Summary
כאן אנו מציגים פרוטוקול המאפיינת את תחושת סוכנות שפותחה על השליטה sensate ידיים תותבות וירטואלי או רובוטית. שאלונים כאינטגרציה מועסקים כדי ללכוד את החוויה מפורשת של הסוכנות, הערכות מרווח זמן (מחייב מכוון) המועסקים למדוד במרומז את התחושה של הסוכנות.
Abstract
עבודה זו מתארת מסגרת מתודולוגי יכול לשמש כדי במפורש ולא במשתמע לאפיין את תחושת הסוכנות פיתח שליטה עצבית-מכונה ממשק (אנגלית) של ידיים תותבות sensate וירטואלי או רובוטית. היווצרות של הסוכנות הוא יסוד להבחין בין הפעולות שאנו מבצעים עם גפיים שלנו כמו להיות שלנו. על ידי שאיפה לשלב מתקדם העליונה-תותבות גפיים תחתונות אלה אותם מנגנונים תפיסתיים, אנחנו יכולים להתחיל לשלב איבר מלאכותי באופן הדוק יותר לתוך מסגרת קוגניטיבית הקיים של המשתמש עבור פקד האיבר. יש לכך השלכות חשובות בקידום משתמש קבלה, שימוש בהם שליטה אפקטיבית של מתקדם העליונה-תותבות גפיים תחתונות. אין פרוטוקול זה, המשתתפים לשלוט יד תותבת וירטואלי ולקבל משוב חושית תנועתית דרך NMIs שישנו שלהם. סדרה של משימות וותרו וירטואלי מבוצעות, לפליטת באופן שיטתי מוצגים בפני משוב תנועתית ותנועות יד וירטואלית. שני אמצעים נפרדים של הסוכנות הם מועסקים: הוקמה שאלונים פסיכופיזיים (כדי ללכוד את החוויה מפורשת של הסוכנות), מרווח זמן להעריך את הפעילות כדי ללכוד תחושה מרומזת של הסוכנות (מחייב מכוון). התוצאות של פרוטוקול זה (שאלון ציונים ואת מרווח זמן הערכות) ניתן לנתח כדי לכמת את מידת סוכנות היווצרות.
Introduction
כפי תותבות רובוטית הופכים יותר ויותר מתקדם, חשיבות המשוב החישה הרלוונטיים ימשיך לגדול. משוב חושית משפיעה על איך בני אדם תופסים, אינטראקציה עם, ולשלב אפילו מכונות סכימת הגוף שלהם. טכניקות אנגלית האחרונות עכשיו יכול לספק למשתמשים תותבת שליטה אינטואיטיבית, להשיג תחושות הקשורות לגעת1,2,3,4,5,6 , 7 ותחושת התנועה (חוש התנועה)8,9 ב חסר גפיים. כאשר המידע החושי הזה מזווג עם המידע החזותי צופה את האיבר המלאכותי במהלך המבצע, יש לנו גישה אלמנטים מרכזיים כי ליידע את ההבחנה של העצמי -נגד-אחרים. מינוף גישה זו עשויה לסייע להביא את המשתמשים תותבת צעד אחד קדימה אל הפועלים איבר מלאכותי כחלק של הגוף שלהם, ולא רק כלי.
מודעות הגוף, התחושה של להיות מתגלמת נובע הקמת סוכנות (החוויה של היוצרים על הפעולות של איבר) ובעלות (התחושה כי איבר הוא חלק של הגוף)10,11. הבעלות היא מתווכת בעיקר באמצעות השילוב של מגע ושל מידע חזותי12. סוכנות מגיח השילוב של כוונה, תנועה תחושה (תחושת התנועה), מידע חזותי ומודלים קוגניטיביים11. במהלך ביצוע פעולה מרצון, סוכנות נוצר כאשר ההשלכות חושית של פעולה זו ליישר עם כוונה של השחקן, תחזיות של השחקן מודלים פנימיים13. סוכנות שונה ונפרד מן הבעלות. הרעיון של האיבר בעלות נחקרה לעתים קרובות תותבת ספרות14. תחושה של איבר צורות בעלות משתתפים אנגלית כאשר מגע משוב במרחב של חנותם המתאימים, נמדד באופן מפורש באמצעות שאלונים או במרומז באמצעות שינויי טמפרטורה שיורית האיבר, או סדר פסקי דין15. עם זאת, פחות הזדמנויות היו קיימים לחקור סוכנות בהקשר של מייל ימי16. עבודה עם אנגלית משתתפים הוכיחה שהסוכנות. הזו יכולה להיות מקודמים בכוונה הוא נפרד מן החוויה של בעלות על8.
