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Behavior

बेहतर Multifunctional प्रोस्थेटिक नियंत्रण के लिए एक संरचित पुनर्वास प्रोटोकॉल: एक केस स्टडी

Published: November 6, 2015 doi: 10.3791/52968

Abstract

रोबोटिक प्रणाली के क्षेत्र में अग्रिम multifunctional आंदोलनों का उत्पादन कर सकते हैं कि ऊपरी अंग के लिए कृत्रिम अंग में हुई है। हालांकि, इन परिष्कृत प्रणाली जटिल नियंत्रण योजनाओं को जानने के लिए ऊपरी अंग विकलांगों की आवश्यकता होती है। मनुष्य को नकली और अन्य शिक्षण रणनीतियों के माध्यम से नए आंदोलनों सीखने की क्षमता है। इस प्रोटोकॉल नकली, पुनरावृत्ति, और सुदृढीकरण सीखने शामिल है, और इस विधि multifunctional कृत्रिम नियंत्रण में सुधार कर सकते हैं अगर आकलन करना है जो एक संरचित पुनर्वास विधि का वर्णन है। एक कृत्रिम उपयोग में अनुभव के 4 साल के साथ, कोहनी ऐम्प्युटी नीचे छोड़ दिया है, इस मामले का अध्ययन में भाग लिया। इस्तेमाल किया कृत्रिम अंग कलाई रोटेशन के साथ एक माइकल एंजेलो हाथ था, और हाथ आंदोलनों की अधिक संयोजन अनुमति दी है जो कलाई बल और विस्तार की सुविधाओं को जोड़ा,। प्रतिभागी का साउथेम्प्टन हाथ मूल्यांकन प्रक्रिया स्कोर संरचित प्रशिक्षण के बाद 58-71 में सुधार हुआ। यह पता चलता है कि imit के एक संरचित प्रशिक्षण प्रोटोकॉलसमझना, पुनरावृत्ति और सुदृढीकरण के लिए एक नया कृत्रिम हाथ को नियंत्रित करने के लिए सीखने में एक भूमिका हो सकती है। एक बड़ा नैदानिक ​​अध्ययन लेकिन इन निष्कर्षों का समर्थन करने के लिए आवश्यक है।

Introduction

Amputees में हाथ समारोह की जगह एक कठिन प्रयास है। अत्यधिक कुशल हाथ आंदोलनों समन्वय एक जन्मजात क्षमता नहीं है, और विकसित करने के लिए सीखने का मनुष्य साल लग जाते हैं। 1-5 एक हाथ की दर्दनाक नुकसान के बाद, कृत्रिम तरीकों से इस क्षमता एक मामूली काम नहीं है नकल और निरंतर सीखने की अवधि की आवश्यकता हो सकती ।

प्रोस्थेटिक डिजाइन और उनके नियंत्रण के लिए interfacing तरीकों के लिए एक प्राकृतिक तरीके से multifunctional नियंत्रण के लक्ष्य के साथ तेजी से तकनीकी नवाचारों के अधीन हैं। इन नियंत्रण प्रणालियों की जटिलता amputees के लिए और अधिक कार्य प्रदान करने के लिए काफी हद तक बढ़ जाती है 6। इन प्रणालियों के सटीक नियंत्रण सुनिश्चित करने के लिए, और नई प्रौद्योगिकियों के परित्याग को कम करने, पर्याप्त प्रशिक्षण स्थापित करने की जरूरत है। इस तरह से यह amputees 'निहित सीखने की रणनीति पर आधारित है, तो और अधिक सफल होने की संभावना है।

विजन Le के दौरान एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैंहाथ आंदोलनों की arning। व्यवहार के अध्ययन दूसरों 7 का कार्य देख या दृश्य cues 8 का उपयोग करके पता चला है कि, सक्षम शरीर व्यक्तियों जानने के लिए और नए आंदोलनों समन्वय। अवलोकन, समझ और एक मनाया कार्रवाई के निष्पादन की एक प्रक्रिया के माध्यम से, व्यक्तियों दूसरों के कार्यों की नकल करने में सक्षम हैं। एक दर्पण न्यूरॉन सिस्टम (मनसे) में शामिल हो सकते हैं जो विशिष्ट Cortical नेटवर्क, इस क्षमता आबाद करने के लिए माना जाता है, और कृत्रिम अंग को नियंत्रित करने में एक भूमिका हो सकती है। 9-11

नकली की भूमिका सिर्फ पहले से ही देखा गया है कि कार्यों को क्रियान्वित करने के लिए सीमित है, लेकिन एक साथ मनसे के साथ अभी तक मनाया लेकिन पर्यवेक्षक की मोटर repetoire से extrapolated नहीं किया गया है कि आंदोलनों के निष्पादन की अनुमति नहीं दी जा सकती है। 12 दरअसल, नकली जरूरी नहीं हो सकता अनुभवी और परिष्कृत कार्यों के लिए नेतृत्व कि एक जन्मजात क्षमता है, लेकिन समय के साथ मोटर कौशल का एक accruement हो। 13 सेंटबस यूँ ही उन्हें कल्पना से अधिक है, कार्य देख के rength, नए कार्य सीखने में सुधार करने के लिए दिखाया गया है। 14 इस प्रकार, नकली प्रशिक्षण amputees के लिए एक व्यावहारिक दृष्टिकोण हो सकता है, सबूत पुनर्वास की स्थापना में लक्ष्य के साथ एक लक्ष्य निर्देशित प्रक्रिया 15 यह पता चलता है के रूप में की उपयोगी कृत्रिम हाथ समारोह सक्षम करने से।

