciones del cuestionario para proporcionar por lo menos cinco órdenes de pregunta única para ser presentado al azar a los participantes.
    3. Termine el bloque experimental con un conjunto de 15 ensayos para la condición pasiva y administrar un cuestionario después de completar estos estudios.
      Nota: Administrar los ensayos pasivos al final de cada bloque experimental para evitar la interferencia con un sentido establecido de la Agencia.
  4. Completar cuatro bloques experimentales con diversas órdenes aleatorias de condiciones experimentales.
  5. Proporcionar múltiples oportunidades sobre la duración de la prueba para que los participantes a tomar un descanso. No existe tiempo mínimo ni límite de tiempo para estos saltos, pero asegurar que el participante no está física o mentalmente fatigado antes de continuar la prueba.

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Representative Results

El protocolo experimental fue realizado con tres participantes amputado de funcionamiento una prótesis virtual sensate vía su NMI8 (figura 1). El programa de instalación utiliza una mano virtual participante controlable a través de perfiles cinemáticos programados utilizando la MuJoCo HAPTIX física motor31. La mano virtual se muestra en un monitor horizontal frente a los participantes en una ubicación espacial congruente con la extremidad que falta. Los participantes de NMI habían experimentado previamente un procedimiento recableado neural quirúrgico (reinnervation dirigido), que fue juntado con estándar prótesis mioeléctrica (EMG) estrategias para proporcionar un control intuitivo de la mano virtual32; así, los participantes podrían conducir la mano virtual de 'pensamiento' sobre la apertura y cierre su mano que falta. Estratégicas vibraciones de músculos quirúrgicamente recableados los participantes indujeron ilusoria percepción de movimiento de la mano, proporcionando una plataforma para la regeneración sensorial cinestésicas8. A través de software a medida, señales de control de mano de EMG y representaciones de la prótesis virtual se integraron con la salida de un dispositivo de retroalimentación de vibración. Cuando el participante inicia un movimiento de la mano virtual visualizado, la vibración induciría una sensación coincidente correspondiente de un movimiento complejo de agarre en la mano falta.

Figure 1
Figura 1: una configuración de ejemplo que satisface los requisitos para caracterizar Agencia. Esta configuración ofrece al usuario control intuitivo y retroalimentación cinestésica de una mano virtual aparece. Retroalimentación y control de la mano virtual se logran a través de la interfaz neural máquina con control mioeléctrico y estimulación de vibración (obtención de percepts de movimiento ilusorio de la extremidad que falta) de musculatura reinnervated los amputados. Control y retroalimentación son coordinados a través de un sistema de adquisición de datos y el equipo que ejecuta software a la medida. Cinemática de la mano virtual se muestran al usuario en un monitor horizontal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2A se proporciona para la comparación de medidas explícitas de agencia debajo de cada una de las condiciones de regeneración. Aquí, la puntuación media para las preguntas de la cuatro agencia (y cuatro preguntas de control) se grafican para cada participante y por cada condición de regeneración. En la figura 2B, estas puntuaciones participantes individuales son promedio y traza para cada condición de regeneración, con las barras de error que representa la desviación estándar promedio. Un promedio de valoración mayor que 1 indica un acuerdo con una declaración dada y 0 indica neutralidad de acuerdo26. Niveles de acuerdo más altos (≥ 1) para las preguntas de la Agencia indican una mayor experiencia de la Agencia. Las respuestas a las preguntas de control deben ser negativo o neutro (≤ 0) y una puntuación entre 0 y 1 se toma como no concluyentes. La 'base', 'muy rápido' y 'no respuesta' condición demostraron el menor intervalo promedio estima que indica el sentido más fuerte del organismo formado, mientras que el 'pasivo' y 'frente movimiento' condiciones demostraron el sentido más débil de la Agencia.

Figure 2
Figura 2: medidas explícitas de agencia bajo cada condición retroalimentación. (A) la media de puntuación para la Agencia cuatro y control cuatro preguntas a cada participante bajo cada condición de regeneración. (B) el medio de puntuaciones a través de los participantes en cada condición de regeneración. Las barras de error representan el desvío estándar. En ambas parcelas, un medio de valorar mayor a + 1 indica acuerdo y, para las preguntas de la agencia, la formación de la agencia, mientras que 0 indica neutralidad. Esta figura ha sido modificada desde Marasco et al. 8. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Para una comparación de intencionales que atar en cada condición de regeneración, Figura 3A muestra el intervalo de tiempo se estima para cada participante, un promedio según la condición de feedback. Las diferencias entre los intervalos de tiempo real y percibido fueron hechas un promedio a través de los tres participantes y se presentan en la figura 3B en relación con la condición de feedback de línea de base. Las barras de error indican la desviación estándar promedio. Estimaciones de intervalo de tiempo inferior (Figura 3A) y grandes diferencias negativas (figura 3B) son una indicación de un mayor sentido implícito de agencia. La condición 'muy rápida', seguida de la condición basal demostró las estimaciones de intervalo más bajo promedio, que indica el sentido más fuerte del organismo formado, mientras que la condición de 'frente movimiento' demostró el sentido más débil de la Agencia.