סוכנות היא משמעותית במיוחד על המבצע של תותבות רובוטית כפי שהיא קישור קוגניטיבית השליטה של פעולות פיזיות של האיבר המלאכותי דרך חוויות של סיבתיות, התחושה של שליטה על איבר מלאכותי או גרימת משהו לקרות17. תותבות רובוטית מתקדמים מכונות ממוחשבות המשתמש חייבים לשתף פעולה עם פעילויות מלאה ביעילות. כמה תותב שילבו פונקציות אוטונומיות, כגון אחיזת-slip זיהוי ותיקון; עוד מערכות אלה ראו אימוץ מוגבלת כפי פונקציונליות פועל מחוץ השליטה של המשתמש ניתן להציג גם מתסכל אם לא יושמה כראוי8,18. זה מהווה אתגר מהותי המהדהד לאורך כל היישומים של שיתוף פעולה אנושית עם מכונות אוטונומית כלומר, בני האדם לעיתים קרובות לסמוך הפעולות שלהם על אלו הנובעות שיתוף פעולה עם מחשבים או מכונות, האמון השפעות ישירות הסבירות של אופרטור לשימוש פונקציות אוטונומיות19,20. כמו בני אדם, אנחנו בוטחים מולד את עצמנו ואת הגוף שלנו כדי לבצע את הפעולות שבכוונתנו; כאשר זו מושגת, אנו להקים סוכנות חוש מהותי. מעניין, היווצרות של סוכנות גדושים בפעולות מחשבים שיתופיות במהלך משימות שיתופיות אדם-אדם, תחושה משותפת של הסוכנות עשוי להתרקם מעל התנועה21; ובכל זאת, הספרות מציעה הסוכנות המשותפת הוא מכביד במהלך שיתוף מחשבים22,23. האתגרים הללו באות לידי ביטוי בשימוש איבר העליונה התותבת, שיעורי דחייה של מכשירים רובוטיים עודם גבוהים, עם 23% - 39% מהמשתמשים הפסקת השימוש שלהם24. למעשה, משתמשים תותבת רבים עדיין מעדיפים את מערכות הגוף-powered25. מערכות אלו להסיר את המכונה ממוחשב הלולאה שליטה, יותר מקרוב כמה תנועות הגוף של המשתמש לכבלים תותבת תנועה באמצעות חוט. זה עוד מחזקת את החשיבות של אינטגרציה קוגניטיבית בשימוש של מכשירים מתקדמים תותבת. אנו ממליצים כי מערכות אנגלית יכול לספק מספר החלקים הדרושים ורפלקסי כדי לעזור להזיז איברים מלאכותיים קרוב יותר לביסוס תחושה קואופרטיב של הסוכנות, זה יהיה תפקיד חשוב בקידום קבלת ושילוב נכון של אלה מכונות ממוחשבות עם המשתמשים שלהם.
סוכנות יכול להימדד במספר דרכים. האמצעים הפשוטים ביותר להשתמש כאינטגרציה שאלונים או סולמות לבקש זאת במפורש למשתתפים מי או מה שהם מייחסים26,17,27של האירוע. זה מסתמך על הפרט קיימת תפיסת ה"אני" ואחרת למשתתפים לשפוט הסקתית ייחוס עצמי (קרי, לשפוט במפורש אם באנגלית או ישות אחרת היה אחראי על פעולה או אירוע). משתמע אמצעים מספקים תובנה הרקע תהליכים קוגניטיביים המתרחשים במהלך פעולה מוטורית, חושית אירועים. תצוגה זו של סוכנות מנסה למדוד את אשר במפורש לא נתפס על ידי הפרט. בדרך כלל זו מושגת על-ידי המשתתפים לאפיין את ההבדל הנתפס העצמי - ו מבחוץ-שנוצר פעולות, למשל שיש המשתתפים מדווחים משך הזמן שהם נתפסים בין אירוע העצמי ואת מבחוץ-שנוצר 17 , 28. במהלך ביצוע פעולות עצמי, סוכנות במרומז מתבטאת דחיסה תפיסתי בזמן בין מעשים בתוצאותיהן חושית, המכונה מחייב מכוון28. כאשר אנשים לדווח על הזמן שהם נתפסים בין הפעולה ותוצאותיה, משך נתפסת קצר יותר מהזמן מקביל תחושה בנוי בצורה חזקה יותר של סוכנות29,30. מעניין, זה הוכח כי אמצעים המפורשות והמשתמעות אולי לא מתואמים באופן ישיר כפי הם נמצאים ככל הנראה אפיון מנגנונים תפיסתיים שונים17 המיידעים יחד התחושה של הסוכנות. ככזה, יצירת הבנה מקיפה יותר של סוכנות היווצרות במהלך השימוש תותבת סביר ידרוש פרוטוקולים ניסיוני העסקת אמצעים וסמויים.
עבודה זו מתארת מסגרת מתודולוגי יכול לשמש כדי במפורש ולא במשתמע לאפיין את תחושת סוכנות שפותחה על השליטה אנגלית sensate ידיים תותבות וירטואלי או רובוטית. שתי שיטות למדידת סוכנות במהלך ביצוע משימה sensorimotor האוחז אובייקט מודגשים. שאלונים כאינטגרציה הוקמה מועסקים כדי לצלם את החוויה מפורשת של סוכנות, בעת הערכות מרווח זמן (מחייב מכוון) המועסקים למדוד במרומז את התחושה של הסוכנות.
הטווח של פרוטוקול זה היא להעריך את תחושת סוכנות בהקשר של אנגלית המספקת רלוונטי מבחינה פיזיולוגית המוטורי הפעיל ומשוב תנועתית. טכניקות אלה הן להכליל למערכות וירטואלי או פיזי תותבת מייל ימי. ישנם הגבלות מינימליות על האוכלוסיות יכול להתגייס כדי לבצע פרוטוקול זה. למשל, הניידות של הגפיים העליונות של המשתתף ניתן להשפיע באופן דו-צדדי (הם בטח האיבר צליל אחד), ואת חייבת להיות להם יכולת קוגניטיבית מבוססי-זמן לשפוט ורהוט תחושות מנוסים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
פרוטוקול זה אושרה בעבר, מנחים את ועדת האתיקה האנושית מחקר של קליבלנד קליניק.
