Summary
Burada Ajansı duyusal sanal ya da robot protez eller denetimin üzerine geliştirilen duygusu karakterize bir protokol mevcut. Psikofizik soru formlarını Ajansı açık deneyimi yakalamak için istihdam edilmektedir ve zaman aralığı tahminleri (kasıtlı bağlama) örtülü olarak ajans duygusu ölçmek için istihdam edilmektedir.
Abstract
Bu eser için açıkça kullanılabilir ve duyusal sanal ya da robot protez eller sinirsel-makine arayüzü (NMI) denetimin üzerine geliştirilen ajans duygusu örtülü olarak karakterize bir metodolojik çerçeve açıklar. Ajansı kendi varlık olarak bizim uzuvları ile gerçekleştirilecek eylemler ayırt temel bir oluşumdur. Gelişmiş üst ekstremite protezleri aynı algısal mekanizmaların dahil çabası, yapay bir kol daha yakından bacak kontrol için kullanıcının varolan bilişsel çerçeve içine entegre başlayabiliriz. Bu Kullanıcı kabul, kullanımı ve gelişmiş üst ekstremite protezleri etkin denetimini desteklenmesinde önemli etkileri vardır. Bu iletişim kuralı, katılımcılar sanal bir protez el kontrol ve onların önceden varolan NMIs aracılığıyla kinestetik duyusal geribildirim almak. Bir dizi sanal açgözlü görev gerçekleştirilir ve tedirginlikler sistematik kinestetik geribildirim ve sanal el hareketleri kullanılmaya başlanmıştır. İki ayrı ölçümlerini ajansı istihdam edilmektedir: psikofizik anket (açık deneyim ajansı yakalamak için) ve bir zaman aralığı tahmin Ajansı (kasıtlı bağlama) örtülü duygusunu yakalamak için görev kuruldu. Bu iletişim kuralı sonuçlarını (soru formu puanları ve zaman aralığını tahmin ediyor) ajansı oluşumu kapsamını ölçmek için analiz edilebilir.
Introduction
Robot protez giderek gelişmiş, ilgili duyusal geribildirim önemini büyümeye devam edecektir. Duyusal geribildirim nasıl insan algıladıkları, etkileşim ve hatta onların beden şemasına makineleri entegre etkiler. Son NMI teknikleri şimdi protez uzvu kullanıcılar ile sezgisel kontrol sağlamak ve elde etmek ile ilgili duyumları touch1,2,3,4,5,6 , 7 ve kinestezi (hareket anlamda)8,9 ' eksik uzuvları. Bu duyusal bilgi işlem sırasında yapay uzuv izleyerek görsel bilgiler ile eşleştirildiğinde, öz -karşıayrım bilgilendirmek temel unsuru erişimimiz-diğer. Bu erişim yararlanarak getirmek protez uzvu Kullanıcı-e doğru bir adım daha yakın bir yapay uzuv sadece bir araç yerine onların beden bir parçası olarak çalışan için yardımcı olabilir.
Beden farkındalığı ve somutlaşan hissi doğar Ajansı (yazarlık zor durumda'nın eylemler üzerinde deneyimi) ve mülkiyet (bir bacak vücudun bir parçası duygu) kurulması10,11. Mülkiyet öncelikle dokunmatik ve görsel bilgiler12entegrasyon sayesinde aracılık ettiği. Ajansı entegrasyonu niyet, hareket hissi (kinestezi), görsel bilgi ve tahmin bilişsel modelleri11ortaya çıkıyor. Ne zaman o eylemi duyusal sonuçlarını hazırlayanın amacı ve Öngörüler sanatçının iç modelleri13ile hizalamak gönüllü bir eylem gösteri sırasında ajansı kuruldu. Ajansı ayrı ve mülkiyet farklıdır. Bacak mülkiyet kavramı sık protez edebiyat14' te okudu. Bir anlamda uzuv mülkiyet formlarda değmek geribildirim ölçülen açıkça soru formlarını veya örtülü olarak kalan uzuv sıcaklık değişiklikleri veya zamansal sırasını kararlar15dağınık şekilde ve geçici, uygun olduğunda NMI katılımcılar. Ancak, imkânları ajansı NMI16bağlamında keşfetmeye var. NMI katılımcı ile son iş bu ajansı kasıtlı yükseltilebilir ve mülkiyet8deneyimlerinden ayrı göstermiştir.
