Name: ニューラル マシン インターフェイス運営義足の操作上代理店の感覚の特性 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 21 s
Description: 学ぶニューラルマシンインターフェースによる仮想義手の操作における主体性感覚の特性評価法。心理物理学的質問票と時間間隔推定を用いて、明示的・暗黙的な主体性体験を測定し、義手のフィードバック機構設計に活用する。

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著者らは、図生成への彼女の貢献のためのマデリーン ニューカムを感謝したいです。この作品、NIH、ディレクター、共通基金の事務所を通じて米国の納税者によって資金が供給された変革 R01 研究賞 (助成金 #1R01NS081710-01) および防衛高等研究計画庁 (契約番号 N66001-15-C-4015 後援の下の生物学技術事務所プログラム マネージャー d. ウェーバー)。

このプロトコルは、以前に承認されているし、クリー ブランド クリニックの人間研究倫理委員会のガイドラインに従います。
1 NMI のハードウェアとソフトウェア
<ol><li>個々 の参加者の NMI の制御とフィードバックを確立し、運動を実行しようとすると、彼らを参照してください、その動きを完了仮想人工を感じるので。<ol>
<li>参加者の NMI を通して手の運動感覚知覚を生成し、彼らが感じるものを示す参加者を持っていることによって知覚運動の運動学をキャプチャそのまま手を使用しています。 注: 運動感覚知覚運動学を特徴付けるための技術他作品8で示されて、データ グローブや光学式モーション キャプチャ システムを使用して達成することがあります。</li>
		<li>運動知覚の運動を再現するのに仮想手/補綴のシミュレーションを使用します。</li>
		<li>参加者の NMI から意図的な手の運動制御信号をキャプチャするハードウェアを設定します。</li>
		<li>この制御信号を仮想の語頭音添加のアクティビティにマップします。</li>
		<li>NMI 信号の集録、仮想の義足の動きとリアルタイムでの運動感覚の NMI フィードバックの生成を調整するマスターの制御プログラムを作成します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 実験のセットアップ
<ol><li>参加者の座席し、モニターを水平位置 (すなわち、上向き、その裏に) 彼らの前にテーブルの上。</li>
	<li>モニターの仮想人工を表示し、congruently 彼らの行方不明の肢の位置に配置されるので、そのサイズと位置を調整します。</li>
	<li>手 (動きの端点) の近く、オープン ポジションのストップ ポイントとして機能する仮想環境でオブジェクト (例えば、フローティング ボール) をレンダリングします。</li>
	<li>マスター コントロール プログラムを構成して、仮想の桁を行うとき仮想停止ポイントとの接触、聴覚トーン調節可能な時間遅延 (300、500、700、または 1,000 ミリ秒) 後再生されます。</li>
</ol>3. 実験条件
<ol><li>NMI フィードバックはオン/オフ、速度と仮想の手の動きと、コマンド間の遅延の方向かどうか聴覚音の遅延を含む、各試行の設定を指定するマスターの制御プログラムの入力ファイルをビルドし、仮想の手の動き。<ol>
<li>2 つの制御条件、ベースラインと受動的な条件を作成します。<ol>
<li>基準状態の運動学と NMI の運動感覚知覚を一致するように仮想の手のコントロールを構成します。 注: 基準状態は運動感覚フィードバック、運動機能、モーターの意図の理想的な調和を表します。</li>
			<li>NMI の運動感覚知覚と参加者を提供しながら (ユーザーからコントロールを削除する) 調査官によってトリガーされると仮想の手の動きを実行する受動的な条件をプログラムします。 注: パッシブ状態理論最悪代理店条件 (すなわち、[目的] なし身体を移動する受動的に類似したコントロールの不在の動き) をキャプチャします。</li>
		</ol>
</li>
		<li>プログラムの追加の条件モーター意図、運動感覚の感覚、そして仮想人工の表示されている運動の時間的不一致の機関への貢献を解析するように設計。次の 5 つの条件を使用してください。<ol>
<li>反対運動: NMI 運動感覚フィードバックが手の可視化が開いているときに手を閉じることを示します。</li>
			<li>あまりにも高速: NMI 運動感覚フィードバックによって示されるよりも速く手可視化を閉じます。</li>
			<li>余りに遅い: NMI 運動感覚フィードバックによって示されるより遅い手可視化を閉じます。</li>
			<li>発症遅延: 手可視化終了 1 の NMI 運動感覚フィードバックによって示されるよりも後。</li>
			<li>フィードバックなし: NMI 運動感覚フィードバックせず手可視化を閉じます。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 実験のパフォーマンス
<ol><li>閉位置停止することがなく、仮想桁が聴覚の音を聞いたときに仮想の停止ポイントを連絡するときの遅延時間の推定を報告するには、オープンからドライブ手に参加者に指示します。 注: 参加者は (例えば、ミリ秒単位、小数点以下の秒、0 - 10 のスケール) それらに最も理にかなって 0 1 秒間の時間のすべての表現を使用可能性があります。</li>
	<li>マスターの制御プログラムは、開始位置、裁判の始まりを合図に仮想手を移動開始ボタンを押すとそれぞれの試験を開始します。これは、キューが無作為の遅延後に再生する聴覚トーンを引き起こす仮想停止ポイントに仮想の手を運転する参加者 (300、500、または 700 ms)。<ol>
<li>参加者の口頭で報告された推定遅延の時間間隔を記録します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>実験的ブロックに試験を整理します。<ol>
<li>2 回の走行で始まり、最後の分析からそれらを除外します。<ol>
<li>最初の演習では参加者ドライブ手動きエンドポイントを持っていないし、仮想桁 10 試験の仮想停止ポイントに到達後 1,000 ms 聴覚トーンを再生します。<ol>
<li>参加者は、この演習のための推定間隔を報告する必要はありません。 注: この手順は、オリエントの参加者どのくらい 1 つ感じている第二に必要です。</li>
			</ol>
</li>
			<li>2 番目の演習で再び、ドライブを持っている参加者運動エンドポイントに手。聴覚トーンをランダムにため、300、500、および 700 ms の遅延間隔は少なくとも各 × 5 が表現されます。<ol>
<li>推定遅延間隔を報告する参加者に依頼します。</li>
				<li>どれだけ近い遅延間隔の見積もりは、実際の遅延時間これらの練習試行や実験的ブロックのそれに続く試験の間に参加者に通知を行います。 注: この手順は、参加者となりない、2 番目の画分の規模で時間判断を作って、テスト手順をうじうじテスト参加者に直感的なできない場合がありますので重要です。</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>条件ごとに 15 の試験の実験セットに移動します。無作為な順序で条件を提示し、各条件の最後にアンケートを管理します。<ol>
<li>試験の最新の設定に反映し、(代理店の明示的な経験を定量化するための 4 つの質問と 4 つのコントロール質問 [、で提供される例を含む 8 文庁アンケート参加者に指示します。補足ファイル])8,26。<ol>
<li>参加者をランダムに提示する少なくとも 5 つのユニークな質問を注文を提供するためにアンケート文をランダムに。</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
		<li>一連の受動条件 15 試験と実験的ブロックを終了し、これらの試験を完了した後アンケートを管理します。 注: 管理機構の確立された感覚に干渉することを避けるために各実験的ブロックの終わりに受動的な試験です。</li>
	</ol>
</li>
	<li>実験条件の異なるランダム順序で 4 つの実験的ブロックを完了します。</li>
	<li>休憩する参加者のためのテストの期間にわたって複数の機会を提供します。最小時間またはこれらの壊れ目の時間制限はありませんが、参加者は、テストを継続する前に物理的または精神的疲労ではないことを確認します。</li>
</ol>