पुनर्वास की पढ़ाई को अलग-अलग तरह के एक कृत्रिम हाथ की आभासी सिमुलेशन के रूप में दृश्य cues, पुनर्वास प्रशिक्षण के दौरान विकलांगों के लिए प्रोत्साहित कर दिखाया है। 16 इसके अलावा, एक अवरुद्ध प्रतिमान में आयोजित जब पुनरावृत्ति के उपयोग के ऊपरी अंग कृत्रिम का तेजी से सीखने को सक्षम करने के लिए दिखाया गया है आभासी सिमुलेशन myoelectric उपकरणों को नियंत्रित करने के लिए विकलांग-शरीर उपयोगकर्ताओं को सक्षम करने में कृत्रिम हाथ की वास्तविक नियंत्रण के रूप में समान रूप से कारगर साबित हो गई है जबकि 17 नियंत्रण।, मानकीकृत परिणाम उपायों का उपयोग amputees पर 18 उनके प्रभाव स्पष्ट नहीं है। अंत में, जहां ऊपरी अंग Ampu के लिए प्रोटोकॉलtation प्रशिक्षण कृत्रिम नियंत्रण के सीखने में नकली की भूमिका को स्पष्ट रूप से चर्चा नहीं है, मौजूद है। 19,20

नकली का उपयोग करते हैं, पुनरावृत्ति और सुदृढीकरण के साथ संयोजन में, एक संरचित प्रशिक्षण कार्यक्रम के हिस्से के रूप multifunctional कृत्रिम नियंत्रण की शिक्षा पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है, तो इस अध्ययन को समझने के लिए करना है।

एक multifunctional कृत्रिम हाथ का उपयोग करने के लिए प्रशिक्षित किया गया था, जो एक transradial ऐम्प्युटी के एक मामले में रिपोर्ट के साथ साथ है प्रस्तुत किया। प्रतिभागी को पहले से परंपरागत myoelectric कृत्रिम अंग संचालन के लिए आदी हो गया था। एक स्वस्थ प्रदर्शक के नकली और सरल रूप में कंप्यूटर दृश्य पर प्रतिक्रिया के रूप में दोनों, दृश्य संकेतों का उपयोग करना, ऐम्प्युटी जल्दी से अपने नए डिवाइस की हैंडलिंग में सुधार हुआ।

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Protocol

स्थानीय अनुसंधान नैतिकता समिति द्वारा अनुमोदित के रूप में इस अध्ययन, हेलसिंकी की घोषणा के अनुसार बाहर किया गया था। अध्ययन भागीदार स्वेच्छा से अध्ययन में भाग लेने के लिए और सूचित, लिखित सहमति से अपनी भागीदारी की पुष्टि करने के निर्णय का वजन करने के लिए समय की अनुमति देता है, पूर्व प्रारंभ करने के लिए भाग लेने के लिए पूर्ण विस्तार से समझाया गया था।

ध्यान दें: एक आदमी, वृद्ध 27 वर्ष, अध्ययन में भाग लिया। प्रतिभागी को एक अनुभवी उपयोगकर्ता (4 वर्ष कुल कृत्रिम अंग उपयोग), सामान्य सपना था एक नीचे कोहनी ऐम्प्युटी छोड़ दिया गया था, और था। इस अध्ययन वह एक दैनिक आधार पर इस्तेमाल किया कृत्रिम अंग शुरू करने से पहले 15 महीनों के लिए प्रति दिन 12-15 घंटे के लिए कलाई रोटेशन के साथ एक चैनल 4 myoelectric कृत्रिम हाथ था। प्रतिभागी के दाहिने हाथ में पहले से शल्य चिकित्सा द्वारा खंगाला, लेकिन कोई अन्य शारीरिक या न्यूरोलॉजिकल हानि की गई थी।

1. अध्ययन डिजाइन

  1. दो सत्रों में अध्ययन विभाजित: NA39; उपयोग किया है, और संरचित प्रशिक्षण के बाद का उपयोग करें।
    नोट: इस से पहले और क्रमश: प्रशिक्षण के बाद इंट्रा-विषय तुलना की अनुमति है।
  2. एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से इलाज किया जा इतनी के रूप में, इन दो सत्रों में कम से कम तीन महीने के अलावा हैं कि सुनिश्चित करें।
  3. दोनों सत्र की शुरुआत में, भाग लेने के लिए एक स्वनिर्धारित सॉकेट और कृत्रिम अंग फिट बैठते हैं। कृत्रिम हार्डवेयर और नियंत्रण एल्गोरिदम इस प्रोटोकॉल की सामग्री खंड में विस्तृत उन मैच सुनिश्चित करें। प्रतिभागी को सत्र के बीच में बीच के समय में अनुकूलित कृत्रिम अंग का उपयोग करने में सक्षम नहीं है कि सुनिश्चित करें।
  4. भोले सत्र और इस प्रोटोकॉल के संरचित प्रशिक्षण सत्र वर्गों में उल्लिखित चरणों अनुसार रोगी को प्रशिक्षित करना। इन सत्रों में से प्रत्येक की शुरुआत में, कृत्रिम हार्डवेयर जांचना। वास्तविक समय कृत्रिम नियंत्रण के लिए एकत्र अंशांकन डेटा का उपयोग करें।
  5. भोले सत्र और संरचित प्रशिक्षण सत्र पूरा हो जाने के बाद, देहात का आकलनसाउथेम्प्टन हाथ मूल्यांकन प्रक्रिया (शेप) परिणाम उपाय का उपयोग कर rticipant के प्रदर्शन। 23 (या तो प्रशिक्षण सत्र से पहले प्राप्त) प्रतिभागी का मानक कृत्रिम अंग का उपयोग कर एक आधारभूत उपाय करने के लिए Shap स्कोर की तुलना करें।