Nedensellik, duygu deneyimleri ile yapay uzuv'ın fiziksel eylemler kontrolünü bilişsel bir bağlantı olduğu gibi özellikle robot protez işleminde önemli kuruluşudur yapay uzuv kontrol etme ya da bir şey için neden 17oldu. Robot protez görevleri etkili bir şekilde tamamlamak için Kullanıcı ile işbirliği gerekir bilgisayarlı makineleri ileri seviyededir. Bazı prostetik uzuvların kavrama kaymaz algılama ve düzeltme gibi özerk işlevleri dahil olması; Kullanıcı denetimi dışına çalıştıran işlevselliği gibi sinir bozucu görüntülenebilir değilse gibi uygun şekilde8,18uygulanan bu sistemleri sınırlı evlat edinme gördün mü. Bu insan işbirliği uygulamaları özerk makineleri ile yankılandı temel bir meydan okuma sunuyor. Yani, insanlar genellikle kendi eylemleri bu bilgisayarlar veya makineleri ile bir işbirliği kaynaklanan güven ve bu güven doğrudan Otonom fonksiyonları19,20kullanmak için bir işleç'ın olasılığını etkiler. Insan olarak, doğuştan kendimizi ve vücudumuzun niyetimiz eylemleri gerçekleştirmek için güven; Bu elde edilir, biz ajansı içsel bir anlamda kurmak. İlginçtir, ajansı oluşumu kooperatif insan-bilgisayar eylemleri de etkilenir. İnsan-insan kooperatif görevleri sırasında ajansı paylaşılan bir anlamda hareketi21üzerinde oluşmuş; henüz, edebiyat paylaşılan bu ajansı insan-bilgisayar işbirliği22,23sırasında ipotekli olduğunu göstermektedir. Bu zorlukları protez üst ekstremite kullanımda yansıtılır ve robotik cihazların ret oranları yüksek, % 23-39 ile kullanıcılarının % onların kullanım24sona erdirme kalır. Aslında, birçok protez Kullanıcı hareketsiz tercih etmek sistemleri vücut güçlendirilmiş25. Bu sistemler bilgisayarlı makine kontrol döngü kaldırmak ve daha yakından kullanıcının vücut hareketleri protez hareket yolu ile tel kablo için çift. Bu bilişsel entegrasyonu gelişmiş yapay organları kullanımındaki önemi daha da pekiştiriyor. NMI sistemleri kooperatif duygusu ajansı kurulması için suni uzuvların daha yakın hareket yardımcı olmak için gerekli duyusal ve motor parçaları bir dizi sağlayabilir ve bu kabul ve bunlar gerçek entegrasyonu teşvik vesile olacak öneririz bilgisayarlı Makine kullanıcıları ile.
Ajansı birkaç yolla ölçülen. En basit önlemleri psikofizik soru formlarını kullanın veya ölçekler o açıkça rica kimi ve neyi katılımcılara bir olay17,26,27özniteliği. Bu bireyin mevcut algı üzerinde dayanır "kendi kendine" katılımcılar kendi kendine atıf ("Ben" ya da başka bir varlık bir eylem veya olay için sorumlu olduğunu açıkça yargılamayayani) çıkarımsal kararlarının yapmak isteyerek. Örtülü ölçüleri motor eylem ve duyusal olaylar sırasında oluşan bilişsel süreçler arka içgörü sağlamak. Bu da açıkça bir birey tarafından algılanan değildir ölçmek Bu görünüm ajansı çalışır. Genellikle bu bir algılanan fark öz - ve dışarıdan-eylemler, örneğin katılımcılar sahip bir öz - ve dışarıdan-oluşturulan olay arasında gerçekleşmesi için algılanan süre rapor generated karakterize katılımcılar alarak elde edilir 17 , 28. Self-generated eylemler performans sırasında ajansı örtülü olarak eylemler ve kasıtlı bağlama28bilinen onların duyusal sonuçları arasında zamanında algısal bir sıkıştırma olarak ortaya çıkar. Bireylerin bir eylem ve onun sonucu arasında gerçekleşmesi için algılanan zaman bildirdiğinizde, zaman daha kısa bir algılanan süre daha güçlü kurulan ajans29,30duygusu karşılık gelir. İlginçtir, büyük olasılıkla birlikte ajans duygusu bilgilendirmek farklı algısal mekanizmaları17 karakterize gibi açık ve kapalı önlemler doğrudan ilişkilendirmek değil bu kanıtlanmıştır. Bu nedenle, protez kullanımı sırasında ajansı oluşumu daha kapsamlı bir anlayış kurulması büyük olasılıkla deneysel protokoller açık ve kapalı önlemleri kullanan gerektirir.