<ol><li>Kuiken, T. A., Marasco, P. D., Lock, B. A., Harden, R. N., Dewald, J. P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Redirection+of+cutaneous+sensation+from+the+hand+to+the+chest+skin+of+human+amputees+with+targeted+reinnervation%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Redirection of cutaneous sensation from the hand to the chest skin of human amputees with targeted reinnervation.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (50), 20061-20066 (2007).</li>
<li>Hebert, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+targeted+sensory+reinnervation+technique+to+restore+functional+hand+sensation+after+transhumeral+amputation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Neural+Systems+and+Rehabilitation+Engineering%22%5BJournal%5D)">Novel targeted sensory reinnervation technique to restore functional hand sensation after transhumeral amputation.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 22 (4), 765-773 (2014).</li>
<li>Tan, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+neural+interface+provides+long-term+stable+natural+touch+perception%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">A neural interface provides long-term stable natural touch perception.</a> Science Translational Medicine. 257 (6), (2014).</li>
<li>Oddo, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraneural+stimulation+elicits+discrimination+of+textural+features+by+artificial+fingertip+in+intact+and+amputee+humans%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Intraneural stimulation elicits discrimination of textural features by artificial fingertip in intact and amputee humans.</a> eLife. 5 (MARCH2016), (2016).</li>
<li>Raspopovic, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioengineering%3A+Restoring+natural+sensory+feedback+in+real-time+bidirectional+hand+prostheses%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Bioengineering: Restoring natural sensory feedback in real-time bidirectional hand prostheses.</a> Science Translational Medicine. 6 (222), (2014).</li>
<li>Flesher, S. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracortical+microstimulation+of+human+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex.</a> Science Translational Medicine. 8 (361), (2016).</li>
<li>Tabot, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Restoring+the+sense+of+touch+with+a+prosthetic+hand+through+a+brain+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Restoring the sense of touch with a prosthetic hand through a brain interface.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (45), 18279-18284 (2013).</li>
<li>Marasco, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Illusory+movement+perception+improves+motor+control+for+prosthetic+hands%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands.</a> Science Translational Medicine. 10 (432), (2018).</li>
<li>Horch, K., Meek, S., Taylor, T. G., Hutchinson, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Object+discrimination+with+an+artificial+hand+using+electrical+stimulation+of+peripheral+tactile+and+proprioceptive+pathways+with+intrafascicular+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Neural+Systems+and+Rehabilitation+Engineering%22%5BJournal%5D)">Object discrimination with an artificial hand using electrical stimulation of peripheral tactile and proprioceptive pathways with intrafascicular electrodes.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 19 (5), 483-489 (2011).</li>
<li>Braun, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+senses+of+agency+and+ownership%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Psychology%22%5BJournal%5D)">The senses of agency and ownership: A review.</a> Frontiers in Psychology. 9 (APR), (2018).</li>
<li>Van Den Bos, E., Jeannerod, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sense+of+body+and+sense+of+action+both+contribute+to+self-recognition%5BTitle%5D)+AND+%22Cognition%22%5BJournal%5D)">Sense of body and sense of action both contribute to self-recognition.</a> Cognition. 85 (2), 177-187 (2002).</li>
<li>Botvinick, M., Cohen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rubber+hands+%26%2334%3Bfeel%26%2334%3B+touch+that+eyes+see%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Rubber hands &#34;feel&#34; touch that eyes see.</a> Nature. 391 (6669), 756(1998).</li>
<li>Gallagher, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Philosophical+conceptions+of+the+self%3A+Implications+for+cognitive+science%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Cognitive+Sciences%22%5BJournal%5D)">Philosophical conceptions of the self: Implications for cognitive science.</a> Trends in Cognitive Sciences. 4 (1), 14-21 (2000).</li>
<li>Niedernhuber, M., Barone, D. G., Lenggenhager, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prostheses+as+extensions+of+the+body%3A+Progress+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+%26+Biobehavioral+Reviews%22%5BJournal%5D)">Prostheses as extensions of the body: Progress and challenges.</a> Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 92, 1-6 (2018).</li>
<li>Marasco, P. D., Kim, K., Colgate, J. E., Peshkin, M. A., Kuiken, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+touch+shifts+perception+of+embodiment+to+a+prosthesis+in+targeted+reinnervation+amputees%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Robotic touch shifts perception of embodiment to a prosthesis in targeted reinnervation amputees.</a> Brain. 134 (3), 747-758 (2011).</li>
<li>Rognini, G., Blanke, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cognetics%3A+Robotic+Interfaces+for+the+Conscious+Mind%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Cognitive+Sciences%22%5BJournal%5D)">Cognetics: Robotic Interfaces for the Conscious Mind.</a> Trends in Cognitive Sciences. 20 (3), 162-164 (2016).</li>