1. חומרה ותוכנה של אנגלית
- ליצור משוב ובקרה מייל ימי לכל משתתף בודדים כך כשהם מנסים לבצע תנועה, הם רואים או מרגישים תותבת וירטואלי להשלים את התנועה.
- ליצור ההכרתיות תנועתית של היד דרך מייל ימי של המשתתף וללכוד את קינמטיקה של התנועה נתפסת על-ידי המשתתף להדגים מה שהם מרגישים באמצעות היד שלהם ללא פגע.
הערה: שיטות לאפיון ההכרתיות תנועתית קינמטיקה כבר מאויר אחרים עובד8 , יכול להיעשות באמצעות כפפה נתונים או מערכת לכידת תנועה אופטי. - השתמש סימולציה יד וירטואלית/תותבת להתרבות קינמטיקה של ההכרתיות התנועה.
- הגדרת החומרה כדי ללכוד את אותות הבקרה תנועת יד מכוונת מייל ימי של המשתתף.
- למפות את האות שליטה לפעילות של הפרוטזה וירטואלי.
- צור תוכנית פקד האב ומתאם הרכישה של האות שליטה אנגלית, התנועה של הפרוטזה וירטואלי, הדור של תנועתית אנגלית משוב בזמן אמת.
- ליצור ההכרתיות תנועתית של היד דרך מייל ימי של המשתתף וללכוד את קינמטיקה של התנועה נתפסת על-ידי המשתתף להדגים מה שהם מרגישים באמצעות היד שלהם ללא פגע.
2. הגדרת הניסוי
- מושב המשתתף ומקם צג אופקית (כלומר, על גבו, פונה כלפי מעלה) על השולחן לפניהם.
- להציג הפרוטזה וירטואלית על המסך, להתאים בגודל ובמיקום כך ממוקם congruently עם המיקום של האיבר חסר שלהם.
- רינדור אובייקטים (למשל, צף כדורים) בתוך הסביבה הוירטואלית לשמש כנקודות עצירה לתפקידים סגור ופתוח של היד (הקצה של תנועה).
- להגדיר את התוכנה פקד האב כאשר הספרות וירטואלי להפוך קשר עם נקודות עצירה וירטואלית, הטון השמיעה הוא שיחק לאחר מועד מתכווננת לעכב (300, 500, 700 או ms 1000).
3. תנאי ניסיוני
- לבנות קובץ הקלט עבור התוכנית פקד האב המציין את ההגדרות עבור כל משפט, כולל העיכוב השמיעה צליל, אם המשוב אנגלית מופעל/ביטול, על המהירות והכיוון של תנועת יד וירטואלית, ההשהיה בין הפקודה ו תנועת הידיים וירטואלי.
- צור שני תנאים שליטה, תוכנית בסיסית, מצב פסיבי.
- עבור התנאי בסיסית, להגדיר את קינמטיקה ושליטה של יד וירטואלית כדי להתאים את ההכרתיות תנועתית מייל ימי.
הערה: התנאי הבסיסית מייצג את התאמה אידיאלית של כוונה מוטוריים, תנועה קינמטיקה משוב תנועתית. - תוכנית מצב פסיבי לבצע תנועה יד וירטואלית כאשר מופעלות על ידי החוקר (הסרת הפקד מהמשתמש) תוך מתן המשתתף עם ההכרתיות תנועתית אנגלית.
הערה: מצב פסיבי לוכדת את התנאים תיאורטי הסוכנות במקרה הגרוע ביותר (כלומר, תנועת בהיעדר שליטה [בלי כוונה], בדומה לגוף האדם מועברים באופן. פסיבי).
- עבור התנאי בסיסית, להגדיר את קינמטיקה ושליטה של יד וירטואלית כדי להתאים את ההכרתיות תנועתית מייל ימי.
- תוכנית תנאים נוספים שנועדו לנתח את התרומות לסוכנות של כוונה מוטוריים, תחושה תנועתית הטמפורלי של חוסר התאמה עם המוצג קינמטיקה של הפרוטזה וירטואלי. שקול להשתמש חמשת התנאים הבאים.
- מול התנועה: המשוב תנועתית אנגלית מציין כי היד נסגרת בעת פתיחת הפריט החזותי יד.
- מהר מדי: הפריט החזותי יד נסגרת מהר מכפי שצוין על-ידי המשוב תנועתית מייל ימי.
- איטי מדי: הפריט החזותי יד סוגר יותר לאט ממה שצוין על-ידי המשוב תנועתית מייל ימי.
- עיכוב תחילת: היד ויזואליזציה נסגרת 1 s מאוחר יותר ממה שצוין על-ידי המשוב תנועתית מייל ימי.
- אין משוב: הפריט החזותי היד נסגר ללא משוב תנועתית מייל ימי.
- צור שני תנאים שליטה, תוכנית בסיסית, מצב פסיבי.