Bu eser için açıkça kullanılabilir ve duyusal sanal ya da robot protez eller NMI denetimin üzerine geliştirilen ajans duygusu örtülü olarak karakterize bir metodolojik çerçeve açıklar. Ajansı sensorimotor nesne açgözlü görevi sırasında performansı ölçmek için iki teknik vurgulanır. Kurulan psikofizik anketleri zaman aralığı tahminleri (kasıtlı bağlama) örtülü olarak ajans duygusu ölçmek için istihdam edilmektedir iken Ajansı ' nın açık deneyimi yakalamak için istihdam edilmektedir.
Fizyolojik olarak ilgili aktif motor kontrol ve kinestetik geribildirim sağlar bir NMI bağlamında ajans duygusu değerlendirmek için bu protokolü kapsamıdır. Bu sanal ya da fiziksel protez NMI sistemleri için genelleştirilebilir tekniklerdir. Bu iletişim kuralı gerçekleştirmek için işe örneğin alınma olasılığını en az kısıtlamalar vardır. Örneğin, hareketlilik katılımcının üst ekstremite bilateral etkilenen değil (onlar bir ses bacak olması gerekir), ve bilişsel yetenek zamana dayalı kararlar olun ve deneyimli duyumları ifade sahip olması gerekir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu iletişim kuralı daha önce onaylanmış ve Cleveland Kliniği 's insan Araştırma Etik Komitesi kuralları izler.
1. donanım ve yazılım NMI
- Onlar bir hareketi gerçekleştirmek çalıştığınızda, onlar görmek ve bu hareketi tamamlamak sanal bir protez hissediyorum her Event'deki NMI kontrol ve geri bildirim kurmak.
- Bir el kinestetik algı katılımcının NMI aracılığıyla oluşturmak ve ne hissettiklerini göstermek katılımcı sahip olarak algılanan hareket kinematik yakalamak olduğu gibi ellerini kullanarak.
Not: kinestetik algı kinematik karakterize teknikleri diğer works8 ' resimli ve bir veri eldiven veya bir optik hareket yakalama sistemi kullanarak elde edilebilir. - Sanal el/protez bir simülasyon hareket algılama kinematik oluşturmak için kullanılır.
- Donanımı kurma katılımcının NMI gelen kasıtlı el hareketi kontrol sinyalleri yakalamak için ayarlayın.
- Bu denetim sinyali sanal protezin faaliyete eşleyin.
- Koordinatları NMI kumanda sinyal edinimi, sanal protez hareketi ve kinestetik NMI geribildirim içinde gerçek-zaman nesil bir ana denetim programı oluşturun.
- Bir el kinestetik algı katılımcının NMI aracılığıyla oluşturmak ve ne hissettiklerini göstermek katılımcı sahip olarak algılanan hareket kinematik yakalamak olduğu gibi ellerini kullanarak.
2. deneysel Kur
- Katılımcı koltuk ve bir monitör yatay pozisyon (yani, yukarı bakacak şekilde sırtında) onları önünde bir masada.
- Sanal protez monitörde görüntülemek ve eksik onların bacak konumu ile congruently konumlandırılmış, boyutunu ve konumunu ayarlayın.
- El (bitiş noktası hareketinin) yakın ve açık pozisyonlar için durak noktaları olarak hizmet için sanal ortamda nesneleri (topları yüzenÖrneğin,) işlemek.
- Ne zaman sanal basamak yapmak ana denetim programı yapılandırabilirsiniz (300, 500, 700 veya 1000 ms) ayarlanabilir bir saat gecikme sonra sanal durak noktaları ile iletişim, bir işitsel çalýnýr.
3. deneysel koşullar
- NMI geribildirim açık açık/kapalı, hızını ve yönünü sanal el hareketi ve komut arasındaki gecikme işitsel sesi gecikme de dahil olmak üzere her deneme için ayarları belirtir ana kontrol programı için bir giriş dosyası ve sanal el hareketi.
- İki denetim koşullar, temel ve pasif bir koşul oluşturun.
- Temel koşul için kinematik ve NMI kinestetik algı eşleşecek sanal el kontrolünü yapılandırın.
Not: Temel koşul motor niyet, hareket kinematik ve kinestetik geribildirim ideal eşleşmeyi gösterir. - Katılımcı NMI kinestetik algı ile sağlarken (kullanıcıdan denetimi kaldırmak) araştırmacı tarafından tetiklendiğinde bir sanal el hareketi gerçekleştirmek için pasif koşulu program.
Not: Pasif koşulu teorik en kötü durum ajansı koşulları (yani, yokluğunda hareketinin kontrolü [olmadan amacı], kişinin vücuduna pasif taşınmasını benzeyen) yakalar.
- Temel koşul için kinematik ve NMI kinestetik algı eşleşecek sanal el kontrolünü yapılandırın.