<li>Dewey, J. A., Knoblich, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+implicit+and+explicit+measures+of+the+sense+of+agency+measure+the+same+thing%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Do implicit and explicit measures of the sense of agency measure the same thing.</a> PLoS ONE. 9 (10), (2014).</li>
<li>Edwards, A. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Adaptive+and+Autonomous+Switching%3A+Shared+Control+of+Powered+Prosthetic+Arms+Using+Reinforcement+Learning%22">Adaptive and Autonomous Switching: Shared Control of Powered Prosthetic Arms Using Reinforcement Learning</a>. , University of Alberta. Master's thesis (2016).</li>
<li>Desai, M., Stubbs, K., Steinfeld, A., Yanco, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creating+trustworthy+robots%3A+Lessons+and+inspirations+from+automated+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Adaptive+and+Emergent+Behaviour+and+Complex+Systems+-+Proceedings+of+the+23rd+Convention+of+the+Society+for+the+Study+of+Artificial+Intelligence+and+Simulation+of+Behaviour%2C+AISB+2009%22%5BJournal%5D)">Creating trustworthy robots: Lessons and inspirations from automated systems.</a> 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).</li>
<li>Lee, J. D., See, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trust+in+automation%3A+designing+for+appropriate+reliance%5BTitle%5D)+AND+%22Human+Factors%22%5BJournal%5D)">Trust in automation: designing for appropriate reliance.</a> Human Factors. 46 (1), 50-80 (2004).</li>
<li>Moore, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+is+the+sense+of+agency+and+why+does+it+matter%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Psychology%22%5BJournal%5D)">What is the sense of agency and why does it matter?</a> Frontiers in Psychology. 7 (AUG), 1-9 (2016).</li>
<li>Obhi, S. S., Hall, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sense+of+agency+in+joint+action%3A+Influence+of+human+and+computer+co-actors%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Sense of agency in joint action: Influence of human and computer co-actors.</a> Experimental Brain Research. 211 (3-4), 663-670 (2011).</li>
<li>Sahaï, A., Pacherie, E., Grynszpan, O., Berberian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Co-representation+of+human-generated+actions+vs.+machine-generated+actions%3A+Impact+on+our+sense+of+we-Agency%3F%5BTitle%5D)+AND+%222017+26th+IEEE+International+Symposium+on+Robot+and+Human+Interactive+Communication+%28RO-MAN%29%22%5BJournal%5D)">Co-representation of human-generated actions vs. machine-generated actions: Impact on our sense of we-Agency?</a> 2017 26th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication (RO-MAN). , Lisbon, Portugal. August 28 - September 1, 2017 (2017).</li>
<li>Biddiss, E., Chau, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Upper+limb+prosthesis+use+and+abandonment%3A+A+survey+of+the+last+25+years%5BTitle%5D)+AND+%22Prosthetics+and+Orthotics+International%22%5BJournal%5D)">Upper limb prosthesis use and abandonment: A survey of the last 25 years.</a> Prosthetics and Orthotics International. 31 (3), 236-257 (2007).</li>
<li>Atkins, D. J., Heard, D. C. Y., Donovan, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidemiologic+overview+of+individuals+with+upper-limb+loss+and+their+reported+research+priorities%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Prosthetics+and+Orthotics%22%5BJournal%5D)">Epidemiologic overview of individuals with upper-limb loss and their reported research priorities.</a> Journal of Prosthetics and Orthotics. 8 (1), 2-11 (1996).</li>
<li>Kalckert, A., Ehrsson, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moving+a+Rubber+Hand+that+Feels+Like+Your+Own%3A+A+Dissociation+of+Ownership+and+Agency%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Moving a Rubber Hand that Feels Like Your Own: A Dissociation of Ownership and Agency.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 6 (March), 1-14 (2012).</li>
<li>Caspar, E. A., Cleeremans, A., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+human+agency+and+embodiment%5BTitle%5D)+AND+%22Consciousness+and+Cognition%22%5BJournal%5D)">The relationship between human agency and embodiment.</a> Consciousness and Cognition. 33, 226-236 (2015).</li>
<li>Haggard, P., Clark, S., Kalogeras, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voluntary+action+and+conscious+awareness%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Voluntary action and conscious awareness.</a> Nature Neuroscience. 5 (4), 382-385 (2002).</li>
<li>Engbert, K., Wohlschläger, A., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Who+is+causing+what%3F+The+sense+of+agency+is+relational+and+efferent-triggered%5BTitle%5D)+AND+%22Cognition%22%5BJournal%5D)">Who is causing what? The sense of agency is relational and efferent-triggered.</a> Cognition. 107 (2), 693-704 (2008).</li>
<li>Moore, J. W., Wegner, D. M., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulating+the+sense+of+agency+with+external+cues%5BTitle%5D)+AND+%22Consciousness+and+Cognition%22%5BJournal%5D)">Modulating the sense of agency with external cues.</a> Consciousness and Cognition. 18 (4), 1056-1064 (2009).</li>
<li>Kumar, V., Todorov, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MuJoCo+HAPTIX%3A+A+virtual+reality+system+for+hand+manipulation%5BTitle%5D)+AND+%222015+IEEE-RAS+15th+International+Conference+on+Humanoid+Robots+%28Humanoids%29%22%5BJournal%5D)">MuJoCo HAPTIX: A virtual reality system for hand manipulation.</a> 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). , Seoul, South Korea. November 3 - 5, 2015 (2015).</li>
<li>Kuiken, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+reinnervation+for+enhanced+prosthetic+arm+function+in+a+woman+with+a+proximal+amputation%3A+a+case+study%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet%22%5BJournal%5D)">Targeted reinnervation for enhanced prosthetic arm function in a woman with a proximal amputation: a case study.</a> Lancet. 369 (9559), 371-380 (2007).</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

