Abstract
Robotik sistemlerde ilerlemeler çok fonksiyonlu hareketleri üretebilir üst ekstremite için protezler sonuçlanmıştır. Ancak, bu karmaşık sistemler karmaşık kontrol şemaları öğrenmek için üst ekstremite amputasyon gerektirir. İnsanlar taklit ve diğer öğrenme stratejileri ile yeni hareketler öğrenmek için yeteneği var. Bu protokol taklit, tekrarlama ve takviye öğrenmeyi içerir ve bu yöntem çok fonksiyonlu protez kontrolünü artırmak eğer değerlendirmeyi amaçlar yapılandırılmış bir rehabilitasyon yöntemi açıklanır. Bir protez kullanım deneyimi 4 yıl ile, dirsek ampute altında bıraktı, bu vaka çalışmasında yer aldı. Kullanılan protez bilek rotasyon ile bir Michelangelo eli oldu, ve el hareketlerinin daha fazla kombinasyonları izin bilek fleksiyon ve uzatma eklenen özellikler. Katılımcının Southampton El Değerlendirme Prosedürü puanı yapılandırılmış eğitim aşağıdaki 71'e 58 yükseldi. Bu gösteriyor ki IMIT yapılandırılmış bir eğitim protokolüation, tekrarlama ve takviye yeni protez eliyle kontrol etmek öğrenmede bir role sahip olabilir. Daha büyük bir klinik çalışma, ancak bu bulguları desteklemek için gereklidir.
Introduction
Amputees el fonksiyonunu değiştirilmesi zor bir uğraştır. Çok yetenekli el hareketleri koordine doğuştan gelen bir yetenek değildir ve geliştirmek için öğrenme insanlar yıllar sürer. 1-5 bir elin travmatik kaybından sonra, protez yoluyla bu yetenek önemsiz bir görev değildir kopyalayan ve sürdürülebilir öğrenme süresi gerekebilir .
Protez tasarımı ve onların kontrolü için arabirim yöntemleri doğal bir şekilde çok fonksiyonlu kontrol amacı ile, hızlı teknolojik yenilikler tabidir. Bu kontrol sistemlerinin karmaşıklığı amputees daha işlevleri sağlamak için önemli ölçüde artar 6. Bu sistemlerin hassas kontrolünü sağlamak için, ve yeni teknolojilerin terk azaltmak için, yeterli eğitimi oluşturulması gerekmektedir. Bu amputees 'doğal öğrenme stratejileri dayalı ise daha başarılı olması muhtemeldir.
Vizyon le sırasında önemli bir rol oynayabilirel hareketlerinin tim. Davranış çalışmalar başkalarının 7 eylemlerini gözlemleyerek veya görsel ipuçları 8 kullanarak göstermiştir ki, güçlü kuvvetli bireyler öğrenmek ve yeni hareketlerini koordine. Gözlem, anlayış ve gözlemlenen eylem yürütme sürecinde, bireylerin diğerlerinin eylemlerini taklit edebiliyoruz. Bir ayna nöron sistemi (ANS) içerebilir Özgül kortikal ağlar, bu yeteneği yatan inanılan ve protez uzuvların kontrol edilmesinde bir role sahip olabilir. 9-11
Taklit rolü sadece zaten görülmüştür eylemleri yürütme ile sınırlı, ancak birlikte ANS, henüz gözlenen ancak gözlemcinin motorlu repetoire yola çıkılarak değil hareketlerin yürütülmesine izin olmayabilir. 12 Nitekim, taklit mutlaka olmayabilir Deneyimli ve sofistike eylemlere yol açan doğuştan gelen bir yetenek, ama zamanla motor becerileri bir Tahakkuk olacak. 13 stsadece sadece onları hayal üzerine, eylemleri gözlemlemek rength, yeni görevler öğrenmeyi geliştirmek için gösterilmiştir. 14 Böylece, taklit eğitim amputees pragmatik bir yaklaşım olabilir, delil rehabilitasyon ortamda hedefle, bir amaca yönelik süreç 15 o da anlaşılacağı gibi yararlı protez eli işlevini sağlayan.
Rehabilitasyon çalışmaları ayrı bir protez elin sanal simülasyonlar gibi görsel ipuçları, rehabilitasyon eğitimi sırasında amputasyon teşvik olduğunu göstermiştir. 16 Ayrıca, engellenen paradigma yapılan tekrarlama kullanımı üst ekstremite protez hızlı öğrenmeyi sağlamak için gösterilmiştir Sanal simülasyonlar myoelektrik cihazları kontrol etmek abled vücut kullanıcıları sağlayan protez eller gerçek kontrolü gibi eşit etkili olduğu kanıtlanmıştır 17 iken, kontrol. standardize sonuç ölçütleri kullanarak amputees 18 etkileri net değildir. Son olarak, nerede üst ekstremite ampu için protokollertation eğitimi protez kontrolü öğrenmede taklit rolü açıkça tartışılan değildir, vardır. 19,20
Taklit kullanımı tekrarı ve takviye ile birlikte, yapısal bir eğitim programının bir parçası olarak çok fonksiyonlu protez kontrol öğrenmeye üzerinde olumlu bir etkisi varsa bu çalışma anlayışı amaçlamaktadır.