2. सामग्री

  1. एक कस्टम निर्मित सॉकेट के साथ भागीदार फिट बैठते हैं। निर्माता के निर्देशों के अनुसार एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कृत्रिम अंग संलग्न। हाथ कलाई मोड़, विस्तार और रोटेशन की अनुमति है कि प्रोटोटाइप घटकों के साथ कृत्रिम हाथ से लैस। यह स्वतंत्रता का 3.5 डिग्री (DoFs) (तालिका 1) के साथ हाथ को नियंत्रित करने के लिए भागीदार सक्षम बनाता है।
    नोट: इस प्रयोग में एक माइकेलएंजेलो हाथ (देखें सामग्री सूची) का इस्तेमाल किया गया था। एक साथ मानक पकड़ कार्यों के साथ कलाई रोटेशन, बल और विस्तार करने में सक्षम अन्य टर्मिनल उपकरणों को भी उपयुक्त होगा।
  2. स्टंप के आसपास आठ equidistantly रखा कच्चे संकेत इलेक्ट्रोड का उपयोग रिकार्ड ईएमजी का संकेत है,एक पर बोर्ड डिकोडिंग 1000 हर्ट्ज का नमूना दर पर प्रणाली और 10-बिट गहराई के साथ डिजीटल और। विक्रेता की विशेषताओं के अनुसार इलेक्ट्रोड स्वयं के भीतर प्रारंभिक छानने और प्रवर्धन प्रदर्शन करते हैं। अधिग्रहण हार्डवेयर के साथ संचार और एक वायरलेस कनेक्शन के माध्यम से कृत्रिम अंग को नियंत्रित करता है, जो मुख्य प्रसंस्करण, संचालन करने के लिए एक पर्सनल कंप्यूटर (पीसी) का प्रयोग करें।
    नोट: इस अध्ययन में सतह EMG इलेक्ट्रोड और इस्तेमाल पर बोर्ड डिकोडिंग प्रणाली (AxonBus) ओटो बोक से थे। इसी तरह के उपकरणों के अन्य निर्माताओं को भी उपयुक्त होगा। वायरलेस कनेक्शन ब्लूटूथ के माध्यम से किया गया था, और इसी तरह अन्य रूपरेखा लागू किया जा सकता है।

3. नियंत्रण एल्गोरिथ्म

  1. इस संदर्भ पर निर्भर आंदोलन के आकलन संभव हो गया था तो कई DoFs भर में एक साथ और आनुपातिक कृत्रिम नियंत्रण प्रदान करता है कि एक नियंत्रण एल्गोरिथ्म का प्रयोग करें। 21 इस अध्ययन में इस्तेमाल एल्गोरिथ्म प्रतिमान बनाने के लिए एक दो चरण निर्णय था।
  2. सभी चलाया हुआ ही इस dof आंदोलनों में शामिल है जो सिस्टम प्रशिक्षण, पर, एक आने वाली विद्युतपेशीलेख (ईएमजी) रिकॉर्ड है।
  3. पहले चरण में, प्रशिक्षण डेटा से नव गणना ईएमजी सुविधा वेक्टर के महालनोबिस दूरी पर आधारित इरादा गति के आंतरिक आयामी जानकारी का आकलन करें। उपयोगकर्ता की मंशा ठीक एक 1-DOF या एक मोटे एक साथ दो-DOF गति प्रदर्शन करने के लिए गया था कि क्या करने के रूप में एक फैसला करें।
    नोट: वर्ग के लिए एक सुविधा वेक्टर एक्स के महालनोबिस दूरी वर्ग के साथ मैं Σ मैं के रूप में गणना की है कि मैं और सहप्रसरण मैट्रिक्स वेक्टर μ मतलब:
    1 समीकरण
    Amsuess एट अल में वर्णित है, नव गणना की सुविधा वेक्टर उच्च आयामी अंतरिक्ष और प्रशिक्षित वर्ग बातों में से किसी के लिए बदल बिंदु के महालनोबिस दूरी के लिए मैप किया गया है नवीनता के लिए उपाय के रूप में लिया जाता है। 21 एक अनुभवकि दूरी के लिए निर्धारित सीमा नवीनता (2-dof) या नहीं (1-dof) के लिए निर्णय देता है।
  4. एक अनुक्रमिक आंदोलनों (SEQ-ई) और अन्य से निपटने के लिए एक साथ गतियों (सिम-ई) के साथ काम कर रहे हैं - - दूसरे चरण में, पिछले निर्णय के आधार पर दो समानांतर estimators से एक का उपयोग कृत्रिम अंग के लिए नियंत्रण संकेतों प्रदान करने के लिए।
    नोट: SEQ-ई सार में एक आनुपातिक आकलनकर्ता है (यानी, मांसपेशियों में संकुचन की शक्ति) आम स्थानिक पैटर्न (सीएसपी) 21 के आधार पर सिम-ई एक साथ कलाई के 2 DoFs steers जो एक रेखीय regressor है, जबकि।

4. सॉफ्टवेयर फ्रेमवर्क

नोट: कृत्रिम हार्डवेयर और एम्बेडेड नियंत्रण एल्गोरिथ्म के बीच संचार के इस अध्ययन की अनुमति दी हैंडलिंग में इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर ढांचा। यह भी प्रतिभागी प्रशिक्षण अधिकतम करने के लिए की जरूरत नेत्रहीन सहायक प्रशिक्षण उपकरण की पेशकश की।