ここで方法論的なフレームワークは、五感で知覚人工を介してnmi も営業しながら形成される代理店の経験を特徴付けるに提示されます。このコンテキストで代理店は特に関係形成背景の認知プロセスに物理的なアクションをブリッジとして。参加者の義足と NMI、ある代理店の意味を確立する重要な要素の数への直接アクセス: 意図、モーター出力、および運動感覚。高度な義肢の制御に重要なこの作品に用意されているツールを活用この直接アクセスするにはどのようにこれらの要素が、ユーザーのコントロール感を促進しての認知の統合の行動の理解のロックを解除、義足。
強調表示されている技術は、リアルタイム知覚に関連するコントロールと運動感覚のフィードバックのための条件を満たす限り、NMI 研究と臨床補綴システムと雇われることができるという点で柔軟性があります。多くの Nmi に固有の利点 postamputation のまま神経経路を活用することにより直感的なコントロールの可能性があります。これにより残留生理活性の測定のため、そのままの手足の動きを伴われ、一度することができます、ターンでは、デコード、適...

ロボットはますます高度になると関連する感覚フィードバックの重要性は成長していきます。感覚フィードバックには、人間の知覚、対話し、マシンに、ボディ ・ スキーマも統合が影響します。最近 NMI 技術今度義足ユーザーに直感的なコントロールを提供し、達成するため、に関連付けられている感覚に触れる1,2,3,4,5,6,7 ・運動覚 (運動感覚)8,9行方不明四肢で。自己との区別を伝える重要な要素へのアクセスがあるこの感覚情報を操作中に、人工的な肢を見てによって提供される視覚情報と組み合わせれば、我々-その他。このアクセスを活用することはツールだけではなく、自分の体の一部として人工的な肢を動作する義足ユーザーの一歩をもたらすを助けるかもしれない。
身体意識と具現化されている感は代理店 (原作者手足の操作上の経験) と所有権 (手足が体の一部であること感じ) の設立から生じる10,11。所有権は、触覚と視覚情報12の統合を通して仲介される主に。代理店は、意図、運動感覚 (運動感覚)、視覚情報および予測の認知モデル11の統合から出ています。自発的な行動のパフォーマンス中に、演奏者の意図と演奏者の内部モデル13から予測されたアクション感覚の結果を揃えるとき機関の形成します。代理店は所有権とは異なるです。肢所有権の概念は、人工の文学14頻繁に検討されています。タッチ フィードバックがアンケートを通じて明示的にまたは暗黙的に断端の温度の変化を測定、時間順序判断15として、時空間適切な NMI 参加者の所有形態の肢の感覚。しかし、少ないチャンスは、NMI16のコンテキストで代理店を探索する存在しています。NMI の参加者との最近の作品は、意図的に昇格できるし、は所有権8の経験から別に代理店を実証しています。
代理店はロボットの操作で特に重要な因果関係、気持ちの経験を通して人工的な肢の物理的な行動の制御への認知、人工的な肢を制御または何か17に発生します。ロボットがタスクを効果的に実行するユーザーする必要があります協力コンピューター化されたマシンを高度な。グリップ スリップ検出や訂正などの自律機能が組み込まれているいくつかの義肢まだ8,18を適切に実装しない場合は、ユーザーの制御外で実行される機能イライラとして見なすことができますので、これらのシステムは限られた採用を見てきました。これは、自律機械と人間の協調行動のアプリケーション全体にこだまが根本的な課題です。つまり、人間は、多くの場合、コンピューターまたはマシンとのコラボレーションから生じるもので、自分の行動を信頼、この信頼直接自律機能19,20を使用するオペレーターの可能性に影響を与えます。人間は、本質的にいきたいです。 アクションを実行する自分自身と私たちの体を信頼我々これは、我々 は機関の本質的な意味を確立します。興味深いことに、人間とコンピューターの協調動作の代理店の形成に影響します。機関の共有感覚運動21; 上形成人間協調作業中だが、文献は共有代理店は、人間とコンピューターの協調22,23時に妨害されて示唆しています。これらの課題は、上肢義肢に反映され、ロボット装置の除去率が高い、中止の使用24ユーザーの 23%-39% のまま。実際には、多くの義足ユーザーはまだ体供給システム25を好みます。これらのシステムは、制御ループからコンピューターのマシンを削除してより密接にユーザーのワイヤー ケーブル経由で義足の動きに体の動きをカップルします。これは、高度な補装具の使用における認知の統合の重要性をさらに強化します。NMI システムが協力機関、感を確立することに近い人工の手足を移動するために必要な感覚と運動の要素の数を提供してこれは受諾とこれらの真の統合を促進に尽力されることをお勧めユーザーとコンピューター化されたマシンです。
代理店はいくつかの方法で測定されます。心理アンケートを使用する最も簡単なメジャーやスケール、明示的に誰かを参加者に尋ねる彼ら属性イベント17,26,27。これは個人の既存の認識に依存「自己」参加者自己帰属 (すなわち、"I"または別のエンティティのアクションまたはイベントに責任があったかどうかを明示的に判断する) の推論の判断をすることを要求することによって。暗黙的なメジャーは、動作や感覚のイベント中に発生する認知プロセス背景への洞察力を提供します。代理店のこのビューは、個々 によって明示的に認識されていないものを測定しようとします。通常これは参加者の自己および外部-生成されたアクション、たとえば参加者報告の時間彼らが自己と外部-生成イベントの間に発生する認識違いの特徴を持っていることによって達成されます。17,28. 自己生成操作のパフォーマンスの間に代理店は暗黙的に行動と意図的なバインディング28として知られている、その感覚的結果の間の知覚の圧縮として現れます。個人は、彼らがアクションとその結果の間に発生する認識時間を報告、時間の短い認識期間が機関29,30のより強く形作られた感覚に対応しています。興味深いことに、彼らは可能性が高い代理店の感覚を一緒に伝えるさまざまな知覚メカニズム17を特徴付けるが、明示的および暗黙的なメジャーが直接関連付けられませんが実証されています。そのため、義足使用中に代理店の形成のより包括的な理解を確立する明示的および暗黙的な対策を施した実験的プロトコルは必要があります。
この作品を明示的に使用することができ、暗黙的に五感で知覚仮想またはロボット義手の NMI 制御を開発代理店の感覚を特徴づける方法論的フレームワークについて説明します。感覚運動物体把持のタスクのパフォーマンスの間に代理店を測定する 2 つの方法を強調表示されます。確立された心理アンケートの採用機関の明示的な経験をキャプチャする時間間隔の見積もり (意図的なバインド) は暗黙的に代理店の感覚を測定する使用しています。
このプロトコルの範囲は生理学的に関連するアクティブな運動制御と運動感覚のフィードバックを提供する NMI のコンテキストで代理店の感覚を評価する.これらのテクニックは、仮想または物理の補綴 NMI システムに一般化。このプロトコルを実行する募集される個体群に最小限の制限があります。参加者の上肢のモビリティを例えば、二国間に影響できない (彼らは 1 つの音の手足をいる必要があります) と彼らは、時間ベースに判断し経験豊富な感覚を明確に認知の能力を持つ必要があります。