4. ביצועים של הניסוי
- להנחות את המשתתפים לכונן היד פתוח למצב סגור בלי לעצור, לדווח שלהם אומדן משך ההשהיה מ כאשר הספרות וירטואלית יצרתי קשר עם נקודות עצירה וירטואלית כדי כאשר שמעו את הטון השמיעה.
הערה: המשתתפים עשויים להשתמש כל ייצוג של זמן בין 0 ו- 1 זה הכי הגיוני אליהם (למשל, באלפיות שניה, שברי שניות, 0 - 10 קנה מידה). - ליזום בכל ניסוי על-ידי לחיצה על לחצן התחל בתכנית פקד האב, אשר מעביר את היד וירטואלי אל נקודת ההתחלה, מסמן את תחילת המשפט. זה רמזים המשתתף לנסוע יד וירטואלית נקודות העצירה וירטואלי, מה שגורם של הטון השמיעה לאחר עיכוב אקראי (300, 500 או 700 ms).
- שיא הערכה של המשתתף מילולית דווח על מרווח זמן השהיה.
- לארגן ניסויים לגושי ניסיוני.
- להתחיל עם שני מפגשי תרגול, ולהוציאה מן הניתוח הסופי.
- באימון הראשון, הכונן המשתתף היד אל נקודת הקצה של התנועה, לשחק את הטון השמיעה ms 1000 לאחר הספרות וירטואלי להגיע לנקודות עצירה וירטואלי עבור 10 ניסויים.
- המשתתפים לא צריך לדווח את המרווחים מוערך בהפעלת תרגול זו.
הערה: שלב זה יש צורך אוריינט למשתתפים כמה זמן יחיד השני מרגיש.
- המשתתפים לא צריך לדווח את המרווחים מוערך בהפעלת תרגול זו.
- באימון השני, שוב, יש הכונן המשתתף את היד אל נקודת הקצה של התנועה. אקראי הגוונים השמיעה כך המרווחים עיכוב 300, 500 ו- 700 ms מוצגים לפחות 5 x אחד.
- מבקשים המשתתפים לדווח את המרווחים עיכוב המשוער.
- לא מדווחות המשתתף כמה הערכות שלהם ממרווחי עיכוב קרובים הגורם לעיכוב בפועל במהלך תרגול משפטי או המשפטים הבאים בבלוק ניסיוני אלה.
הערה: שלב זה חשוב כמו המשתתפים צפויה להיות חסרי ניסיון בביצוע פסקי זמן בסולם של שברי שניה, ולא הליך הבדיקה ניתן אינטואיטיבי למשתתף מבחן unpracticed.
- באימון הראשון, הכונן המשתתף היד אל נקודת הקצה של התנועה, לשחק את הטון השמיעה ms 1000 לאחר הספרות וירטואלי להגיע לנקודות עצירה וירטואלי עבור 10 ניסויים.
- להעביר ערכות ניסיוני של ניסויים 15 עבור כל תנאי. להציג את התנאים סדר אקראי ולפקח על שאלון בסוף כל תנאי.
- להנחות את המשתתפים כדי לשקף על הקבוצה האחרונה של ניסויים ולהשלים השאלון שמונה-דוח הסוכנות (כולל ארבע שאלות כדי לכמת את החוויה מפורשת של הסוכנות, שליטה ארבע שאלות [דוגמה הניתנים קובץ משלים])8,26.
- אקראי ההצהרות שאלון לספק לפחות חמש הזמנות ייחודיות שאלה יוצגו באופן אקראי למשתתפים.
- להנחות את המשתתפים כדי לשקף על הקבוצה האחרונה של ניסויים ולהשלים השאלון שמונה-דוח הסוכנות (כולל ארבע שאלות כדי לכמת את החוויה מפורשת של הסוכנות, שליטה ארבע שאלות [דוגמה הניתנים קובץ משלים])8,26.
- בסוף הרחוב ניסיוני עם סדרה של ניסויים 15 עבור התנאי פסיבי ולפקח שאלון לאחר השלמת הניסויים האלה.
הערה: לנהל הניסויים פסיבי בסוף כל בלוק ניסיוני כדי למנוע הפרעה בחוש הוקמה של הסוכנות.
- להתחיל עם שני מפגשי תרגול, ולהוציאה מן הניתוח הסופי.
- להשלים ארבעה רחובות ניסיוני עם הזמנות שונות אקראי של תנאי הניסוי.
- לספק הזדמנויות מרובות על-פני משך בדיקה אצל המשתתפים לקחת הפסקה. אין זמן מינימלי או מגבלה של זמן הפסקות אלה, אך להבטיח שהמשתתף אינה פיזית או מנטלית עייף לפני שתמשיך את הבדיקות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
פרוטוקול הניסוי בוצע עם שלושה משתתפים קטועי איברים ההפעלה תותבת וירטואלי sensate דרך שלהם אנגלית8 (איור 1). הגדרת שימוש יד וירטואלית משתתף-לשליטה עוברים דרך פרופילים קנטית מתוכנת מראש באמצעות מנוע פיזיקה31MuJoCo HAPTIX. יד וירטואלית הוצגה על צג אופקי לפני המשתתפים במיקום במרחב התואם את האיבר חסר שלהם. המשתתפים אנגלית שעברו בעבר עצבית rewiring הליך כירורגי (יישוב reinnervation), אשר היה בשילוב עם תותבת רגילה myoelectric (EMG) אסטרטגיות שליטה כדי לספק שליטה אינטואיטיבי של יד וירטואלית32; לפיכך, המשתתפים יכול לנהוג יד וירטואלית על ידי 'לחשוב' על פתיחה וסגירה של היד החסרה שלהם. ויברציות אסטרטגי של השרירים rewired בניתוח המשתתפים המושרה משלה תפיסת תנועת הידיים, מתן פלטפורמה לקבלת משוב חושית תנועתית8. באמצעות תוכנות מותאמות אישית, EMG יד שליטה אותות ושרטוטים תותבת וירטואלי היו משולבים עם הפלט של מכשיר רטט משוב. כאשר המשתתף יזמה תנועת היד המוצג וירטואלית, הרטט לגרום תחושה שהותאמה המתאימה של תנועה מורכבים אחיזה ביד חסר.