  1. जड़ ई के वर्ग (आरएमएस) मतलब प्रदर्शित करेंएमजी संकेतों इलेक्ट्रोड स्थान के एक समारोह के रूप में ईएमजी आयाम की एक ध्रुवीय साजिश का एक रूप में 8 equidistantly रखा इलेक्ट्रोड से एकत्र की। यह दृश्य प्रतिक्रिया प्रकोष्ठ की अनुप्रस्थ विमान में ईएमजी के स्थानिक वितरण की आसान निगरानी में सक्षम बनाता है। इस तरह के एक सेटअप का उपयोग करना, प्रयोक्ता की गतियों की प्रत्येक जिससे उसके बचाया और विशिष्ट इशारे के repeatability के लिए प्रशिक्षित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जो ध्रुवीय साजिश में एक विशिष्ट स्वरूप 22 बटोर सकते हैं।
    । ढांचे मानक पैटर्न मान्यता ढंग से ईएमजी डेटा के संग्रह के लिए सक्षम बनाता है ईएमजी चैनलों आरएमएस से प्रत्येक के लिए 23 मिसे 40 से अधिक के रूप में गणना की है: नोट
    2 समीकरण
    हर पहनावा खिड़की के लिए टिप्पणियों में जिसके परिणामस्वरूप।
  2. प्रारंभिक जांच के लिए प्रत्येक के लिए अधिक से अधिक लंबी अवधि के स्वैच्छिक संकुचन (MLVC) मूल्यों गति इरादा इकट्ठा। प्रदर्शन करने के लिए प्रदर्शक के हाथ का उपयोग करके भागीदार को संकेत दें5 सेकंड के लिए मुखर और दृश्य हिदायत दे रहे थे वांछित गति।
  3. अंशांकन के बाद, trapezoidal संकेतों के एक सेट के साथ प्रतिभागी उपस्थित थे। ये बल प्रोफाइल 30%, 60% और calibrated अधिकतम के 90% से कम पठारों सेट होते हैं।
  4. प्रत्येक परीक्षण के भीतर, के लिए प्रेरित गति (चित्रा 1) के बल स्तर नियमन द्वारा क्यू के साथ लाल सूचक बधिया करने के लिए भागीदार हिदायत। सूचक के ऊर्ध्वाधर स्थिति सभी आठ चैनलों में अभिव्यक्त किया आरएमएस मूल्यों से मेल खाती है। पठार अंतराल बीच 3 सेकंड के लिए इसी के साथ 5 सेकंड के लिए परीक्षण की अवधि निर्धारित करें।

5. भोले सत्र

नोट: भोले प्रशिक्षण सत्र के दौरान प्रतिभागी इस अध्ययन में इस्तेमाल कृत्रिम नियंत्रण योजना का कोई पूर्व अनुभव नहीं था।

  1. प्रतिभागी किसी भी औपचारिक नैदानिक ​​प्रशिक्षण देते हैं, लेकिन केवल हिदायत नहीं है कि एक एक आराम की स्थिति है, जिसमें से अवशिष्ट अंग, 8 कार्यों,एक कंप्यूटर स्क्रीन पर एक दृश्य लक्ष्य के नियंत्रण की अनुमति देगा। इन कार्यों क्लासिक पैटर्न मान्यता में इस्तेमाल उन कृत्रिम नियंत्रण 23 के लिए दृष्टिकोण के समान हैं, और उन तरीकों के लिए इस अध्ययन में भागीदार पिछले अनुभव के लगभग 60 घंटा थी।
  2. एक दृश्य संकेत (चित्रा 1) का पालन करते हुए पाठ और एक स्थिर चित्र के मामले में स्क्रीन पर आवश्यक आंदोलनों प्रदर्शित करें।
  3. प्रतिभागी आठ विशेष और अद्वितीय ध्रुवीय भूखंडों (चित्रा 2) के अनुरूप जो उसकी ईएमजी सक्रियण पैटर्न, दिखाओ।
  4. दृश्य संकेत का पालन करने के लिए भागीदार के लिए प्रोत्साहित करने के लिए श्रव्य निर्देशों का उपयोग करें। संरचित प्रशिक्षण सत्र में प्रयोग किया जाता है, तो ये श्रव्य निर्देश समान होना चाहिए।
  5. (सामने तक पहुँचने के पार पहुंचने, आराम) प्रणाली के प्रशिक्षण को बढ़ाने के लिए विभिन्न हाथ पदों के साथ कार्यों को तीन बार दोहराएँ। एक बार सभी हाथ पोजीशन कवर कर रहे हैं 8 विभिन्न कार्यों और तीन बल के स्तर, देखते हैं कि मन में रखोसिस्टम प्रशिक्षण इनपुट 72 अलग-अलग नमूनों की कुल करने के लिए रकम।
  6. एक बार जब पूरा, भागीदार Shap परिणाम मूल्यांकन पूरा करने से पहले वास्तविक समय नियंत्रण अभ्यास करने का अवसर देते हैं।
  7. भोले सत्र के अंत से परे अनुकूलित कृत्रिम अंग और नियंत्रण एल्गोरिदम करने के लिए पहुँच नहीं है भागीदार सुनिश्चित करें।