<table><tbody><tr><td>LabVIEW 2015, Service Pack 1, Version 15.0.1f2 64-bit</td><td>National Instruments, Austin, TX, USA</td><td>フルバージョンまたはプロバージョン</td><td>LabVIEWでカスタムソフトウェアを作成し、仮想義肢制御と運動感覚フィードバックを調整したり、実験条件を提示したり、データを記録したりするためのソフトウェアを作成しました。</td></tr><tr><td>8スロット、USB CompactDAQシャーシ</td><td>National Instruments, Austin, TX, USA</td><td>cDAQ-9178</td><td></td></tr><tr><td>&plusmn;60 V、800 kS/秒、12ビット、8チャンネルCシリーズ電圧入力モジュール</td><td>National Instruments, Austin, TX, USA</td><td>NI-9221</td><td></td></tr><tr><td>100 kS/s/ch Simultaneous, &plusmn;10 V、4チャンネルCシリーズ電圧出力モジュール</td><td>National Instruments, Austin, TX, USA</td><td>NI-9263</td><td></td></tr><tr><td>Custom Wearable Kinesthetic Tactor</td><td>HDT Global, Solon, OH, USA</td><td>N/A</td><td>このアイテムはカスタムメイドでした。運動感覚フィードバックを提供する他の方法は、参加者が仮想の手の動きに合わせてリアルタイムで手が動く感覚を感じる限り、許容されます。</td></tr><tr><td>MuJoCo Physics Engine, HAPTIX Version</td><td>Roboti LLC, Redmond, WA, USA</td><td>mjhaptix150</td><td>新しいバージョンの MuJoCo も許容できるはずです。MPLグリッパーモデルを使用しました。</td></tr><tr><td>MyoBock電極、Otto Bock EnergyPackを搭載したMyoBoyバッテリーレセプタクル</td><td>オットーボック、デューダーシュタット、ドイツ</td><td>電極:13E200=60 バッテリー:757B21 バッテリーレセプタクル:757Z191=2</td><td>増幅、フィルタリング、整流されたEMGまたは神経制御信号を提供する任意のセットアップを使用することができます。</td></tr></tbody></table>