איור 1: התקנה דוגמה המקיים את דרישות לאפיין סוכנות. תוכנית התקנה זו מספק למשתמש שליטה אינטואיטיבית ומשוב תנועתית של יד וירטואלית המוצג. משוב ובקרה יד וירטואלית מושגות באמצעות ממשק עצבית-מכונה באמצעות גירוי רטט (העלאת שמאלף תנועה משלה של האיבר חסר) של השרירים reinnervated קטועי גפיים ובקרה myoelectric. משוב ובקרה מתואמות דרך מערכת רכישת הנתונים במחשב שפועל בו תוכנות מותאמות אישית. קינמטיקה יד וירטואלית מוצגים למשתמש על צג אופקי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2A מסופק עבור ההשוואה של אמצעים מפורשת של סוכנות תחת כל אחד התנאים משוב. . הנה, הציון הממוצע עבור סוכנות ארבע השאלות (ו 4 שאלות שליטה) מותוות עבור המשתתפים ועל -ידי כל תנאי משוב. ב. איור 2B, בציונים המשתתף בודדים בממוצע, המותווה עבור כל תנאי משוב, עם קווי השגיאה המייצג את סטיית התקן הממוצע. ממוצע דירוג גבוה מ-1 מצביע על הסכם עם הצהרה נתון, 0 מציין הנייטרליות של הסכם26. דירוג הסכם גבוה יותר (≥ 1) עבור השאלות סוכנות מצביעים על חוויה גדולה יותר של הסוכנות. התגובות השאלות? הבקרה צריך להיות שלילי או נייטרלי (≤ 0), ניקוד בין 0 ל-1 נלקח כמו חד משמעיות. 'בסיסית', 'מהר מדי' והמצב 'אין משוב' הפגינו המרווח הממוצע הנמוך הערכות המציין התחושה החזקה של סוכנות נוצר, ואילו 'הפסיבי' 'מול תנועה"תנאים הדגימו תחושה החלשה של הסוכנות.
איור 2: אמצעים מפורשת של סוכנות תחת כל תנאי משוב. (א) הממוצע הציון עבור סוכנות ארבע ושאלות שליטה four סיפק לכל אחד מהמשתתפים תחת כל תנאי משוב. (B) הממוצע ציונים על פני המשתתפים תחת כל תנאי משוב. קווי השגיאה מייצגים את סטיית התקן. שתי חלקות, ממוצע דירוג יותר מאשר +1 ציון הסכם ו, על השאלות סוכנות, היווצרות של סוכנות, בעוד 0 מציין נייטרליות. דמות זו שונתה מ. Marasco et al. 8. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
להשוואה של מכוונת מחייב על כל תנאי משוב, איור 3A מציגה מרווח הזמן הערכות לכל משתתף בממוצע לפי מצב משוב. ההבדלים בין ממרווחי הזמן בפועל ועל הנתפסים היו אז בממוצע על פני המשתתפים שלוש, מוצגים באיור 3B ביחס התנאי משוב בסיסית. קווי השגיאה מציינות סטיית התקן של הממוצע. מרווח הזמן התחתון הערכות (איור 3 א), הבדלים גדולים יותר שלילי (איור 3B) מעידות על תחושה מרומזת חזקה של הסוכנות. התנאי 'מהר מדי' ואחריו התנאי בסיסית הפגינו האומדנים המרווח הממוצע הנמוך ביותר, המציין את החוש החזק ביותר של סוכנות נוצר, ואילו התנאי 'מול תנועה"הפגינו תחושה החלשה של הסוכנות.
איור 3: אמצעים מרומזת של סוכנות באמצעות זמן מרווח הערכות תחת כל תנאי משוב. (א) המרווח הממוצע הערכות עבור מרווח השהיה בין הסיום של היד וירטואלי קרוב והציג הטון השמיעה המותווים לכל משתתף בכל אחד באופן אקראי מרווח בפועל. התוצאות מותוות עבור כל תנאי משוב, הערכה נמוכה יותר זמן מציין תחושה חזקה של הסוכנות. לוחות אלה שונו מ. Marasco et al. 8. הבדל (B) הממוצע (בין המשתתפים ומרווחי עיכוב) בין עיכוב בפועל של המשתתף מוערך מרווח זמן יחסית התנאי משוב בסיסית. התוצאות מותוות עבור שניהם. . הנה, ערך יותר שלילי מציין תחושה חזקה הממוצע של סוכנות, CI מציין מרווח הביטחון 95% (CI). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4 מאפשרת השוואה של סוכנות המפורשות והמשתמעות אמצעים. ההבדל הממוצע בין מרווחי זמן בפועל ועל הנתפסים מותוות באופן יחסי התוצאות של המצב משוב בסיסית לגבי שאלון סוכנות בממוצע הציונים עבור כל תנאי משוב. במצגת זו של נתונים, נע משמאל לימין בציר ה-x מציינת ירידה ברמת החוויה מפורשת של הסוכנות, נע מלמטה למעלה על ציר-y מצביעה על ירידה במובן מרומזת של הסוכנות. איור 2 , איור 3, התנאי 'מהר מדי' הפגינו היווצרות החזק ביותר של סוכנות, במפורש והן בעקיפין.