Çok fonksiyonlu protez elini kullanmak için eğitilmiş bir transradiyal ampute bir olgu burada olduğunu sunulmuştur. Katılımcı, daha önce geleneksel myoelektrik protez işletim alışık olmuştu. Sağlıklı bir göstericinin taklit ve basit bir bilgisayar görsel geribildirim formunda hem görsel ipuçlarını kullanarak, ampute hızla onun yeni cihazın kullanım düzeldi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Yerel araştırma etik kurulu tarafından onaylanan bu çalışma, Helsinki Bildirgesi uyarınca yürütüldü. Çalışma katılımcıyı gönüllü çalışmaya katılmak ve bilgili, yazılı rızası onun katılımını onaylamak için karar tartmak için zaman izin öncesinde başlamadan katılımcıya tam ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Not: Bir adam, yaşlı 27 yaş, çalışmada yer aldı. Katılımcı deneyimli bir kullanıcı (4 yıl toplam protez kullanımı), normal bir vizyonu vardı altında bir dirsek amputee bırakıldı ve oldu. Bu çalışma, onun günlük bazda kullanılan protez başlamadan önce 15 ay boyunca günde 12-15 saat boyunca bilek rotasyon ile 4 kanallı miyoelektrik protez el oldu. Katılımcının sağ eli daha önceden cerrahi yeniden, ama başka hiçbir fiziksel ya da nörolojik bozukluk vardı olmuştu.
1. Çalışma Dizaynı
- İki seans boyunca çalışma bölmek: na39; kullanımını ettik ve yapılandırılmış eğitim aşağıdakileri kullanın.
Not: Bu daha önce sırasıyla eğitim sonrasında içi konu karşılaştırma sağlamaktır. - Birbirinden bağımsız olarak tedavi edilmesi, böylece bu iki seans en az üç ay arayla olduğundan emin olun.
- Her iki seans başında, katılımcıyı özelleştirilmiş soket ve protez uygun. Protez donanım ve kontrol algoritmaları bu protokol malzemeler bölümünde ayrıntılı eşleşen emin olun. Katılımcı oturumları arasına giren zamanında özelleştirilmiş protezi kullanmak mümkün olmadığından emin olun.
- Naif Oturum ve bu protokolün Yapılandırılmış Eğitim Oturumu bölümlerde özetlenen adımları göre hastayı eğitin. Bu oturumların her birinin başında, protez donanım kalibre. Gerçek zamanlı protez kontrol için toplanan kalibrasyon verileri kullanın.
- Naif Oturum ve Yapılandırılmış Eğitim Oturumu tamamlandıktan sonra, pa değerlendirmekSouthampton El Değerlendirme Prosedürü (Shap) sonuç ölçüsünü kullanarak rticipant performansı. 23 (ya eğitim oturumları önce elde edilen) katılımcının standart protez kullanan bir temel tedbire Kadm puanları karşılaştırın.
2. Malzemeler
- Özel bir dahili soket ile katılımcıyı takınız. Üreticinin talimatlarına uygun olarak, ticari olarak temin edilebilir protez takın. Aktifleşen bilek fleksiyon, ekstansiyon ve rotasyon izin prototip bileşenleri ile protez el donatın. Bu serbestlik 3.5 derece (DOFs) (Tablo 1) ile el kontrol katılımcıyı sağlar.
Not: Bu deneyde bir Michaelangelo Hand (Bkz Malzeme Listesi) kullanılmıştır. Birlikte standart kavrama fonksiyonları ile bilek döndürme, fleksiyon ve ekstansiyon yeteneğine diğer terminal cihazları, ayrıca uygun olacaktır. - Güdük etrafında sekiz eşit mesafede yerleştirilen ham sinyal elektrotlar kullanılarak Tutanak EMG sinyalleri,bir on-board çözme 1,000 Hz örnekleme hızında sistemi ve 10-bit derinliğe sahip sayısallaştırılmış ve. Satıcının özelliklerine göre elektrotlar kendi içinde ilk filtreleme ve amplifikasyon gerçekleştirin. Iktisap donanım ile iletişim ve kablosuz bağlantı üzerinden protez kontrol ana işlem yürütmek için bir kişisel bilgisayar (PC) kullanın.
Not: Bu çalışmada yüzey EMG elektrotları ve kullanılan on-board çözme sistemi (AxonBus) Otto Bock idi. Benzer cihazların diğer üreticiler de uygun olacaktır. Kablosuz bağlantı Bluetooth, ve aynı şekilde diğer yöntemleri uygulanabilir.
3. Kontrol Algoritması
- Bu bağlam-bağımlı hareketin kestirimi mümkün birden çok DOFs boyunca aynı anda ve oransal protez kontrolü sağlayan bir kontrol algoritması kullanarak. 21, bu çalışmada kullanılan algoritma paradigma yapma iki aşamalı bir karar oldu.
- Tüm kontrol tek DoF hareketleri içeren sistem eğitimi, üzerine gelen elektromiyogram (EMG) kaydedin.
