As prosthetic development moves towards the goal of natural control, harnessing amputees’ inherent ability to learn new motor skills may enable proficiency. This manuscript describes a structured rehabilitation protocol, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning strategies, for improved multifunctional prosthetic control.
Framsteg inom robotsystem har resulterat i proteser för övre extremiteterna som kan producera multifunktionella rörelser. Dessa sofistikerade system kräver övre extremiteten amputerade att lära sig komplexa styrscheman. Människan har förmågan att lära sig nya rörelser genom imitation och andra inlärningsstrategier. Detta protokoll beskriver en strukturerad rehabiliteringsmetod, som omfattar imitation, upprepning och förstärkning lärande och syftar till att bedöma om denna metod kan förbättra multifunktionella protes kontroll. En vänster under armbågen amputee, med 4 års erfarenhet av protes bruk, deltog i denna fallstudie. Protesen som användes var en Michelangelo hand med handleden rotation och de nya funktionerna i handleden böjning och sträckning, vilket gjorde fler kombinationer av handrörelser. Deltagarens Southampton Hand Assessment Procedure poäng förbättrades 58-71 efter strukturerad utbildning. Detta tyder på att en strukturerad utbildning protokoll IMITation, upprepning och förstärkning kan ha en roll i att lära sig att styra en ny protes hand. En större klinisk studie dock krävs för att stödja dessa fynd.
Byte av handfunktion i amputerade är en svår strävan. Samordna högutbildade handrörelser inte är en medfödd förmåga, och tar människor år att lära sig att utvecklas. 1-5 Efter den traumatiska förlusten av en hand, replikerar denna förmåga genom protes medel är inte en trivial uppgift och kan kräva en period av ihållande inlärning .
Prosthetic design och gränssnitt metoder för deras kontroll är föremål för snabba tekniska innovationer, med målet att multifunktionella kontroll på ett naturligt sätt. 6 komplexiteten hos dessa styrsystem ökar kraftigt för att ge fler funktioner för amputerade. För att säkerställa en noggrann kontroll av dessa system, och för att minska övergivande av ny teknik behöver adekvat utbildning upprättas. Detta kommer sannolikt att bli mer framgångsrik om den bygger på Amputees inneboende inlärningsstrategier.
Vision kan spela en viktig roll under learning av handrörelser. Beteendestudier har visat att genom att observera andras handlingar 7 eller med hjälp av visuella ledtrådar 8, arbetsföra individer lär och samordna nya rörelser. Genom en process av observation, förståelse och genomförande av en observerad handling, individerna kan imitera andras handlingar. Specifika kortikala nätverk, vilket kan innefatta en spegel neuron systemet (MNS), tros ligga bakom denna förmåga, och kan ha en roll i att kontrollera proteser. 9-11
Den roll som imitation kan inte bara begränsas till att utföra åtgärder som redan har sett, men tillsammans med MNS, underlätta genomförandet av rörelser som ännu inte har observerats, men extrapolerats från observatörens motor repetoire. 12 I själva verket, imitation kanske inte nödvändigtvis vara en medfödd förmåga, men en accruement av motorik med tiden som leder till erfarna och sofistikerade åtgärder. 13 strength att observera åtgärder, över helt enkelt föreställa dem, har visat sig förbättra lära sig nya arbetsuppgifter. 14 Således kan imitation vara en pragmatisk inställning till utbildning amputerade, som tyder på en målinriktad process 15, med målet i inställningen rehabilitering att göra det möjligt användbar proteshandfunktion.
Rehabiliterings studier har separat visat att visuella ledtrådar, såsom virtuella simuleringar av en handprotes, uppmuntra amputerade under rehabiliteringsträning. 16 Dessutom har användningen av upprepning när bedrivs i en blockerad paradigm visat att möjliggöra snabb inlärning av övre extremiteterna protes kontroll. 17 Även om virtuella simuleringar har visat sig vara lika effektiva som verklig kontroll av handproteser för att möjliggöra abled kropps användare att kontrollera myoelektriska enheter, är inte klart 18 deras effekt på amputerade som använder standardiserade resultatmått. Slutligen, där protokoll för övre extremiteterna ampution utbildning finns, roll imitation i inlärning av protes kontroll inte uttryckligen diskuteras. 19,20
Denna studie syftar till att förstå om användningen av imitation, i kombination med upprepning och förstärkning, har en positiv inverkan på inlärningen av multifunktionella protes kontroll som en del av ett strukturerat utbildningsprogram.
Presenteras här är en fallbeskrivning av en transradial amputerad som tränades att använda en multifunktionell protes hand. Deltagaren hade tidigare blivit vana vid att driva traditionella myoelektriska proteser. Med hjälp av visuella referenser, både i form av imitation av en sund demonstrant och så enkel dator visuell feedback, den amputerade snabbt förbättrad hantering av sin nya enheten.
Våra fynd talar för deltagaren i denna studie som strukturerad utbildning bidragit till att förbättra kontrollen av en multifunktionell handprotes under en enda session. Den strukturerade program som används här var en kombination av imitation, upprepning och förstärkning av handrörelser att deltagaren inte kunde slutföra med hans traditionella proteshanden.
Även deltagaren gjorde högre med sin traditionella protes i SHAP testet, är det värt att notera att han hade typiskt den …
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill tacka Hans Oppel och hans protes tekniker av Otto Bock Healthcare Products GmbH för att tillverka uttag som används av deltagaren i denna studie. Denna studie ekonomiskt stöd från Europeiska forskningsrådet (ERC) via ERC Advanced Grant DEMOVE (nr 267888), den österrikiska rådet för forskning och teknisk utveckling, och det österrikiska förbundsministeriet för vetenskap, forskning och ekonomi.
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 |