감각 신경-기계 인터페이스 운영 무생물의 작업을 통해 기관의 특성

요약

여기 sensate 가상 또는 로봇 인공 손을 제어 개발 기관의 감각 특징 짓는 프로토콜 선물이. Psychophysical 설문 조사 기관의 명시적 경험을 잡으려고 고용 고 시간 간격이 견적 (의도적인 바인딩) 암시적으로 기관의 감각을 측정 하는.

초록

이 작품에는 암시적으로 sensate 가상 또는 로봇 인공 손의 신경-기계 인터페이스 (NMI) 제어 개발 기관의 감각을 특성화 한 방법론 프레임 워크를를 명시적으로 사용할 수 있는 설명 합니다. 기관의 형성은 우리가 우리 자신의 것으로 우리의 사지와 수행 하는 작업을 구별 하는에 기본적 이다. 이 같은 지 각 메커니즘에 고급 위 사지 무생물을 통합 하는 노력을 하 고, 여 우리 다리 제어를 위한 사용자의 기존 인식 프레임 워크에 인공 다리를 더 밀접 하 게 통합 시작할 수 있습니다. 이 사용자 수용, 사용, 및 고급 위 사지 무생물의 효과적인 제어를 홍보에 중요 한 의미를 갖는다. 이 프로토콜에 참가자는 가상 인공 손을 제어 하 고 그들의 기존 Nmi 통해 kinesthetic 감각 피드백을 받을. 일련의 가상 쥐고 작업 수행 되 고 섭 kinesthetic 피드백 및 가상 손 움직임을 체계적으로 소개 된다. 두 개의 별도 측정 기관 고용: psychophysical 설문 조사 (기관의 명시적 경험을 잡으려고) 및 시간 간격 추정 기관 (의도적인 바인딩)의 암시적 의미를 캡처 작업을 설립. 이 프로토콜의 결과 (설문지 점수와 시간 간격 추정) 기관 형성의 정도 계량 분석 될 수 있다.

서론

로봇 prostheses 될 점점 더 고급, 관련 감각 피드백의 중요성 성장을 계속할 것 이다. 감각 피드백 어떻게 인간 인식, 상호 작용 하 고 심지어 그들의 몸 스키마로 기계를 통합에 영향을 줍니다. 최근 NMI 기법 수 이제 보 철 다리 사용자 직관적인 컨트롤 제공 하 고 달성과 관련 된 감각 터치^{1,2,,34,,56 , 7} 과 kinesthesia (움직임 감지)^8,9 실종 사지에. 이 감각 정보 작업 중 인공 사지를 보고에서 제공 하는 시각적 정보와 결합 될 때 우리에 접근이 핵심 요소는 자기대의 구별을 알려-다른. 이 액세스를 활용 하는 보 철 다리 사용자에 게 도구 보다는 오히려 그들의 몸의 한 부분으로 운영 하는 인공 다리를 한 걸음 더 가까이가지....

프로토콜

이 프로토콜은 이전 승인 하 고 클리블랜드 클리닉의 인간 연구 윤리 위원회의 지침을 따릅니다.

1. 하드웨어와 소프트웨어는 NMI의

1. 그렇게 운동을 수행 하는 경우, 그들은 보고 느낌 그 운동을 완료 가상 족 각 개별 참가자의 NMI 컨트롤 및 피드백을 설정 합니다.
   1. 참가자의 NMI 통해 손 kinesthetic percept를 생성 하 고 그들이 어떤 느낌을 설명 하는 참가자를 함으로써 인식된 동작의 운동학을 캡처 그대로 그들의 손을 사용 하 여.
      참고: kinesthetic percept 운동학의 특성을 기술 다른 작품⁸ 에 설명 하 고 데이터 장갑 또는 광학 모션 캡처 시스템을 사용 하 여 얻을 수 있습니다.
   2. 가상 손/보 철 시뮬레이션을 사용 하 여 운동 percept 운동학을 재현.
   3. 참가자의 NMI에서 의도적인 손 움직임 제어 신호를 캡처 하드웨어를 설정 합니다.
   4. 가상 족의 활동에이 제어 신호를 매핑하십시오.
   5. NMI 제어 신호를 획득, 가상의 족의 움직임과 실시간으로 kinesthetic NMI 피드백의 생성을 조정 하는 마스터 제어 프로그램을 만듭니다.