- İlk aşamada, eğitim verilerinden hesaplanan yeni EMG özelliği vektörü Mahalanobis mesafeye göre istenilen hareket içsel boyutlu bilgi değerlendirmek. Kullanıcının niyeti ince 1-DOF veya kaba eşzamanlı 2-DOF hareket gerçekleştirmek için olup olmadığı konusunda bir karar olun.
Not: sınıfa özellik vektörü x Mahalanobis mesafesi sınıfına i Σ i olarak hesaplanır i ve kovaryans matrisi vektörü μ ortalama:
Amsuess ve arkadaşları tarif edildiği gibi, yeni hesaplanan özellik vektörü, yüksek boyutlu uzayda ve eğitimli sınıfı noktalarının herhangi dönüştürülmüş alanına Mahalanobis mesafe eşleştirilir yenilik ölçüsü olarak alınır. 21 bir ampirikBu mesafe kararlı eşik yenilik (2-DOF) ya da (1 serbestlik dereceli) kararını verir. - Tek sıralı hareketler (DİZİ-E) ve diğer taşıma eşzamanlı hareketler (SIM-E) ile ilgili - - İkinci aşamada, önceki karara dayanarak, iki paralel tahmin edicilerin birini kullanın protez için kontrol sinyalleri sağlamak.
Not: DİZİ-E özünde orantılı tahmincisi (yani, kas kasılmalarının gücü) ortak mekansal desen (CSP) 21 dayanarak, SIM-E aynı zamanda bilek 2 DOFs Steers doğrusal regresör, ise.
4. Yazılım Çerçevesi
Not: Protez donanım ve gömülü kontrol algoritması arasındaki iletişimin bu çalışma izin alınmasında kullanılan yazılım çerçevesi. Ayrıca katılımcı eğitimi maksimize etmek için gerekli görsel destekleyici eğitim araçları sundu.
- Kök E kare (RMS) ortalama DisplayMG sinyalleri elektrot konumu bir fonksiyonu olarak EMG genlikli bir kutupsal bir formda 8 eşit uzaklıkta yerleştirilmiş elektrotlar toplanan. Bu görsel geribildirim önkol enine düzlemde EMG mekansal dağılımı kolayca izlenmesini sağlar. Böyle bir kurulumu kullanarak, kullanıcının hareketlerinin her suretle sonra kaydedilir ve belirli jest tekrarlanabilirlik için tren için kullanılabilecek polar arsa, belirgin bir desen 22 ortaya çıkarabilir.
. Çerçevesi standart tanıma şekilde EMG verilerinin toplanmasını sağlayan EMG kanallarının RMS her biri için 23 milisaniye 40 olarak hesaplanmaktadır: Not
Her topluluk pencere gözlemler ile sonuçlanır. - İlk kalibrasyon için her maksimal uzun süreli gönüllü kasılma (MLVC) değerleri hareket amaçlanan toplamak. Gerçekleştirmek için gösterici elini kullanarak katılımcıyı İstemi5 saniye vokal ve görsel talimatları verirken istenen hareket.
- Kalibrasyon sonra, trapez ipuçları bir dizi katılımcının sunuyoruz. Bu kuvvet profilleri% 30,% 60 ve kalibre maksimum% 90 yaylaları kümesini içerir.
- Her deneme içinde, istendiğinde hareket (Şekil 1) kuvvet düzeyini modüle ederek işaret boyunca kırmızı işaretçi yönlendirmek için katılımcı talimat. Işaretçi dikey pozisyon sekiz kanal üzerinden özetlenebilir RMS değerine eşittir. Plato aralığı orta 3 sn karşılık gelen 5 sn deneme süresini ayarlayın.
5. Naif Oturumu
Not: Naif eğitim oturumu sırasında, katılımcı bu çalışmada kullanılan protez kontrol şemasının önceden hiçbir deneyimi vardı.
- Katılımcıya herhangi bir resmi klinik eğitimi vermek, ama sadece talimat etmeyin bu bir bir dinlenme devlet olduğu Güdüğün, 8 eylemler,Bir bilgisayar ekranında görsel bir hedefin kontrolünü sağlayacaktır. Bu görevler, klasik örüntü tanıma kullanılanlar protez kontrolü 23 yaklaşımları benzer ve bu yöntemleri için bu çalışmada katılımcı önceki deneyim yaklaşık 60 saat vardı.
- Bir görsel işaret (Şekil 1) takip ederken metin ve statik bir resmin açısından ekranda istenen hareketleri gösterir.
- Katılımcıyı sekiz özel ve benzersiz kutup araziler (Şekil 2) karşılık onun EMG aktivasyon kalıplarını, göster.
- Görsel işaret takip katılımcıyı teşvik etmek için sesli yönergeleri kullanın. Yapılandırılmış eğitim oturumunda kullanılan varsa, bu sesli talimatlar aynı olmalıdır.
- (Ön ulaşan karşısında ulaşan rahat) sistemi eğitimi geliştirmek için farklı kol pozisyonları ile görevleri üç kez tekrarlayın. Bir kez tüm kol pozisyonları kaplıdır 8 farklı eylem ve üç kuvvet seviyeleri olduğunu aklınızda tutunSistem eğitimi girişi 72 ayrı örneklerin toplam özetliyor.