Figure 3
Figura 3: Medidas implícitas de agencia por tiempo estimaciones de intervalo bajo cada condición de comentarios. (A) estima que el intervalo promedio para el intervalo de demora entre la terminación de la mano virtual cerca y el tono auditivo trazado para cada participante a través de cada uno al azar presenta intervalo real. Los resultados se grafican para cada condición de regeneración, y una menor estimación de tiempo indica un sentido más fuerte de la Agencia. Estos paneles han sido modificados de Marasco et al. 8. (B) la media diferencia (a través de los participantes y los intervalos de retardo) el retraso real del participante estima el intervalo de tiempo en relación con la condición de feedback de línea de base. Los resultados son graficados para ambos. Aquí, un valor negativo indica un sentido más fuerte de la media del organismo, y CI denota el intervalo de confianza (IC) del 95%. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4 permite una comparación de medidas explícitas e implícitas de la Agencia. La diferencia promedio entre intervalos de tiempo real y percibida se trazan en relación con los resultados de la condición de feedback de línea de base y con respecto a las puntuaciones del cuestionario Agencia promedio para cada condición de regeneración. En esta presentación de los datos, moviéndose de izquierda a derecha en el eje x indica una disminución en la experiencia explícita de agencia y moviendo de abajo hacia arriba en el eje y indica una disminución en el sentido implícito de la Agencia. Como en la figura 2 y figura 3, la condición 'muy rápida' demostró la formación más fuerte de la agencia, tanto explícitamente como implícitamente.

Figure 4
Figura 4: promedio de medidas explícitas e implícitas de agencia para cada condición de regeneración, la combinación de los resultados presentados en la figura 2B y 3B figura. Los resultados promedio Agencia explícita se trazan en el eje x y las estimaciones de intervalo promedio se trazan en el eje y. Las barras de error indican la desviación estándar. Moviéndose de izquierda a derecha en el eje x indica una disminución en la experiencia explícita de la agencia, y moviendo de abajo hacia arriba en el eje y indica una disminución en el sentido implícito de la Agencia. Esta figura ha sido modificada desde Marasco et al. 8. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Aquí se presenta un marco metodológico para caracterizar la experiencia de la Agencia formada durante la operación prótesis sensate vía INE. En este contexto, la Agencia es particularmente relevante como puentes acción física a los procesos cognitivos de fondo que configuran la percepción. A través de un participante prótesis y NMI, tenemos acceso directo a una serie de elementos fundamentales que establecen el sentido de agencia: intención, salida del motor y la sensación de movimiento. De importancia para el control de prótesis avanzadas, las herramientas proporcionadas en este trabajo aprovechan este acceso directo para ayudar a desbloquear un entendimiento de cómo estos elementos pueden promover la sensación del usuario de control y la integración cognitiva de las acciones de sus prótesis.

Las técnicas destacadas son flexibles en eso se pueden emplear con cualquier NMI sistema de investigación y clínico protésico siempre y cuando cumplan los criterios de control perceptualmente relevante en tiempo real y retroalimentación cinestésica. La ventaja inherente a muchos INE es el potencial de control intuitivo logrado mediante el aprovechamiento de las vías nerviosas que permanecen postamputation. Esto permite la medición de la actividad fisiológica residual que acompaña el movimiento del miembro intacto, que puede, a su vez, decodificada y asignado al movimiento adecuado del miembro virtual o prótesis. Por lo tanto, más técnicas de NMI deben cumplir con el requisito de control perceptualmente relevante, siempre que la actividad neuronal registrada y la interfaz digital que lo acompaña pueden producir señales de salida confiable que pueden asignar adecuadamente a la mano virtual. La disposición experimental también requiere un sistema que proporciona a los investigadores con la capacidad de iniciar activamente quinestésica sensaciones en tiempo real con la cinemática muestra mano virtual. Este es un requisito crítico como un sentido de agencia más movimientos se establece cuando nos involucramos en una acción y retroalimentación sensorial adecuada se devuelve durante la realización de esa acción13. Otra vez, siempre y cuando se cumpla este criterio, más cualquier sistema de retroalimentación cinestésica NMI será apropiado.