6. संरचित प्रशिक्षण सत्र

  1. तीन महीने भोले सत्र के बाद, एक संरचित प्रशिक्षण सत्र प्रदर्शन करते हैं।
  2. निम्नलिखित आदेश दिया कदम (चित्रा 3) में सत्र संरचना:
    1. नकली के लिए, भागीदार हिदायत को सीधे वांछित आठ कार्यों की नकल वास्तविक समय में प्रदर्शक के द्वारा प्रदर्शन (1 टेबल)। 3 सेकंड के लिए प्रत्येक कार्य का निष्पादन करें।
    2. पुनरावृत्ति के लिए, 10 बार नकल गया है कि कार्रवाई को दोहराने के लिए भागीदार पूछते हैं, इसलिए प्रत्येक कार्य 30 सेकंड के लिए किया जाता है।
    3. सुदृढीकरण और कंप्यूटर व्यवस्था के लिएमंदिर प्रशिक्षण, कि वास्तव में भोले सत्र के रूप में एक ही सेटअप है, अब कंप्यूटर के दृश्य प्रतिक्रिया के साथ संलग्न करने के लिए भागीदार पूछो। इन दो वर्गों के बीच कोई अंतर नहीं है कि सुनिश्चित करें।
    4. कृत्रिम नियंत्रण के लिए, परिणाम मूल्यांकन पूरा करने से पहले अनुकूलित कृत्रिम अंग के वास्तविक समय नियंत्रण का अभ्यास करने के लिए भागीदार पूछो।
  3. नकली दौरान, प्रदर्शक से एक 45 डिग्री के कोण पर प्रतिभागी सीट और सभी कार्यों (चित्रा 4) के दौरान प्रतिभागी के प्रभावित पक्ष मिलान प्रदर्शक के हाथ की एक पूर्ण और अबाधित दृश्य के साथ प्रदान करते हैं। एक कंप्यूटर स्क्रीन से कोई दृश्य cues इस समय भाग लेने के लिए उपलब्ध होना चाहिए।
  4. पुनरावृत्ति के लिए, भागीदार की कार्रवाई के दौरान प्रत्येक आंदोलन (चित्रा 4) के ध्रुवीय भूखंडों का प्रतिनिधित्व के रूप प्रदर्शक इसी ईएमजी गतिविधि का पालन किया है। प्रदर्शक participan निर्धारित किया है कि एक बारटी, एक आंदोलन के लिए अनूठा और repeatable ईएमजी सक्रियण पैटर्न का उत्पादन किसी भी दृश्य cues के बिना 30 सेकंड के लिए कार्यों को दोहराने के लिए प्रतिभागी पूछ सकते हैं।
    नोट: वहाँ 8 अद्वितीय कार्यों की कुल रहे हैं - उनमें से सात (कलाई pronation / supination, कलाई मोड़ / विस्तार, हाथ खुला, कुंजी पकड़ और ठीक चुटकी) मांसपेशी सक्रियण की आवश्यकता होती है, और एक स्थिर आराम से राज्य का प्रतिनिधित्व करता है, जो कोई कार्रवाई नहीं की जा रही आठवीं।
  5. सुदृढीकरण और कंप्यूटर प्रणाली के प्रशिक्षण के बाद, कंप्यूटर स्क्रीन पर आठ अद्वितीय और विशिष्ट ध्रुवीय भूखंडों के अनुरूप जो भोले सत्र (चित्रा 3) में देखा गया था, बिल्कुल के रूप में उनकी आठ कार्यों के दृश्य प्रतिक्रिया के साथ भागीदार प्रस्तुत करते हैं। धुन प्रदर्शन करने के लिए, एक आंदोलन के लिए 2-4 प्रयासों के बीच आम तौर पर, शिक्षण को सुदृढ़ करने के लिए दर्ज की गति ओवरले के साथ वास्तविक समय ध्रुवीय भूखंडों को देखते हुए कार्रवाई करने के लिए भागीदार पूछो। एक बार आश्वस्त भागीदार तो perf थे कि उसी कार्यों को पूरा कर सकते हैं भोले सत्र में ormed।

7. कृत्रिम नियंत्रण

  1. जांचना और वास्तविक समय नियंत्रण के लिए कृत्रिम अंग को समायोजित करने के लिए प्रत्येक सत्र से प्रशिक्षण डेटा सेट का प्रयोग करें।
  2. प्रारंभ में, केवल प्रतिभागी अनुक्रमिक आनुपातिक नियंत्रण, मांसपेशियों में संकुचन के स्तर के लिए आनुपातिक डिवाइस की गति के साथ एक समय में यानी, एक आंदोलन द्वारा कृत्रिम अंग नियंत्रित करने के लिए अनुमति देते हैं।
  3. आठ कार्यों में से प्रत्येक एक repeatable और विश्वसनीय ढंग से प्रदर्शन कर रहे हैं एक बार, एक समय में कलाई की एक से अधिक आंदोलन की अनुमति, आनुपातिक और एक साथ नियंत्रण करने के लिए नियंत्रण योजना स्विच।
  4. इस तरह के (2 के प्रयास पर्याप्त है) उसकी तरफ से यह एक बोतल उठा और बिछाने के रूप में भागीदार अभ्यास सरल कार्य है। परिणाम मूल्यांकन किया जाता है से पहले आराम की अवधि की अनुमति दें। इस अध्ययन, भोले सत्र के लिए बाकी के 2 घंटा, और संरचित सत्र के लिए बाकी के 24 घंटा के मामले में।
itle "> 8। परिणाम माप

  1. हाथ और ऊपरी सिरा समारोह बारीकी से दैनिक जीवन (ADLs) की गतिविधियों से संबंधित नज़र रखता है जो शेप, का उपयोग कर भोले और संरचित प्रशिक्षण सत्र में दोनों वैश्विक ऊपरी सिरा समारोह का मूल्यांकन। शेप में निष्पादित कार्यों छेड़खानी प्रकाश और भारी वस्तुओं, साथ ही इस तरह के एक चाकू या नाश बटन के साथ एक वस्तु को काटने के रूप ADL के कार्य शामिल हैं। Shap रोग और कृत्रिम हाथ समारोह के आकलन के लिए मान्य किया गया है। 24
    नोट: इस अध्ययन में भागीदार नियमित रूप से अपने नैदानिक ​​टीम ने इस परिणाम उपाय के साथ पीछा किया गया था के रूप में यह माप चुना गया था।