- Tamamlandığında, katılımcının Shap sonuç değerlendirmesini tamamlamadan önce gerçek zamanlı kontrol uygulama fırsatı sağlar.
- Naif oturumun sonunda ötesinde özel protez ve kontrol algoritmaları erişimi yoktur katılımcıyı olun.
6. Yapılandırılmış Eğitim Oturumu
- Üç ay naif seanstan sonra, yapılandırılmış bir eğitim oturumu gerçekleştirin.
- Aşağıdaki sıralı adımlar (Şekil 3) oturumu Yapısı:
- Taklit için, katılımcıyı talimat doğrudan istenen sekiz eylemleri taklit gerçek zamanlı gösterici tarafından gerçekleştirilen (Tablo 1). 3 sn her eylemi yürütün.
- Tekrarı için 10 kez taklit edildi eylemi tekrarlamak katılımcıdan, bu yüzden her eylem 30 saniye boyunca gerçekleştirilir.
- Takviye ve bilgisayar sys içintem eğitimi, tam olarak Naif oturumda aynı kurulum, şimdi bilgisayarın görsel geribildirim ile meşgul katılımcıya. Bu iki kesimi arasındaki fark yoktur emin olun.
- Protez kontrol için, sonuç değerlendirmesini tamamlamadan önce özelleştirilmiş protezin gerçek zamanlı kontrolü pratik katılımcıdan.
- Taklit sırasında demonstratöründen 45 ° açıyla katılımcıyı koltuk ve tüm eylemler (Şekil 4) döneminde katılımcı etkilenen tarafı eşleşen gösterici elinin tam ve engelsiz bir görünüm sağlamak. Bir bilgisayar ekranından hiçbir görsel ipuçları şu anda katılımcı için geçerli olmalıdır.
- Tekrarı için, katılımcının eylemleri sırasında, her hareketi (Şekil 4) polar araziler tarafından temsil edilen gösterici karşılık gelen EMG aktivitesini gözlemlemek var. Gösterici ve katılımcı olduğunu belirledikten sonrat her hareket için benzersiz ve tekrarlanabilir EMG aktivasyon kalıplarını üretmek herhangi bir görsel ipuçları olmadan 30 saniye boyunca eylemleri yinelemek katılımcıyı sorabilirsiniz.
Not: Orada 8 benzersiz eylemlerin toplam vardır - bunlardan yedi (bilek pronasyon / supinasyon, el bileği fleksiyon / ekstansiyon, el açık, anahtar kavrama ve ince tutam) kas aktivasyonu gerektiren ve istikrarlı bir rahat devleti temsil hiçbir işlem olma sekizinci. - Güçlendirme ve bilgisayar sistemi eğitimden sonra, bilgisayar ekranında sekiz benzersiz ve spesifik polar araziler karşılık naif oturumda, (Şekil 3) görüldü tam olarak, onun sekiz eylemleri görsel geribildirim ile katılımcıyı sunuyoruz. Ayarlamak performansı, her hareket için 2-4 girişimleri arasında, genellikle, öğrenmeyi pekiştirmek için kaydedilen hareket bindirmeleri ile gerçek zamanlı polar araziler izlerken eylemleri gerçekleştirmek için katılımcı isteyin. Bir kez emin katılımcı daha sonra perf vardı tam olarak aynı görevleri tamamlayabilirsiniz naif oturumda ormed.
7. Protez Kontrol
- Kalibre ve gerçek zamanlı kontrol için protez ayarlamak için her oturumdan eğitim veri setlerini kullanın.
- Başlangıçta, sadece katılımcı sıralı oransal kontrol, kas kasılmaları seviyelerine orantılı cihazın hızı ile bir anda, yani tek hareketle tarafından protez kontrol etmenizi sağlar.
- Sekiz eylemlerin her biri bir tekrarlanabilir ve güvenilir bir şekilde yapılır sonra, bir anda bilek birden fazla hareket etmesine izin verir, oransal ve eşzamanlı kontrol, kontrol şeması geçin.
- Böyle (2 girişimleri yeterlidir) yan üzerinde bir şişe alıp döşeme olarak katılımcı pratik basit görevleri var. Sonuç değerlendirmesi yapılmadan önce dinlenme dönemi bekleyin. Bu çalışmada, naif oturum için dinlenme 2 saat ve yapılandırılmış oturum için geri kalan 24 saat durumunda.