ニューラル マシン インターフェイス運営義足の操作上代理店の感覚の特性

Characterization of the Sense of Agency over the Actions of Neural-machine Interface-operated Prostheses

この作品を明示的に使用することができ、暗黙的に五感で知覚仮想またはロボット義手のニューラル ・ マシン ・ インターフェース (NMI) 制御を開発代理店の感覚を特徴づける方法論的フレームワークについて説明します。代理店の形成は、我々 は我々 自身と我々 の手足と実行するアクションを区別するに不可欠です。高度な上肢義肢を組み込むこれらの同じ知覚メカニズムに努め、私たちは肢制御既存ユーザーの認知的枠組みに人工的な肢をより密接に統合を開始できます。ユーザーの承認、使用、および高度な上肢装具の効果的な管理を促進する上で重要な意味を持ちます。このプロトコルでは参加者は仮想義手を制御し、彼らの既存の Nmi を通して運動感覚の感覚フィードバックを受け取る。一連のバーチャル把持のタスクが実行され、摂動は運動感覚フィードバックと仮想の手の動きに体系的に紹介します。代理店の 2 つの個別の対策を採用: 心理アンケート (機関の明示的な経験をキャプチャ) して時間間隔推定代理店 (意図的なバインディング) の暗黙の意味をキャプチャするためのタスクを確立します。このプロトコルの結果 (アンケート スコアと時間間隔の見積もり) 代理店の形成の程度を定量化する分析することができます。