איור 4: ממוצע מידות המפורשות והמשתמעות של הסוכנות לכל תנאי משוב, ומשלב את התוצאות שהוצגו 2B איור, איור 3B. התוצאות ממוצעת הסוכנות מפורשת מותוות בציר ה-x, האומדנים המרווח הממוצע מותוות על ציר ה-y. קווי השגיאה מציינות סטיית תקן. לנוע שמאלה כדי על ציר ה-x מצביעה על ירידה בארץ עם ניסיון מפורש של הסוכנות, נע מלמטה למעלה על ציר-y מצביעה על ירידה במובן מרומזת של הסוכנות. דמות זו שונתה מ. Marasco et al. 8. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
כאן מוצגת מסגרת מתודולוגי לאפיין את החוויה של סוכנות נוצר תוך כדי הפעלה תותבות sensate ויה NMIs. בהקשר זה, הסוכנות היא רלוונטית במיוחד כפי היא מגשרת פעולה פיזית לתהליכים קוגניטיביים רקע המעצבות את התפיסה. דרך של המשתתף תותבת, אנגלית, יש לנו גישה ישירה אל מספר רב של אלמנטים מרכזיים כי ליצור התחושה של הסוכנות: יעד פלט מנוע, תחושת תנועה. חשיבות לפקד המתקדם תותבת, הכלים המסופקים בעבודה זו למנף את זה גישה ישירה לשחרר הבנה של מה רכיבים אלה עשוי לקדם תחושת שליטה של המשתמש, ואת השילוב קוגניטיבית של, הפעולות של שלהם תותבת.
טכניקות מודגש גמישים כי הם יכול להיות מועסק עם כל מייל ימי ומחקר קליני מערכת תותבת. כל עוד הם עונים לקריטריונים של תנועתית משוב ובקרה בזמן אמת perceptually רלוונטיים. היתרון הטמון NMIs רבים הוא הפוטנציאל של שליטה אינטואיטיבית מושגת על ידי מינוף של מסלולים עצביים שנותרו postamputation. דבר זה מאפשר מדידת פעילות פיזיולוגית שיורית כי ברגע מלווה איבר שלם התנועה, אשר יכול, בתורו, להיות מפוענח, למפות את התנועה המתאימה האיבר וירטואלי או תותבת. לכן, רוב טכניקות אנגלית צריך לספק את הדרישה לשליטה רלוונטי perceptually, בתנאי הפעילות העצבית מוקלטות וממשק דיגיטלי הנלווה יכול לייצר אותות הפלט אמין ניתן בהתאם למפות יד וירטואלית. הגדרת הניסוי דורש גם מערכת מתן חוקרים עם היכולת ליזום באופן פעיל תחושות תנועתית בזמן אמת עם קינמטיקה יד וירטואלית המוצג. זוהי דרישה קריטי תחושה של הסוכנות על תנועות נוצר כאשר אנו עוסקים פעולה ואת המשוב חושית המתאים מוחזר במהלך השלמת את הפעולה13. שוב, כל עוד קריטריון זה מתקיים, רוב מייל ימי לכל מערכת משוב תנועתית יהיה הולם.
טכניקות המוצג כאן יש היתרון להערכת מדדים קוגניטיביים-תפיסתי וסמויים של הסוכנות. יש עדות לכך, כי כל אחד עשוי להיות תוצאה של המנגנונים הקוגניטיביים נפרדים זה, יוצרים יחדיו, תחושה מלאה של סוכנות17; עם זאת, אין עדיין הבנה מלאה של מערכת היחסים הזאת. התוצאות של אמצעים אלה הם כמותיים לפרש בקלות. יתקצר זמן מרווח הערכות מציע תחושה מרומזת חזקה של הסוכנות הוקמה. באופן דומה, ציונים גבוהים בשאלון על הצהרות סוכנות מצביעים על חוויה חזקה יותר מפורשת של הסוכנות. הוא הציע כי ערכים כמותיים אלה מספקים בסיס כדי להעריך ובהתאמה מייל ימי הבקרה והמשוב חושית. לדוגמה, ב הקודם עבודה8 המדווח כאן איור 4, משתתפים לעתים קרובות דיווח קטן נתפסת בזמנים קצובים, במפורש דיווחה סוכנות נתפס חזק כאשר יד וירטואלית הוצגה סגרו את המקום הזה הרבה יותר מהר מאשר התחושה תנועתית שהם חוו. זה מציין כי המשתמש חש תחושה חזקה יותר של שליטה על מעשיהם של היד, כפי שדווח באופן מפורש, אך גם מצביע על תהליכים קוגניטיביים להקים זו תחושה של שליטה חזק יותר לשייך זו התצוגה קנטית מהר יותר. ככזה, התאמת ערכת שליטה אנגלית של תותבת קליניים כדי להכיל את היד מהר יותר סוגר עשוי לסייע לשפר את התפיסות של המשתמש של שליטה על המכשיר פיזית שלהם ולעודד למשתמש לזהות הפעולות של המכשיר שלהם כמו עצמי.