- El ve üst ekstremite fonksiyonu yakından günlük yaşam (GYA) faaliyetleri ile ilgili izler Shap kullanarak naif ve yapılandırılmış eğitim oturumlarında hem küresel üst ekstremite fonksiyonlarını değerlendirmek. Kadm gerçekleştirilen görevlerin manipulasyon hafif ve ağır nesneler, hem de bir bıçak ya da geri alma düğmeleri ile bir nesne kesme gibi ADL görevleri vardır. Kadm patolojik ve protez eli fonksiyonunun değerlendirilmesi için valide edilmiştir. 24
Not: Bu çalışmada katılımcı rutin yaptığı klinik ekip tarafından bu sonuç ölçümü ile takip edilmiştir gibi Bu ölçüm seçildi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Testten 8 ay önce, klinik personeli tarafından ölçüldüğünde onun günlük protez katılımcının temel Kadm performansı 81 idi. 100 Bir Kadm puanı güçlü kuvvetli eli fonksiyonunu temsil etmektedir. 24 katılımcı daha gelişmiş protez kontrol sistemi ile naif seansta 58 genel Kadm puanı attı. Ancak, 3 ay sonra ve yeni sistemle daha fazla etkileşim ile kenara yapılandırılmış eğitimden, katılımcı aynı gelişmiş sistem (Tablo 2) 71 bir Kadm puanı elde etti.
Genel Kadm puanı fonksiyonel profil değerlendirmesine aşağı kırılmış zaman, katılımcı tripod kavramak hariç tüm fonksiyonel gruplar (küresel güç, uç, yanal ve uzatma kavramak) iyi performans olduğu gözlendi. Ancak, en büyük gözlenen iyileşme, yeni kontrol şeması ve protez onun gelenek sırasında sağlanan bir işlev, uzatma sırasında olduarkadaşları protez (Şekil 5) vermedi. Bu aynı zamanda taban veya naif oturumda daha yapılandırılmış antrenmandan sonra daha iyi kavramak küresel iyileşmeye, katkıda bulunmuş olabilir. Ayrıca böyle bir sürahi ve karton olarak el bileği ve elin kombine hareketleri, ilgili karmaşık ADL hareketleri, gelişmiş protez sistemi kullanılarak yapılandırılmış antrenmandan sonra en idam edildi dökülmesi.
Şekil katılımcı takviye ve sistem eğitimi için kullanılan görsel ipuçları 1. Örnek. Mavi hedef profili, belirli bir hareketi sırasında üretilen EMG daralma istenilen düzeyini temsil eder. Kırmızı izleme satır katılımcının çabalarını temsil ediyor. Bu fi büyük halini görmek için tıklayınızşekil.
Şekil 2. aktif hareketler için profiller, taklit görevi sırasında katılımcı tarafından üretilen bireysel hareketlerin, gibi polar-araziler anılacaktır. Bu sistem eğitim sırasında güçlendirilmiş ve sonunda protez elini kontrol etmek için kullanıldı. Bu dinlenme veya hiç hareket benzersiz bir eylem olarak kabul edilir ve bir bindirme üretmek değil gibi. Olduğunu unutmayın bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3. Bu şematik yapılandırılmış bir eğitim oturumu temsil eder. Katılımcı ilk gözlenen ve göstericinin eylemlerini taklit. Merhaba görüntülemeden önceBir bilgisayar ekranında grafik olarak performansı, o hiçbir görsel geribildirim ile öğrenilen hareketler tekrarlanır. Öğrenilen hareketler kaydedildi EMG desenleri kas kasılmaları eşleştirerek güçlendirilmiş ve daha sonra çok fonksiyonlu protez kontrolünü etkin sistem kontrol algoritmaları, eğitmek için kullanıldı.
Yapılandırılmış eğitim oturumu sırasında Şekil 4. Deneysel kurulum. Katılımcı taklit sırasında gösterici sol elinin tam ve engelsiz bir görünümü vardı. Tekrarlama aşamasında, gösterici katılımcının hareketleri taklit aşamasında üretilen kasılmaları eşleşti sağlamak için sesli talimat verecekti. Son olarak, sistem eğitimi sırasında, hareketleri katılımcı ve gösterici hem bilgisayar ekranında görüntülenir edildi görsel ipuçları kullanılarak takviye edilmiştir.
Şekil 5. arasındaki genel Kadm puanlarının dağılımı, temel (BL) saf oturum (NS) ve yapılandırılmış eğitim oturumu (STS). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| Protez İşlevi | Phantom Ekstremite Hareket |
| Pronasyon | Tamamen rahat parmakları ile içeri Bilek rotasyon |
| Supinasyon | Tamamen rahat parmakları ile dışa Bilek rotasyon |
| Bükülme | Ulnar deviasyon |
| Uzatma | Bilek uzantısı |
| Palmar kavrama | Başparmak adduction biraz elin arkasına doğru posteriora kapısı |
| Güzel tutam | İlk üç parmaklara başparmak Muhalefet, küçük parmak hafif uzantısı |
| Açık El | Ortadaki üç basamak uzantısı üzerinde odaklanarak el Açılışı |
| Hiçbir hareket | El ve el bileği tam gevşeme |
Katılımcı görselleştirilmesi ve onun kalan anatomisi ile yürütme yeteneğine sahip olduğunu fantom ekstremite hareketleri, eşleştirilmiş Tablo 1. İstenilen protez fonksiyonlar.