実験プロトコルは 3 切断患者参加者の NMI8 (図 1)、五感で知覚仮想人工を介して動作を行った。セットアップでは、参加者が制御可能な仮想手 MuJoCo HAPTIX 物理学エンジン31を使用してあらかじめプログラムされた運動学的プロファイルを移動を使用しました。仮想手だった彼らの行方不明の肢を持つ空間的合同の場所で参加者前のモニターを水平方向に表示されます。NMI 参加者は以前仮想手32; の直感的なコントロールを提供するために標準的な義肢筋電図 (EMG) 対策とその結合された外科神経つなぎ手術 (対象となる抜歯) を受けていたしたがって、参加者は、'考えること' によって不足している手の開閉について仮想手を運転できます。参加者の外科的替えた筋肉の戦略的な振動運動感覚の感覚フィードバック8プラット...

五感で知覚仮想またはロボット義手の制御を開発代理店の感覚を特徴づけるプロトコルをご紹介します。機関の明示的な経験をキャプチャする心理アンケートを採用し、暗黙的に代理店の感覚を測定する時間間隔の見積もり (意図的なバインディング) を採用します。

This work describes a methodological framework that can be used to explicitly and implicitly characterize the sense of agency developed over the ...

真の四肢置換は、自己と機械の間の認知知覚線をぼかす必要があります。エージェンシーは、自己と意図的によって生成された人工四肢の行動を知覚するための重要な橋渡しです。この手法は、人間のユーザーとマシン間の認知知覚コミュニケーションの有効性に関するユニークな洞察を提供します。この方法は、筋電または体力プロテーゼ、皮質刺激、脳卒中、さらには手移植など、フィードバックが代理店に及ぼす影響を調べる可能性があります。この手順を実証するのは、私たちの研究室の研究エンジニアであるディラン・ベックラーとザカリー・タンサーです。参加者を試験室に連れて行き、モニターの前に座らせる。参加者のニューラルマシンインターフェース(NMI)を通して手の運動知覚を生成し、参加者に無傷の手を使って感じるものを実証させることによって知覚された動きの運動学を捕捉する。仮想手またはプロテーゼシミュレーションを使用して、運動知覚の運動学を再現します。次に、参加者のNMIからの意図的な手の動き制御信号をキャプチャするハードウェアを設定します。この制御信号を仮想補間のアクティビティにマップします。次に、NMI制御信号の取得、仮想補間の動き、およびキネスティックNMIフィードバックの生成をリアルタイムで調整するマスターコントロールプログラムを作成する。仮想補用をモニタに表示し、そのサイズと位置を調整して、足の見つからない四肢の位置と一致するようにします。次に、フローティング ボールなどのオブジェクトを仮想環境でレンダリングして、手のクローズ位置とオープン位置のストップ ポイントをサービスします。最後に、仮想桁が仮想ストップポイントに接触したときに、調整可能な時間遅延の後に聴覚トーンが再生されるように、マスターコントロールプログラムを設定します。実験を開始する前に、各試行の設定、および制御条件と実験条件を指定するマスターコントロールプログラムの入力ファイルを作成します。運動意図、運動感覚、および仮想義足の表示された運動学との時間的ミスマッチの機関への寄与を解析するように設計された追加条件をプログラムする。たとえば、次の 5 つの条件、反対の動き、速すぎる、遅すぎる、遅延が発生し、フィードバックがないの使用を検討してください。各トライアルを開始するには、マスターコントロールプログラムの開始ボタンを押すと、仮想ハンドが開始位置に移動し、トライアルの開始を知らせます。最初の練習では、参加者に移動の終点まで手を動かして、仮想ディジットが10回の試行で仮想停止点に達した後、1,000ミリ秒の聴覚音を再生します。2回目の練習では、参加者が移動の終点まで手を動かします。300、500、および 700 ミリ秒の遅延間隔がそれぞれ少なくとも 5 回表示されるように、聴覚トーンをランダム化します。参加者が口頭で報告した時間遅延間隔の推定を記録する。最後に、各条件に対して15回の試験の実験セットを進めます。ランダム化された順序で条件を提示し、各条件の最後にアンケートを管理する。ここで、結果は、4つの機関の質問の平均スコア、ならびに各参加者の4つの制御質問、および各フィードバック条件によって示す。1 より大きい平均評価は、特定のステートメントとの合意を示し、ゼロは合意の中立性を示します。実際の時間間隔と知覚時間間隔の差は、3人の参加者にわたって平均化され、ベースラインフィードバック条件に対して相対的に表示されます。負の違いが大きすぎると、あまりにも速い状態など、暗黙の感覚が強いことを示します。さらに、これらの結果は、明示的および暗黙の機関の措置の比較を示しています。あまりにも速い状態は、明示的かつ暗黙的に、機関の最強の形成を実証しました。マイナーな変更は、タッチなどの追加のセンサーモダリティを研究するために私たちの技術を拡大することができ、どのように彼らは代理店に影響を与えます。また、四肢の所有権測定を追加すると、代理店と実施形態の間の相互関係を理解するのに役立ちます。この技術は、脳が意図した動きに対する著者を確立するために使用する本質的なメカニズム上の神経機械インターフェースにおける知覚運動フィードバックの役割の探求を可能にした。