טכניקות הציג עשוי גם להיות מועסק כדי ליצור הבנה יותר מלאה של שיטות חושית איך מרובים עשויים להשפיע תפיסת בעלות על איברים מלאכותיים. לדוגמה, משוב חושי המגע (או באופנים חושית) עשויים לשלב לתוך הפרדיגמה המובאים כאן כדי להעריך את תפקידיהם בודדים אפשרי potentiating התחושה של הסוכנות. בנוסף, טכניקות המובאת כאן אולי לזווג עם אמצעים הבעלות לאפיין באופן מקיף יותר את יחסי הגומלין בין הסוכנות, התגלמות, ואופני חושית בודדים. השיטות המסופקות עשויות להיות ישימות רחבה מעבר התקנים שבשליטת מייל ימי. ניתן ליישום משימות ניסויים דומים עם מערכות שליטה מורכבים (כגון זיהוי תבניות myoelectric), תותבות myoelectric המסורתי, מערכות הגוף מופעל, כמו גם מערכות ללא משוב חושית מייל ימי. זה עשוי לאפשר מבט ייחודית להבנת תהליכים קוגניטיביים איך להגיב פחות 'טבעיות' פרדיגמות משוב ובקרה ולספק תובנות איך הסוכנות, תפיסת שליטה רשאית לפעול במהלך פעילות של מחקר מסורתיות יותר או מערכות תותבת קליניים.
ככל תותבות רובוטית גדלים יותר ויותר מתוחכמים, אז האם גם את הצורך שליטה אפקטיבית ושילוב קוגניטיבית של התקנים אלה. התחושה היא שביל לתת מענה של מספר מחסומים קריטי, היכולת להעריך את המנגנונים underpinning לעבד תחושה תנועה ומידע הוא חלק חשוב. הכלים המסופקים כאן יכול לעזור להקל על השילוב של מכשירים עם המשתמשים על ידי אפיון היווצרות המפורשות והמשתמעות של הסוכנות. טכניקות אלה לעזור לכמת את היתרונות של הגישה מולדת שליטה מוטורית אינטואיטיבית ותחושה כי NMIs עשוי לספק, יכולים להציע פלטפורמה עבור הערכה, כוונון, בסופו של דבר לשפר את התפיסה של המשתמש של להיות בשליטה על שלהם מלאכותי האיבר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
המחברים רוצה להודות מדלן ניוקומב לתרומות שלה לדור איור. עבודה זו מומן על ידי משלמי המיסים בארה ב דרך NIH, משרד המנהל, קרן משותפת, טרנספורמטיבי R01 מחקר (גרנט #1R01NS081710-01) ובפרס הסוכנות פרוייקטי מחקר מתקדם (מספר חוזה N66001-15-C-4015 תחת חסותה של ההגנה ביולוגיה טכנולוגיה תוכנית מנהל המשרד ד ובר).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| LabVIEW 2015, Service Pack 1, Version 15.0.1f2 64-bit | National Instruments, Austin, TX, USA | Full or Pro Version | We wrote custom software in LabVIEW to coordinate virtual prosthesis control with kinesthetic feedback as well as to present experimental conditions and record data. |
| 8-Slot, USB CompactDAQ Chassis | National Instruments, Austin, TX, USA | cDAQ-9178 | |
| ±60 V, 800 kS/s, 12-Bit, 8-Channel C Series Voltage Input Module | National Instruments, Austin, TX, USA | NI-9221 | |
| 100 kS/s/ch Simultaneous, ±10 V, 4-Channel C Series Voltage Output Module | National Instruments, Austin, TX, USA | NI-9263 | |
| Custom Wearable Kinesthetic Tactor | HDT Global, Solon, OH, USA | N/A | This item was custom made. Other methods of delivering kinesthetic feedback are acceptable as long as the participant feels the sensation of the hand moving in real-time with the movements of the virtual hand. |
| MuJoCo Physics Engine, HAPTIX Version | Roboti LLC, Redmond, WA, USA | mjhaptix150 | Newer versions of MuJoCo should be acceptable as well. We used the MPL Gripper Model. |
| Myobock Electrodes, powered by Otto Bock EnergyPack in MyoBoy Battery Receptacle | Ottobock, Duderstadt, Germany | electrodes: 13E200=60 battery: 757B21 battery receptacle: 757Z191=2 |
Any setup that provides an amplified, filtered, and rectified EMG or neural control signal could be used. |
References
- Kuiken, T. A., Marasco, P. D., Lock, B. A., Harden, R. N., Dewald, J. P. A. Redirection of cutaneous sensation from the hand to the chest skin of human amputees with targeted reinnervation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (50), 20061-20066 (2007).
- Hebert, J. S., et al. Novel targeted sensory reinnervation technique to restore functional hand sensation after transhumeral amputation. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 22 (4), 765-773 (2014).