Las técnicas presentadas aquí tienen la ventaja de evaluar las medidas cognitivo perceptuales explícitas e implícitas de agencia. Hay evidencia para sugerir que cada uno puede ser el resultado de mecanismos cognitivos separados que forman un sentido completo de agencia de17; sin embargo, todavía no hay una comprensión completa de esta relación. Los resultados de estas medidas son cuantitativas y fácilmente interpretado. Disminuye en el tiempo de intervalo de las estimaciones sugiere que se formó un mayor sentido implícito de agencia. Del mismo modo, puntuaciones más altas del cuestionario sobre las declaraciones de la Agencia indican una fuerte experiencia explícita de agencia. Se sugiere que estos valores cuantitativos pueden proporcionar una base para evaluar y ajustar control NMI y retroalimentación sensorial. Por ejemplo, en un trabajo anterior8 que se divulga aquí en la figura 4, los participantes divulgan a menudo más pequeños perciben intervalos y explícitamente informaron Agencia percibida más fuerte cuando se muestra una mano virtual que cerró un poco más rápido de la sensación cinestésica experimentaron. Esto indica que el usuario siente un mayor sentido de control sobre las acciones de la mano, según ha informado explícitamente, pero también sugiere que los procesos cognitivos que establecen esta sensación de control más fuertemente asocian con esta pantalla cinemática más rápida. Como tal, un ajuste en el esquema de control de NMI de prótesis clínica para dar cabida a mano más rápido cierre puede ayudar a mejorar las percepciones del usuario de control sobre su dispositivo físico e incitan al usuario a identificar las acciones de su dispositivo como autogenerados.

Las técnicas presentadas pueden emplearse también para formar una más completa comprensión de cómo múltiples modalidades sensoriales pueden influir en las percepciones de la propiedad sobre los miembros artificiales. Por ejemplo, feedback sensorial táctil (u otras modalidades sensoriales) pueden incorporar el paradigma presentado aquí para evaluar sus posibles roles individuales en potenciar el sentido de agencia. Además, las técnicas presentadas aquí pueden ser asociadas con las medidas de la propiedad para caracterizar más ampliamente las relaciones entre agencia, encarnación y modalidades sensoriales individuales. Los métodos que proporciona pueden tener aplicabilidad más amplia más allá del control de NMI. Tareas experimentales similares podrían aplicarse con sistemas de control complejos (tales como el reconocimiento de patrón mioeléctrico), prótesis mioeléctricos tradicionales y sistemas de cuerpo, así como sistemas sin retroalimentación sensorial NMI. Esto puede permitir una perspectiva única en la comprensión de procesos cognitivos cómo responder a los paradigmas de control y retroalimentación menos 'naturales' y proporcionar penetraciones en cómo la Agencia y las percepciones de control pueden actuar durante la operación de la investigación más tradicional o sistemas de prótesis clínicos.

Como prótesis robóticas crezcan cada vez más sofisticadas, por lo que también lo hace la necesidad de un control efectivo y la integración cognitiva de estos dispositivos. Es una vía para abordar una serie de barreras importantes, y ser capaz de evaluar los mecanismos de apoyo que procesan información y sensación de movimiento es una pieza importante. Las herramientas que aquí pueden ayudar a facilitar la integración de dispositivos con usuarios por caracterizar la formación implícita y explícita de agencia. Estas técnicas ayudan a cuantificar los beneficios del acceso natural al intuitivo control del motor y la sensación que INE pueda suministrar y puede ofrecer una plataforma para la evaluación y ajuste, para finalmente mejorar la percepción del usuario de estar en control de su miembro.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Los autores desean agradecer a Madeline Newcomb por su contribución a la generación de la figura. Este trabajo fue financiado por los contribuyentes de Estados Unidos a través de un NIH, oficina del Director, fondo común, Premio de investigación R01 transformadora (grant #1R01NS081710-01) y la Defense Advanced Research Projects Agency (contrato número N66001-15-C-4015 bajo los auspicios de Oficina de tecnología de Biología programa Administrador D. Weber).

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Retracción número 143 prótesis prótesis miembro superior agencia interfaz neuronal sistemas hombre-máquina cinestesia sensación de movimiento regeneración sensorial percepción cognición
Caracterización del sentido de la agencia sobre las acciones de prótesis funciona de interfaz Neural máquina
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Schofield, J. S., Shell, C. E.,… More

Schofield, J. S., Shell, C. E., Thumser, Z. C., Beckler, D. T., Nataraj, R., Marasco, P. D. Characterization of the Sense of Agency over the Actions of Neural-machine Interface-operated Prostheses. J. Vis. Exp. (143), e58702, doi:10.3791/58702 (2019).

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