| Soyut Nesneler | |||||||
| BL | NS | STS | BL | NS | STS | ||
| Işık Küre | 2.46 | 2.66 | 2.5 Ağır Küre | 3.25 | 4.78 | 2.1 | |
| Işık Tripod | 2.35 | 3.56 | 2.78 | Ağır Tripod | 2.44 | 3.53 | 2.5 |
| Işık Gücü | 2.41 | 3.25 | 2.28 | Ağır Güç | 2.41 | 3.22 | 2.72 |
| Işık Yanal * | 4.72 | 2.81 | 4.97 | Ağır Yanal | 5.1 | 5.31 | 5.22 |
| Işık İpucu | 2.25 | 2.88 | 2.53 | Ağır İpucu | 3.1 | 4.47 | 2.22 |
| Işık Uzatma | 1.96 | 3.88 | 2.37 | Ağır Uzatma | 2.9 | 4,88 | 2.59 |
| Günlük Yaşam Aktiviteleri | |||||||
| BL | NS | STS | BL | NS | STS | ||
| Paraları | 17,81 | 22.25 | 21.53 | Tam Kavanoz | 3.13 | 10.37 | 3.75 |
| Düğme Kurulu | 8.25 | 35.2 | 27.06 | Boş Teneke | 2.53 | 4.15 | 2.82 |
| Kesme | 18.15 | 27.47 | 25,59 | Tepsi Lift | 3.97 | 7.25 | 5.5 |
| Sayfa torna | 8.18 | 11.97 | 5.19 | Anahtar | 4.82 | 9.25 | 6.03 |
| Kavanoz Kapağı | 2.93 | 3.3 | 2.38 | Zip | 4.83 | 10.59 | 7.31 |
| Dökme Sürahi | 10.16 | 8.93 | Tornavida | 10.1 | 25,31 | 15.31 | |
| Dökme Karton | 11 | 11.35 | 9.72 | Kapı kolu | 2.24 | 3.53 | 2.75 |
| Shap puanı | 81 | 58 | 71 | ||||
Yapılandırılmış eğitim oturumu (STS), ardından saf oturumda (NS) sırasında katılımcı için Tablo 2. Kadm sonuçları, 3 ay sonra, onun başlangıçta (BL). Kıyasla * katılımcı sadece yapılandırılmış eğitim hafif yanal görev underperformed naif oturumda göre seans. Genel Kadm puanı 100 üzerinden olduğunu.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bulgularımız yapılandırılmış eğitim tek seansta çok fonksiyonlu protez elin kontrolünü iyileştirmek yardımcı olduğunu bu çalışmada katılımcı için öneririz. Burada kullanılan yapılandırılmış bir program katılımcısı onun geleneksel protez eliyle tamamlamak mümkün değildi taklit, tekrarlama ve el hareketlerinin takviye bir kombinasyon oldu.
Katılımcı Kadm testinde yaptığı geleneksel protezi ile yüksek puanlar da, o genellikle 15 aylık bir süre boyunca günde 12-15 saat arasında o cihaz giydi dikkati çekiyor. Bazal Kadm puanı belgelediği gibi, o öğrendi ve çok uzun bir öğrenme döneminden sonra onun geleneksel protez alışmış olduğu açıktır. Onun geleneksel protez alışık olduktan sonra çok fonksiyonlu el geçiş zorluğu naif oturumda gözlenen performans keskin düşüş ile vurgulanmıştır. Delil s gibi bu bekleniyorduTek bir yeni motor becerileri öğrenir gibi, eylemlerin bir iç modeli gerçekleştirildiğini geliştirmek uggests. 25 pertürbasyonun çeşit gibi, etkileri sonra yeni kontrol girişlerini gerektiren yeni bir proteze değiştirme gibi, bu iç modelde olduğunda öğrenme Kadm testi talep görevlerden bazıları onun her zamanki cihazı daha iyi performans yapılandırılmış bir eğitim tek seans izin Yine. katılımcıyı 26 yeni içsel model oluşturulur iken dağıtmak için biraz zaman ayırın ve yakın genel puanı ulaşmak için geleneksel aygıt ile elde edilmiştir. Protokolün Bölüm 6'da belirtildiği gibi yapılandırılmış eğitim kullanılması yeterli kontrolü sağlamak için katılımcı etkin olabilir kritik bir adım olabilir.
Amputees için yeni bir görev Öğrenme eklem çevresinde sinir reseptörlerinin yokluğunda ve pozisyonel ve hareket değişimlerine duyarlı olan kaslarda karmaşıktır. 27 These proprioseptörlere ellerini görme kullanılmadan kendi vücuduna göre nerede olduğunu bilmek mümkün gövdeli insanlar etkinleştirin. Bir uzuv kaybolduğunda, bu proprioseptörlere kaybolur 28, normal şartlarda daha kontrolünde güçlü bir rol oynamaya vizyon lider. Amputees sadece el hareketlerini kontrol değil, aynı zamanda görsel olarak elde dışında hiçbir geri bildirim sağlayan bir cihaz kullanarak yapmak zorunda nasıl relearn olmamalıdır. Bu öğrenme süreci daha zor hale getirir.