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Representative Results

परीक्षण करने के लिए 8 महीने पहले चिकित्सीय स्टाफ द्वारा मापा जाता है, जब उसकी दैनिक कृत्रिम अंग के साथ भागीदार के आधारभूत Shap प्रदर्शन 81 था। 100 का शेप स्कोर सक्षम शरीर हाथ समारोह का प्रतिनिधित्व करता है। 24 प्रतिभागी और अधिक उन्नत कृत्रिम अंग नियंत्रण प्रणाली के साथ भोले सत्र के दौरान 58 की एक समग्र Shap स्कोर बनाए थे। हालांकि, 3 महीने बाद और नई प्रणाली के साथ आगे कोई बातचीत के साथ, एक तरफ संरचित प्रशिक्षण से, प्रतिभागी ही उन्नत प्रणाली (तालिका 2) के साथ 71 के एक Shap स्कोर हासिल की।

समग्र Shap स्कोर कार्यात्मक प्रोफ़ाइल आकलन में टूट गया था, यह प्रतिभागी तिपाई समझ को छोड़कर सभी कार्य समूहों (गोलाकार, बिजली, टिप, पार्श्व और विस्तार मुट्ठी) में अच्छा प्रदर्शन किया था कि मनाया गया। हालांकि, सबसे बड़ा मनाया सुधार नए नियंत्रण योजना और कृत्रिम अंग उसकी परंपरा, जबकि प्रदान की है कि एक समारोह में, विस्तार के दौरान किया गयाअल कृत्रिम अंग (चित्रा 5) नहीं था। यह भी आधारभूत या भोले सत्र से संरचित प्रशिक्षण सत्र के बाद बेहतर था जो गोलाकार मुट्ठी में सुधार करने के लिए योगदान हो सकता है। इसके अलावा इस तरह सुराही और गत्ते का डिब्बा के रूप में कलाई और हाथ की संयुक्त आंदोलनों, जो इसमें शामिल जटिल ADL आंदोलनों, उन्नत कृत्रिम प्रणाली का उपयोग कर संरचित प्रशिक्षण सत्र के बाद सबसे अच्छा मार डाला गया डालने के लिये।

चित्र 1
चित्रा भागीदार सुदृढीकरण और सिस्टम प्रशिक्षण के लिए इस्तेमाल दृश्य cues 1. उदाहरण। नीले लक्ष्य प्रोफ़ाइल एक निश्चित आंदोलन के दौरान उत्पादन ईएमजी संकुचन के वांछित स्तर का प्रतिनिधित्व करता है। लाल ट्रैकिंग लाइन भागीदार के प्रयासों का प्रतिनिधित्व करता है। इस फाई का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करेंGure।

चित्र 2
चित्रा 2. सक्रिय आंदोलनों के लिए प्रोफाइल, नकली कार्य के दौरान प्रतिभागी द्वारा उत्पादित व्यक्ति आंदोलनों की, के रूप में ध्रुवीय-भूखंडों के लिए भेजा। ये सिस्टम प्रशिक्षण के दौरान प्रबलित और अंततः कृत्रिम हाथ को नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल किया गया। कि बाकी है या नहीं, आंदोलन एक अनूठी कार्रवाई माना जाता है, और एक ओवरले का उत्पादन नहीं करता जैसे। है, कृपया ध्यान दें यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. यह योजनाबद्ध संरचित प्रशिक्षण सत्र का प्रतिनिधित्व करता है। भागीदार पहले मनाया जाता है और प्रदर्शक की कार्रवाई नक़ल। हाय देखने से पहलेएक कंप्यूटर स्क्रीन पर रेखांकन के रूप में प्रदर्शन, वह कोई दृश्य प्रतिक्रिया के साथ सीखा आंदोलनों को दोहराया। सीखा आंदोलनों दर्ज ईएमजी पैटर्न के लिए मांसपेशियों में संकुचन मेल द्वारा प्रबलित, और फिर multifunctional कृत्रिम नियंत्रण सक्षम है, जो सिस्टम के नियंत्रण एल्गोरिदम, प्रशिक्षित करने के लिए इस्तेमाल किया गया।

चित्रा 4
संरचित प्रशिक्षण सत्र के दौरान चित्रा 4. प्रायोगिक स्थापना। भागीदार नकली दौरान प्रदर्शक के बाएं हाथ की एक पूर्ण और अबाधित दृश्य था। पुनरावृत्ति चरण के दौरान, प्रदर्शक प्रतिभागी के आंदोलनों नकली चरण के दौरान उत्पादन संकुचन से मिलान सुनिश्चित करने के लिए श्रव्य शिक्षा देना होगा। अंत में, सिस्टम प्रशिक्षण के दौरान, आंदोलनों भागीदार और प्रदर्शक दोनों को कंप्यूटर स्क्रीन पर प्रदर्शित किया गया है कि दृश्य cues का उपयोग कर प्रबलित रहे थे।


चित्रा 5. बीच समग्र Shap स्कोर के टूटने, आधारभूत (बीएल) भोले सत्र (एन एस) और संरचित प्रशिक्षण सत्र (अजजा)। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

प्रोस्थेटिक समारोह प्रेत अंग मोशन
Pronation पूरी तरह से आराम उंगलियों के साथ अंदर की ओर कलाई रोटेशन
Supination पूरी तरह से आराम उंगलियों के साथ बाहर की तरफ कलाई रोटेशन
बल Ulnar विचलन
एक्सटेंशन कलाई विस्तार
पलमार पकड़ अँगूठा अड्डूction थोड़ा हाथ के पीछे की ओर पीछे को पार
ललित चुटकी पहले तीन अंगुलियों को अंगूठे का विपक्ष, छोटी उंगली का थोड़ा विस्तार
खुले हाथ मध्य तीन अंक के विस्तार पर ध्यान देने के साथ हाथ का उद्घाटन
कोई संचलन नहीं हाथ और कलाई की पूर्ण विश्राम