- Tan, D. W., et al. A neural interface provides long-term stable natural touch perception. Science Translational Medicine. 257 (6), (2014).
- Oddo, C. M., et al. Intraneural stimulation elicits discrimination of textural features by artificial fingertip in intact and amputee humans. eLife. 5 (MARCH2016), (2016).
- Raspopovic, S., et al. Bioengineering: Restoring natural sensory feedback in real-time bidirectional hand prostheses. Science Translational Medicine. 6 (222), (2014).
- Flesher, S. N., et al. Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex. Science Translational Medicine. 8 (361), (2016).
- Tabot, G. A., et al. Restoring the sense of touch with a prosthetic hand through a brain interface. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (45), 18279-18284 (2013).
- Marasco, P. D., et al. Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands. Science Translational Medicine. 10 (432), (2018).
- Horch, K., Meek, S., Taylor, T. G., Hutchinson, D. T. Object discrimination with an artificial hand using electrical stimulation of peripheral tactile and proprioceptive pathways with intrafascicular electrodes. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 19 (5), 483-489 (2011).
- Braun, N., et al. The senses of agency and ownership: A review. Frontiers in Psychology. 9 (APR), (2018).
- Van Den Bos, E., Jeannerod, M. Sense of body and sense of action both contribute to self-recognition. Cognition. 85 (2), 177-187 (2002).
- Botvinick, M., Cohen, J. Rubber hands "feel" touch that eyes see. Nature. 391 (6669), 756 (1998).
- Gallagher, S. Philosophical conceptions of the self: Implications for cognitive science. Trends in Cognitive Sciences. 4 (1), 14-21 (2000).
- Niedernhuber, M., Barone, D. G., Lenggenhager, B. Prostheses as extensions of the body: Progress and challenges. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 92, 1-6 (2018).
- Marasco, P. D., Kim, K., Colgate, J. E., Peshkin, M. A., Kuiken, T. A. Robotic touch shifts perception of embodiment to a prosthesis in targeted reinnervation amputees. Brain. 134 (3), 747-758 (2011).
- Rognini, G., Blanke, O. Cognetics: Robotic Interfaces for the Conscious Mind. Trends in Cognitive Sciences. 20 (3), 162-164 (2016).
- Dewey, J. A., Knoblich, G. Do implicit and explicit measures of the sense of agency measure the same thing. PLoS ONE. 9 (10), (2014).
- Edwards, A. L. Adaptive and Autonomous Switching: Shared Control of Powered Prosthetic Arms Using Reinforcement Learning. , University of Alberta. Master's thesis (2016).
- Desai, M., Stubbs, K., Steinfeld, A., Yanco, H. Creating trustworthy robots: Lessons and inspirations from automated systems. Adaptive and Emergent Behaviour and Complex Systems - Proceedings of the 23rd Convention of the Society for the Study of Artificial Intelligence and Simulation of Behaviour, AISB 2009. , 49-56 (2009).
- Lee, J. D., See, K. A. Trust in automation: designing for appropriate reliance. Human Factors. 46 (1), 50-80 (2004).
- Moore, J. W. What is the sense of agency and why does it matter? Frontiers in Psychology. 7 (AUG), 1-9 (2016).
- Obhi, S. S., Hall, P. Sense of agency in joint action: Influence of human and computer co-actors. Experimental Brain Research. 211 (3-4), 663-670 (2011).
- Sahaï, A., Pacherie, E., Grynszpan, O., Berberian, B. Co-representation of human-generated actions vs. machine-generated actions: Impact on our sense of we-Agency? 2017 26th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication (RO-MAN). , Lisbon, Portugal. August 28 - September 1, 2017 (2017).
- Biddiss, E., Chau, T. Upper limb prosthesis use and abandonment: A survey of the last 25 years. Prosthetics and Orthotics International. 31 (3), 236-257 (2007).
- Atkins, D. J., Heard, D. C. Y., Donovan, W. H. Epidemiologic overview of individuals with upper-limb loss and their reported research priorities. Journal of Prosthetics and Orthotics. 8 (1), 2-11 (1996).
- Kalckert, A., Ehrsson, H. H. Moving a Rubber Hand that Feels Like Your Own: A Dissociation of Ownership and Agency. Frontiers in Human Neuroscience. 6 (March), 1-14 (2012).
- Caspar, E. A., Cleeremans, A., Haggard, P. The relationship between human agency and embodiment. Consciousness and Cognition. 33, 226-236 (2015).
- Haggard, P., Clark, S., Kalogeras, J. Voluntary action and conscious awareness. Nature Neuroscience. 5 (4), 382-385 (2002).
- Engbert, K., Wohlschläger, A., Haggard, P. Who is causing what? The sense of agency is relational and efferent-triggered. Cognition. 107 (2), 693-704 (2008).
- Moore, J. W., Wegner, D. M., Haggard, P. Modulating the sense of agency with external cues. Consciousness and Cognition. 18 (4), 1056-1064 (2009).
- Kumar, V., Todorov, E. MuJoCo HAPTIX: A virtual reality system for hand manipulation. 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). , Seoul, South Korea. November 3 - 5, 2015 (2015).
- Kuiken, T. A., et al. Targeted reinnervation for enhanced prosthetic arm function in a woman with a proximal amputation: a case study. Lancet. 369 (9559), 371-380 (2007).
