7 stycznia 2019
Tutaj prezentujemy protokół, który charakteryzuje poczucie sprawczości rozwinięte nad kontrolą zmysłowych wirtualnych lub robotycznych protez rąk. Kwestionariusze psychofizyczne są stosowane w celu uchwycenia wyraźnego doświadczenia sprawczości, a oszacowania przedziałów czasowych (celowe wiązanie) są stosowane do niejawnego pomiaru poczucia sprawczości.
Prawdziwa wymiana kończyny wymaga zatarcia poznawczych linii percepcyjnych między mną a maszyną. Sprawczość jest kluczowym pomostem do postrzegania działań sztucznej kończyny jako generowanych przez siebie i intencjonalnych. Technika ta zapewnia unikalny wgląd w skuteczność poznawczej komunikacji percepcyjnej między człowiekiem a maszyną.
Metoda ta może zostać rozszerzona na dowolne badanie wpływu sprzężenia zwrotnego na sprawczość, na przykład w przypadku protez mioelektrycznych lub zasilanych przez ciało, stymulacji kory mózgowej, udaru, a nawet przeszczepów dłoni. Tę procedurę demonstrują Dylan Beckler i Zachary Thumser, inżynierowie pracujący w naszym laboratorium. Zaprowadź uczestnika do sali testowej i poproś go, aby usiadł przed monitorem.
Zacznij od wygenerowania percepcji kinestetycznej ręki za pomocą neuronowego interfejsu maszynowego uczestnika lub NMI i uchwyć kinematykę postrzeganego ruchu, prosząc uczestnika o zademonstrowanie tego, co czuje, używając nienaruszonej ręki. Użyj wirtualnej symulacji ręki lub protezy, aby odtworzyć kinematykę percepcji ruchu. Następnie skonfiguruj sprzęt, aby przechwytywać sygnały sterujące celowym ruchem ręki z NMI uczestnika.
Przyporządkuj ten sygnał sterujący do aktywności wirtualnej protezy. Następnie utwórz główny program sterujący, który koordynuje pozyskiwanie sygnału sterującego NMI, ruch wirtualnej protezy oraz generowanie kinestetycznych informacji zwrotnych NMI w czasie rzeczywistym. Wyświetl wirtualną protezę na monitorze i dostosuj jej rozmiar i położenie tak, aby była ustawiona zgodnie z lokalizacją brakującej kończyny.
Następnie renderuj obiekty, takie jak unoszące się piłki, w środowisku wirtualnym, aby obsługiwać punkty zatrzymania dla pozycji zamknięcia i otwarcia ręki. Na koniec skonfiguruj główny program sterujący w taki sposób, aby gdy wirtualne cyfry zetkną się z wirtualnymi punktami zatrzymania, po regulowanym opóźnieniu czasowym odtwarzany był sygnał dźwiękowy. Przed rozpoczęciem eksperymentu należy utworzyć plik wejściowy dla głównego programu sterującego, który określa ustawienia dla każdej próby, a także warunki kontrolne i eksperymentalne.
Zaprogramuj dodatkowe warunki mające na celu przeanalizowanie wkładu w sprawczość intencji motorycznej, czucia kinestetycznego i niedopasowania czasowego do wyświetlanej kinematyki wirtualnej protezy. Rozważ na przykład użycie następujących pięciu warunków: ruch przeciwny, zbyt szybki, zbyt wolny, opóźnienie początku i brak sprzężenia zwrotnego. Aby rozpocząć każdą próbę, należy nacisnąć przycisk start na głównym programie sterującym, który przesuwa wirtualną wskazówkę do pozycji startowej, sygnalizując rozpoczęcie próby.
W pierwszej sesji treningowej poproś uczestnika, aby poprowadził rękę do punktu końcowego ruchu i zagrał dźwięk słuchowy 1000 milisekund po tym, jak wirtualne cyfry osiągną wirtualny punkt zatrzymania przez 10 prób. W drugiej sesji treningowej ponownie poproś uczestnika, aby poprowadził rękę do punktu końcowego ruchu. Losowo dobieraj tony słuchowe tak, aby odstępy 300, 500 i 700 milisekund opóźnienia były prezentowane co najmniej pięć razy każdy.
Rejestruj ustnie zgłaszane przez uczestników szacunki dotyczące odstępu czasu opóźnienia. Na koniec przejdź do zestawów eksperymentalnych składających się z 15 prób dla każdego warunku. Przedstaw warunki w losowej kolejności i podaj kwestionariusz na końcu każdego warunku.
W tym przypadku wyniki wskazują średni wynik dla czterech pytań agencyjnych, a także czterech pytań kontrolnych dla każdego uczestnika i według każdego warunku informacji zwrotnej. Średnia ocena większa niż jeden oznacza zgodę na dane stwierdzenie, a zero oznacza neutralność zgody. Różnice między rzeczywistymi i postrzeganymi przedziałami czasowymi zostały następnie uśrednione dla trzech uczestników i są prezentowane w odniesieniu do wyjściowego warunku sprzężenia zwrotnego.
Większe negatywne różnice wskazują na silniejsze ukryte poczucie sprawczości, na przykład w przypadku zbyt szybkiego działania. Co więcej, wyniki te pokazują porównanie jawnych i ukrytych środków sprawczych. Zbyt szybki warunek świadczył o najsilniejszym kształtowaniu się sprawczości, zarówno jawnie, jak i niejawnie.
Drobne modyfikacje mogą poszerzyć nasze techniki o badanie dodatkowych modalności sensorycznych, takich jak dotyk, i ich wpływu na sprawczość. Ponadto, dodanie pomiarów własności kończyn może pomóc nam zrozumieć wzajemne relacje między sprawczością a ucieleśnieniem. Technika ta umożliwiła zbadanie roli percepcyjnego sprzężenia zwrotnego ruchu w neuronowym interfejsie maszynowym na wewnętrzny mechanizm, którego mózg używa do ustalenia autorstwa zamierzonych ruchów.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
To badanie przedstawia protokół charakteryzujący poczucie agencji w sterowaniu wirtualnymi lub robotycznymi protezami dłoni. Stosuje ono kwestionariusze psychofizyczne i oszacowania przedziałów czasowych, aby zmierzyć zarówno jawne, jak i ukryte doświadczenia związane z agencją.
Establishing a sense of agency over prosthetic limbs is critical for user acceptance and effective control in advanced upper-limb prosthetics. This method quantifies both explicit and implicit agency formation, providing a mechanistic de-risking step for neural-machine interface technologies. By linking perceptual feedback to authorship perception, it supports target validation and predictive confidence in prosthetic design pipelines.
This method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical validation, particularly for neuroprosthetic and neuromodulation programs.