characterization-sense-agency-over-actions-neural-machine-interface

Research

JoVE Journal

Behavior

行動

ニューラル·マシン·インターフェース（NMI）は、ユーザの移動モードを同定するために開発されてきた。これらのNMIは、動力義足の神経制御のための潜在的に有用であるが、十分に発揮されていない。本稿では、安全に下肢切断の患者に対する神経的制御の義足を評価するために、実験室環境での容易な実装と開発神経制御のパワー下肢義肢および（2）実験およびプロトコルのための（1）私たちの設計し、エンジニアリング·プラットフォームを発表かつ効率的に。...

エンジニアリング·プラットフォームおよび神経的に制御されたパワードTransfemoral人工関節の設計と評価のための実験プロトコール

義肢の発達が自然制御の目標に向かって進むにつれて、切断者の新たな運動技能を学ぶ能力を利用することで、習熟度が可能になるかもしれません。この原稿では、多機能補綴制御を改善するための、模倣、反復、強化学習戦略を含む構造化されたリハビリテーションプロトコルについて説明します。...

改良された多機能人工制御のための構造化リハビリテーションプロトコル：ケーススタディ

この記事では、ミラーの錯覚を使用して機械学習を用いた分析と心理物理手順を組み合わせた2次元平面上に固有受容ドリフトを推定する新規な方法を説明します。...

サポートベクターマシンを利用して2次元平面上の固有受容ドリフトのための可視化手法

デバイスは、素人観客に筋電図に基づく制御を示すため作成されました。デバイスの初期の成功の後 2...

バイオニック クリッカー マーク I ・ II

以下の原稿は、複合再生性末梢神経界(C-RPNI)と呼ぶ生物学的、閉ループ神経フィードバックシステムを開発するための新しい方法を説明する。この構造は、末梢神経と統合して効率のよい運動信号を増幅すると同時に、感覚的フィードバックを提供する能力を有する。...

成体ラットにおける複合再生性末梢神経インタフェース(C-RPNI)の作製

身体自意識に関する以前の研究では、自己および他の起源の動きは知覚的に区別できると仮定していましたが、このプロトコルは、意図しないわずかな動きを持つ仮想手であいまいになることを可能にします。これにより、SoAの不在ではなく、SoOや他の生産されたSoAによって形成された経験を観察することができます。...

自己と他の起源との間のあいまいな動きを持つ仮想手:所有権の感覚と「他の生産」機関

私たちは、密接なループで人体と心臓の信号をストリーミング、パラメータ化、分析、および変更する共適応インターフェースを構築するためのプロトコルと分析方法を提示します。このセットアップは、外部感覚入力を持つ人の末梢および中枢神経系から導き出された信号をインターフェースし、生物物理学的変化を追跡するのに役立ちます。...

クローズループインタフェースを用いた再パラメータ化周辺信号のリアルタイムプロキシ制御

この研究は、選択的神経伝達手術後の補綴物機能を高めるためのプロトコルを提示する。リハビリテーション介入には、患者の情報と選択、創傷治癒のサポート、上肢の感覚運動領域の皮質再活性化、選択的筋肉活性化の訓練、日常生活における義肢の取り扱い、および定期的なフォローアップ評価が含まれる。...

選択的神経伝達を受ける上肢切断者に対する治療介入

この原稿は、筋腱板再生末梢神経インターフェース(MC-RPNI)と呼ばれる生物学的末梢神経インターフェースを開発するための革新的な方法を提供します。 この外科的構成物は、関連する末梢神経の運動遠心性信号を増幅して、運動意図の正確な検出と外骨格デバイスの潜在的な制御を容易にすることができます。...

無傷の末梢神経信号の増幅のための筋腱板再生末梢神経インターフェース

本研究では、脳波患者向けのブレイン・コンピュータ・インターフェース(BCI)システムを導入し、脳波と眼電図の信号を組み合わせて上肢のロボットハンドを制御し、日常生活の活性化を図るシステムを紹介します。評価には、ベルリン脳卒中二手動試験(BeBiTS)を使用しました。...

脳卒中患者の日常生活向上のためのブレイン・コンピュータ・インターフェース制御上肢ロボットシステム

学ぶニューラルマシンインターフェースによる仮想義手の操作における主体性感覚の特性評価法。心理物理学的質問票と時間間隔推定を用いて、明示的・暗黙的な主体性体験を測定し、義手のフィードバック機構設計に活用する。

ニューラルマシンインターフェイス運営義足の操作上代理店の感覚の特性

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