Bunun gibi, hiçbir dokunsal veya proprioseptif geribildirim sağlamak protez kullanan herhangi bir eğitim stratejileri görsel geribildirim vurgu koymanız gerekir. Bizim durumumuzda, biz istenilen hareketlerin taklidi kullanarak bunu yapmak için çalıştı. Taklit karmaşıklığı nöral sürecin dağıtılan doğa tarafından örneklenmiştir. 29,30 Ayrı bölgeler frontal, temporal ve parietal lob başkalarının 31,32 hareketini algılama ve daha sonra entegre sorumlu olduğuna inanılmaktadırBir uygun motor tepkisi içine bu bilgileri. 9,33,34 Bu katılımcının yetişkinlikte geliştirme ve önceki amputasyon, öğrenilen el hareketleri gerçekleştirmek için gerekli sinirsel devrelerin sırasında açıkça tanımlanmış hale vardı olasılıkla o kadar ki doğal el hareketleri, hızlı ve içgüdüsel idi. Amputasyon aşağıdaki anatominin bozulma, yeni nöral devreleri, onun geleneksel protez bacağın denetimini etkinleştirmek için oluşturulmuş gereken olabilirsiniz. Shap iyileşme, yapılandırılmış eğitim oturumu atakta bu nöral devrelerin tecrübe eksikliğine rağmen, yeni protez kontrol stratejisi benimseyecek kadar uysal olduğunu göstermektedir.
Bu katılımcı dahili el hareketleri görselleştirmek ve uygun kas kasılmaları oluşturmak için taklit eylemi ona izin yorumladı dikkati çekiyor. O, bu daha sezgisel sadece görsel temsilcilerimiz onun kasılmaları eşleştirme daha bulunduBir bilgisayar ekranında leri. Aynı zamanda amputees diğer protez kullanıcıları öğrenmek için tercih ettiği bilinmektedir. Bu çalışmada kullanılan 11 cihaz ve kontrol algoritmaları hem roman idi. Gibi göstericilerin olarak hareket edebilecek önceki deneyimli amputees vardı. Bu protokole Gelecek gelişmeler dolayısıyla eylemleri gösteren deneyimli bir ampute taklit edilmesi sahip yararlanacak.
Bu çalışmada yapılandırılmış eğitim yarar gösterdi ederken, tasarım taklit, tekrarlama, takviye veya her üç öğrenme stratejilerinin kombinasyonu nihai sonuç ölçütü katkıda olup olmadığını belirlemek için yeterli değildi. Bunun yerine, bu örnek çalışma, gelişmiş protez kontrolünde yer alan nöral devreleri incelemek için daha fazla çalışma için bir temel oluşturur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarını beyan ederim.
Acknowledgments
Yazarlar bu çalışmada katılımcı tarafından kullanılan soket üretimi için Mr Hans Oppel ve Otto Bock Healthcare Products GmbH yaptığı protez teknisyenleri teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma mali ERC Advanced Grant DEMOVE aracılığı ile Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) (No 267888), Araştırma ve Teknoloji Geliştirme Avusturya Konseyi ve Bilim, Araştırma ve Ekonomi Avusturya Federal Bakanlığı tarafından desteklenmiştir.
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 |
References
- Forssberg, H., Eliasson, A. C., Kinoshita, H., Johansson, R. S., Westling, G. Development of human precision grip. I: Basic coordination of force. Experimental Brain Research. 85 (2), 451-457 (1991).
- Forssberg, H., Kinoshita, H., Eliasson, A. C., Johansson, R. S., Westling, G., Gordon, A. M. Development of human precision grip. II. Anticipatory control of isometric forces targeted for object’s weight. Experimental Brain Research. 90 (2), 393-398 (1992).
- Gordon, A. M., Forssberg, H., Johansson, R. S., Eliasson, A. C., Westling, G. Development of human precision grip. III. Integration of visual size cues during the programming of isometric forces. Experimental Brain Research. 90 (2), 399-403 (1992).
- Forssberg, H., Eliasson, A. C., Kinoshita, H., Westling, G., Johansson, R. S. Development of human precision grip. IV. Tactile adaptation of isometric finger forces to the frictional condition. Experimental Brain Research. 104 (2), 323-330 (1995).
- Eliasson, A. C., et al. Development of human precision grip. V. anticipatory and triggered grip actions during sudden loading. Experimental Brain Research. 106 (3), 425-433 (1995).
- Roche, A. D., Rehbaum, H., Farina, D., Aszmann, O. C. Prosthetic Myoelectric Control Strategies A Clinical Perspective. Current Surgery Reports. 2 (44), (2014).
- Buccino, G., et al. Neural circuits underlying imitation learning of hand actions: An event-related fMRI study. Neuron. 42 (2), 323-334 (2004).
- Saunders, J. A., Knill, D. C. Humans use continuous visual feedback from the hand to control fast reaching movements. Experimental Brain Research. 152 (3), 341-352 (2003).
- Rizzolatti, G., Craighero, L. The mirror-neuron system. Annual Review of Neuroscience. 27, 169-192 (2004).
- Maruishi, M., et al. Brain activation during manipulation of the myoelectric prosthetic hand: a functional magnetic resonance imaging study. NeuroImage. 21 (4), 1604-1611 (2004).
- Cusack, W. F., et al. A Neural activation differences in amputees during imitation of intact versus amputee movements. Frontiers in Human Neuroscience. 6 (June), 182 (2012).