결과

실험 프로토콜은 그들의 NMI⁸ (그림 1)는 sensate 가상 족 통해 운영 3 수족 참가자와 함께 수행 되었다. 설치 사용 참가자가 제어할 수 있는 가상 손³¹MuJoCo HAPTIX 물리 엔진 사용 하 여 프로그램 된 운동학 프로필을 통해 이동 합니다. 가상 손 위치를 공간적으로 일치 하는 그들의 없는 사지에 참가자 앞 가로 모니터에 표시 됩니다. NMI 참가자 신경 rewiring 수술 (대상된 reinnervation), 가상 손³²;의 직관적인 컨트롤을 제공 하는 표준 보 철 다리 myoelectric (EMG) 제어 전략 결합 했다 받은 이전 했다 따라서, 참가자 그들의 없는 손 개폐에 대 한 '생각'에 의해 가상 손을 드라이브 수 있습니다. 참가자 수술 마켓된.......

토론

여기 방법론 프레임 워크는 sensate prostheses 통해 Nmi 동안 형성 하는 기관의 경험 하 여. 이러한 맥락에서 기관 관계가 특히 지 각을 형성 하는 배경 인지 프로세스를 실제 행동 교량 으로입니다. 통해 참가자의 족 NMI, 우리는 기관의 감각을 설정 하는 핵심 요소 수에 대 한 직접 액세스: 의도, 모터 출력 및 운동 감각. 고급 보 철 다리 제어에 중요성의이 작품에서 제공 하는 도구 활용 어떻게 이러한 요소, 컨트롤의 사용자의 감각을 촉진 수도 고의 인지 통합의 작업에 대 한 이해를 잠금 해제에 대 한이 직접 액세스 그들의 족입니다.

강조 기법은 유연한 너무 오랫동안 그들은 실시간 perceptually 관련 제어 및 근육 감각 피드백에 대 한 기준을 충족 어떤 NMI 연구와 임상 보 철 시스템 채택 될 수 있다. 많은 Nmi에 내재 된 장점은 직관적인 제어 postamputation 남아 있는 신경 경로 활용 하 여 달성에 대 한 가능성입니다.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
LabVIEW 2015, Service Pack 1, Version 15.0.1f2 64-bit	National Instruments, Austin, TX, USA	정식 버전	우리는 LabVIEW에서 사용자 정의 소프트웨어를 작성하여 운동 감각 피드백으로 가상 보철물 제어를 조정하고 실험 조건을 제시하고 데이터를 기록했습니다.
8슬롯, USB CompactDAQ 섀시	National Instruments, 미국 텍사스주 오스틴	cDAQ-9178
± 60 V, 800 kS/s, 12 비트, 8 채널 C 시리즈 전압 입력 모듈	National Instruments, 미국 텍사스주 오스틴	NI-9221
100 kS/s/ch 동시; 10 V, 4-채널 C 시리즈 전압 출력 모듈	National Instruments, Austin, TX, USA	NI-9263
Custom Wearable Kinesthetic	Tactor HDT Global, Solon, OH, USA	N/A	이 제품은 맞춤 제작되었습니다. 운동 감각 피드백을 전달하는 다른 방법은 참가자가 가상 손의 움직임과 함께 실시간으로 움직이는 손의 감각을 느끼는 한 허용됩니다.
MuJoCo Physics Engine, HAPTIX Version	Roboti LLC, Redmond, WA, USA	mjhaptix150	MuJoCo의 최신 버전도 허용되어야 합니다. MPL 그리퍼 모델을 사용했습니다.
MyoBoy 배터리 소켓의 Otto Bock EnergyPack으로 구동되는 Myobock 전극	Ottobock, Duderstadt, Germany	전극: 13E200=60 배터리: 757B21 배터리 소켓: 757Z191=2	증폭, 필터링 및 정류된 EMG 또는 신경 제어 신호를 제공하는 모든 설정을 사용할 수 있습니다.