प्रतिभागी visualizing और उसकी शेष शारीरिक रचना के साथ क्रियान्वित करने में सक्षम था, जो प्रेत अंग गतियों, के लिए मैप तालिका 1. वांछित कृत्रिम कार्य करता है।

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काटना 18.15 27.47 25.59 ट्रे लिफ्ट 3.97 7.25 5.5
पृष्ठ मोड़ 8.18 11.97 5.19 कुंजी 4.82 9.25 6.03
जार ढक्कन 2.93 3.3 2.38 ज़िप 4.83 10.59 7.31
घनघोर सुराही 10.16 8.93 पेचकश 10.1 25.31 15.31
घनघोर कार्टन 1 1 11.35 9.72 दरवाजे का हैंडल 2.24 3.53 2.75
Shap स्कोर 81 58 71

संरचित प्रशिक्षण सत्र (अजजा) के बाद भोले सत्र (एन एस) के दौरान भाग लेने के लिए तालिका 2 Shap परिणाम, 3 महीने बाद, उसकी आधारभूत (बीएल)। की तुलना * भागीदार केवल संरचित प्रशिक्षण में प्रकाश पार्श्व कार्य कमजोर प्रदर्शन भोले सत्र की तुलना में सत्र। समग्र Shap स्कोर 100 से बाहर है।

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Discussion

हमारा निष्कर्ष संरचित प्रशिक्षण एक ही सत्र के दौरान एक multifunctional कृत्रिम हाथ के नियंत्रण में सुधार में मदद मिली है कि इस अध्ययन में भाग लेने के लिए सुझाव देते हैं। यहां इस्तेमाल किया संरचित कार्यक्रम प्रतिभागी अपने परंपरागत कृत्रिम हाथ के साथ पूरा करने में सक्षम नहीं था कि नकली, पुनरावृत्ति और हाथ आंदोलनों के सुदृढीकरण का एक संयोजन था।

प्रतिभागी Shap टेस्ट में अपनी परंपरागत कृत्रिम अंग के साथ अधिक रन बनाए हालांकि, यह है कि वह आम तौर पर 15 महीने की अवधि में प्रति दिन 12-15 घंटे के बीच उस डिवाइस पहना था कि ध्यान देने योग्य है। आधारभूत Shap स्कोर के दस्तावेज के रूप में, यह है कि वह सीखा है और एक बहुत ही लंबी सीखने की अवधि के बाद अपने परंपरागत कृत्रिम अंग के आदी हो गया था कि स्पष्ट है। उसके परंपरागत कृत्रिम अंग के लिए इतना आदी होने के बाद multifunctional हाथ करने के लिए स्विच करने में कठिनाई भोले सत्र में मनाया प्रदर्शन में तेज गिरावट से बल दिया गया। सबूत के रूप में यह अपेक्षा की गई थीएक व्यक्ति नई मोटर कौशल सीखता है, के रूप में वे कार्यों की एक आंतरिक मॉडल प्रदर्शन किया जा रहा है कि विकास uggests। 25 गड़बड़ी के कुछ फार्म में इस तरह के प्रभाव के बाद नए नियंत्रण आदानों की आवश्यकता होती है एक नया कृत्रिम अंग को बदलने के रूप में, यह आंतरिक मॉडल में होती है तो सीखने की शेप परीक्षण द्वारा अनुरोध कार्यों में से कुछ में हमेशा की तरह अपने डिवाइस को मात करने के लिए संरचित प्रशिक्षण का एक ही सत्र की अनुमति दी, फिर भी। प्रतिभागी 26 एक नई आंतरिक मॉडल बनाया है, जबकि फैलने के लिए कुछ समय लगेगा, और पास के समग्र स्कोर पर पहुँचने के लिए कि पारंपरिक डिवाइस के साथ प्राप्त की। प्रोटोकॉल की धारा 6 में उल्लिखित के रूप में संरचित प्रशिक्षण के उपयोग के कुशल नियंत्रण हासिल करने के लिए भागीदार सक्षम हो सकता है कि महत्वपूर्ण कदम हो सकता है।

विकलांगों के लिए एक नया कार्य सीखने के जोड़ों के आसपास तंत्रिका रिसेप्टर्स की अनुपस्थिति से और स्थितीय और आंदोलन परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हैं, जो मांसपेशियों में जटिल है। 27 Thesई proprioceptors उनके हाथ दृष्टि के उपयोग के बिना उनके शरीर के संबंध में हैं, जहां पता करने के लिए सक्षम शरीर मनुष्य सक्षम। एक अंग खो दिया है, इन proprioceptors खो रहे हैं 28, सामान्य परिस्थितियों में से नियंत्रण में एक मजबूत भूमिका निभाने के लिए दृष्टि अग्रणी। Amputees केवल हाथ गतिविधियों पर नियंत्रण है, लेकिन यह भी नेत्रहीन प्राप्त की है कि अन्य की तुलना में कोई प्रतिक्रिया देता है कि एक उपकरण का उपयोग कर ऐसा करने के लिए है कि कैसे relearn नहीं होना चाहिए। यह सीखने की प्रक्रिया को और अधिक कठिन बना देता है।