- Vogt, S., Buccino, G., Wohlschläger, A. M., Canessa, N., Shah, J. N., Zilles, K., Eickhoff, S. B., Freund, H. J., Rizzolatti, G., Fink, G. R. Prefrontal involvement in imitation learning of hand actions: Effects and expertise. Neuroimage. 37 (4), 1371-1383 (2007).
- Gonzalez-Rosa, J. J., Natali, F., Tettamanti, A., Cursi, M., Velikova, S., Comi, G., Gatti, R., Leocani, L. Action observation and motor imagery in performance of complex movements: Evidence from EEG and kinematics analysis. Behavioural Brain Research. 281, 290-300 (2015).
- Bekkering, H., Wohlschläger, A. M., Gattis, M. Imitation of gestures in children is goal-directed. The Quarterly Journal of Experimental Psychology. 53 (1), 153-164 (2000).
- Catmur, C., Walsh, V., Heyes, C. Associative sequence learning: the role of experience in the development of imitation and the mirror system. Philosophical Transactions of the Royal Society B. 364 (1528), 2369-2380 (2009).
- Resnik, L., Etter, K., Klinger, S. L., Kambe, C. Using virtual reality environment to facilitate training with advanced upper-limb prosthesis. Journal of Rehabilitation Research and Development. 48 (6), 707-718 (2011).
- Bouwsema, H., van der Sluis, C. K., Bongers, R. M. The role of order of practice in learning to handle an upper-limb prosthesis. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 89 (9), 1759-1764 (2008).
- Bouwsema, H., vander Sluis, C. K., Bongers, R. M. Learning to control opening and closing a myoelectric hand. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 91 (9), 1442-1446 (2010).
- Simon, A. M., Lock, B. A., Stubblefield, K. A. Patient training for functional use of pattern recognition-controlled prostheses. Journal of Prosthetics and Orthotics JPO. 24 (2), 56-64 (2012).
- Stubblefield, K. A., Miller, L. A., Lipschutz, R. D., Kuiken, T. A. Occupational therapy protocol for amputees with targeted muscle reinnervation. The Journal of Rehabilitation Research and Development. 46 (4), 481 (2009).
- Amsüss, S., Roche, A. D., Göbel, P., Graimann, B., Farina, D., Aszmann, O. C. Regaining high functional, multiple degrees of freedom hand control following bionic reconstruction. , MyoElectric Controls Symposium. (2014).
- Dosen, S., Muller, K. -R., Farina, D. Myoelectric Control of Artificial Limbs—Is There a Need to Change Focus [In the Spotlight]. IEEE Signal Processing Magazine. 29 (5), (2012).
- Amsuess, S., Gobel, P., Graimann, B., Farina, D. A Multi-Class Proportional Myocontrol Algorithm for Upper Limb Prosthesis Control: Validation in Real-Life Scenarios on Amputees. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering : A Publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 4320(c), 1-11 (2014).
- Light, C. M., Chappell, P. H., Kyberd, P. J. Establishing a Standardized Clinical Assessment Tool of Pathologic and Prosthetic Hand Function: Normative Data, Reliability, and Validity. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 83 (6), 776-783 (2002).
- Wolpert, D. M., Ghahramani, Z., Jordan, M. I. An internal model for sensorimotor integration. Science (New York, N.Y). 269 (5232), 1880-1882 (1995).
- Shadmehr, R., Mussa-Ivaldi, F. A. Adaptive representation of dynamics during learning of a motor task. The Journal of Neuroscience the Official Journal of the Society for Neuroscience. 14 (5 Pt 2), (1994).
- Hogervorst, T., Brand, R. A. Mechanoreceptors in joint function. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 80 (9), 1365-1378 (1998).
- Bosco, G., Poppele, R. E. Proprioception from a spinocerebellar perspective. Physiological Reviews. 81 (2), 539-568 (2001).
- Iacoboni, M., Molnar-Szakacs, I., Gallese, V., Buccino, G., Mazziotta, J. C. Grasping the intentions of others with one’s own mirror neuron system. PLoS Biology. 3 (3), 0529-0535 (2005).
- Williams, J. H. G., Whiten, A., Waiter, G. D., Pechey, S., Perrett, D. I. Cortical and subcortical mechanisms at the core of imitation. Social Neuroscience. 2 (1), 66-78 (2007).
- Allison, T., Puce, A., McCarthy, G. Social perception from visual cues: Role of the STS region. Trends in Cognitive Sciences. 4 (7), 267-278 (2000).
- Thompson, J. C., Hardee, J. E., Panayiotou, A., Crewther, D., Puce, A. Common and distinct brain activation to viewing dynamic sequences of face and hand movements. NeuroImage. 37 (3), 966-973 (2007).
- Binkofski, F., et al. A fronto-parietal circuit for object manipulation in man: Evidence from an fMRI-study. European Journal of Neuroscience. 11 (9), 3276-3286 (1999).
- Iacoboni, M. Cortical Mechanisms of Human Imitation. Science. 286 (5449), 2526-2528 (1999).