जैसे, कोई स्पर्श या प्रग्राही प्रतिक्रिया प्रदान करते हैं कि कृत्रिम अंग का उपयोग करने वाले किसी भी प्रशिक्षण रणनीतियों दृश्य प्रतिक्रिया पर जोर देने के लिए जगह चाहिए। हमारे मामले में, हम वांछित आंदोलनों की नकल का उपयोग कर ऐसा करने का प्रयास किया। नकली की जटिलता तंत्रिका प्रक्रिया के वितरित प्रकृति द्वारा उदाहरण है। 29,30 अलग-अलग क्षेत्रों ललाट में, लौकिक और पार्श्विका लोब दूसरों 31,32 की गति मानता है और फिर एकीकृत करने के लिए जिम्मेदार माना जाता हैएक उचित मोटर प्रतिक्रिया में यह जानकारी। 9,33,34 यह प्रतिभागी का वयस्कता में विकास, और पूर्व विच्छेदन, सीखा हाथ आंदोलनों प्रदर्शन करने के लिए आवश्यक तंत्रिका सर्किट के दौरान स्पष्ट रूप से परिभाषित हो गया था कि संभावना है इतना तो है कि प्राकृतिक हाथ आंदोलनों तेजी से और सहज थे। विच्छेदन के बाद शरीर रचना विज्ञान के विरूपण नई तंत्रिका सर्किट उसके परंपरागत कृत्रिम अंग के नियंत्रण को सक्षम करने के लिए गठित किया जाना आवश्यक हो सकता है। शेप में सुधार, संरचित प्रशिक्षण सत्र के बाद स्कोर इन तंत्रिका सर्किट अनुभव की कमी के बावजूद नई कृत्रिम नियंत्रण रणनीति को अनुकूल करने के लिए पर्याप्त निंदनीय थे कि पता चलता है।

यह भागीदार आंतरिक हाथ आंदोलनों कल्पना और उचित मांसपेशियों में संकुचन उत्पन्न करने के लिए नकली का कार्य उसे अनुमति दी है कि टिप्पणी की है कि ध्यान देने योग्य है। उन्होंने कहा कि इस अधिक सहज केवल दृश्य प्रतिनिधि को उसके संकुचन मिलान से पायाएक कंप्यूटर स्क्रीन पर माहौल। यह भी amputees अन्य कृत्रिम उपयोगकर्ताओं से जानने के लिए पसंद किया जाता है। इस अध्ययन में इस्तेमाल 11 डिवाइस और नियंत्रण एल्गोरिदम दोनों उपन्यास थे। जैसे प्रदर्शनकारियों के रूप में कार्य कर सकता है जो कोई पिछले अनुभवी amputees थे। इस प्रोटोकॉल के लिए भविष्य में सुधार इस प्रकार के कार्यों का प्रदर्शन एक अनुभवी ऐम्प्युटी नक़ल करने के लिए होने से लाभ होगा।

इस अध्ययन संरचित प्रशिक्षण का लाभ दिखाया है, जबकि डिजाइन नकली, पुनरावृत्ति, सुदृढीकरण या सभी तीन सीखने की रणनीति के संयोजन अंतिम परिणाम उपाय के लिए योगदान दिया कि क्या यह निर्धारित करने के लिए पर्याप्त नहीं था। इसके बजाय, इस मामले का अध्ययन उन्नत कृत्रिम नियंत्रण में शामिल तंत्रिका circuitry जांच करने के लिए आगे काम के लिए आधार तैयार करती है।

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Disclosures

लेखकों ने प्रतिस्पर्धी वित्तीय हितों की अनुपस्थिति की घोषणा की।

Acknowledgments

लेखकों के लिए इस अध्ययन में भागीदार द्वारा इस्तेमाल किया सॉकेट निर्माण के लिए श्री हंस Oppel और ओटो Bock हेल्थकेयर उत्पाद जीएमबीएच के अपने कृत्रिम तकनीशियनों को धन्यवाद देना चाहते हैं। इस अध्ययन में आर्थिक रूप से ईआरसी उन्नत अनुदान DEMOVE के माध्यम से यूरोपीय अनुसंधान परिषद (ईआरसी) (नंबर 267,888), अनुसंधान और प्रौद्योगिकी के विकास के लिए ऑस्ट्रिया परिषद, और विज्ञान, अनुसंधान और अर्थव्यवस्था की ऑस्ट्रियाई संघीय मंत्रालय द्वारा समर्थित किया गया।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Michelangelo Hand Otto Bock Healthcare Products GmbH, A 8E500=L-M
AxonRotation Otto Bock Healthcare Products GmbH, A 9S503
Wrist Flexor Otto Bock Healthcare Products GmbH, A prototype unit
AxonMaster Otto Bock Healthcare Products GmbH, A 13E500
Electrode Otto Bock Healthcare Products GmbH, A 13E200=50AC
ScissorFenceElectrodeCarrier Otto Bock Healthcare Products GmbH, A prototype unit
Acquisition Software Otto Bock Healthcare Products GmbH, A prototype unit
Carbon shaft Otto Bock Healthcare Products GmbH, A prototype unit

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References

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व्यवहार अंक 105 पुनर्वास कृत्रिम अंग ऊपरी अंग ऐम्प्युटी नियंत्रण नकली हाथ
बेहतर Multifunctional प्रोस्थेटिक नियंत्रण के लिए एक संरचित पुनर्वास प्रोटोकॉल: एक केस स्टडी
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Roche, A. D., Vujaklija, I.,More

Roche, A. D., Vujaklija, I., Amsüss, S., Sturma, A., Göbel, P., Farina, D., Aszmann, O. C. A Structured Rehabilitation Protocol for Improved Multifunctional Prosthetic Control: A Case Study. J. Vis. Exp. (105), e52968, doi:10.3791/52968 (2015).

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