- Program ek koşullar ajansı katkıları motor niyet, kinestetik hissi ve sanal protezin görüntülenen kinematik geçici uyumsuzluk dışarı ayrıştırmak için tasarlanmış. Aşağıdaki beş koşulları kullanmayı düşünün.
- Hareketi karşısında: el görselleştirme açılırken el kapatır NMI kinestetik geribildirim gösterir.
- Çok hızlı: el görselleştirme NMI kinestetik geribildirim tarafından belirtilenden daha hızlı kapanır.
- Çok yavaş: el görselleştirme NMI kinestetik geribildirim tarafından belirtilenden daha yavaş kapanır.
- Başlangıçlı gecikme: el görselleştirme kapanır 1 s NMI kinestetik geribildirim tarafından belirtilenden daha sonra.
- Geribildirim yok: el görselleştirme herhangi bir NMI kinestetik geri bildirim kapatır.
- İki denetim koşullar, temel ve pasif bir koşul oluşturun.
4. deney performansını
- Katılımcılar sürücü el açmak için kapalı konumda durmadan ve onların tahmini ne zaman temas sanal basamak işitsel sesi duyunca sanal durak noktaları üzerinden gecikme süresini bildirmek için gelen talimat.
Not: Herhangi bir beyan onları (Örneğin, milisaniye, kesirler saniye, 0 - 10 ölçek) en mantıklısı 0 ve 1 s arasındaki süre katılımcılar kullanabilir. - Her deneme sanal el davanın başında sinyal başlangıç konumuna taşır ana denetim programı Başlat düğmesine basarak Başlat. Bu katılımcının randomize bir gecikmeden sonra oynamak bir işitsel sesi neden sanal el sanal durak noktalarına sürücü ipuçları (300, 500 ya da 700 ms).
- Katılımcının sözlü olarak bildirilen tahmini zaman gecikme aralığının kaydedin.
- Denemeler deneysel bloklar halinde düzenleyin.
- İki antreman seansları ile başlamak ve bunları son çözümleme dışı bırakmak.
- İlk alıştırma oturumu olarak katılımcı diskin el hareketi bitiş noktası var ve sonra sanal basamak 10 deneme sanal durak noktalarına 1000 ms işitsel sesi çalacak.
- Katılımcılar bu alıştırma oturumu için tahmini aralıklarla rapor gerekmez.
Not: Ne kadar tek bir ikinci hissediyor katılımcılara yönlendirmek bu adım gereklidir.
- Katılımcılar bu alıştırma oturumu için tahmini aralıklarla rapor gerekmez.
- İkinci uygulama oturumda tekrar, el hareketi son nokta için katılımcı sürücü var. Böylece 300, 500 ve 700 ms gecikme aralıkları en az 5 x her sunulmaktadır işitsel sesleri rastgele.
- Tahmini gecikme aralıkları bildirmek için katılımcılar sor.
- Onların tahminleri gecikme aralıkları bu pratik çalışmalar veya deneysel bloğundaki sonraki denemeler sırasında gerçek gecikme ne kadar yakın olduğunu katılımcı bilgi yok.
Not: Bu katılımcılar-ecek beğenmek var olmak saniyenin kesirleri bir ölçekte zaman kararlar yapımında deneyimsiz ve sınama yordamı Grace'in test katılımcıya sezgisel olmayabilir gibi önemli adımdır.
- İlk alıştırma oturumu olarak katılımcı diskin el hareketi bitiş noktası var ve sonra sanal basamak 10 deneme sanal durak noktalarına 1000 ms işitsel sesi çalacak.
- Her koşul için 15 denemelerin deneysel kümeleri için hareket ettirin. Rasgele bir sırada koşulları sunmak ve her koşul sonunda bir soru formu yönetmek.
- Katılımcılar (açık deneyim ajansı ölçmek için dört soru ve dört denetim soru [örnek sağlanan içerir sekiz-deyim ajansı soru formunu tamamlamak ve denemeler en son dizi yansıtmak üzere talimat Ek dosya])8,26.
- Rastgele katılımcılara sunulmak üzere en az beş benzersiz soru siparişlerinizde için soru formu ifadeleri rastgele.
- Katılımcılar (açık deneyim ajansı ölçmek için dört soru ve dört denetim soru [örnek sağlanan içerir sekiz-deyim ajansı soru formunu tamamlamak ve denemeler en son dizi yansıtmak üzere talimat Ek dosya])8,26.
- Deneysel blok 15 denemeler için pasif koşul kümesi ile sona ve bu çalışmalarda tamamladıktan sonra bir anket yönetmek.
Not: pasif denemeler ajansı kurulan bir duygusu ile engel önlemek için deneysel blokların sonundaki yönetmek.
- İki antreman seansları ile başlamak ve bunları son çözümleme dışı bırakmak.
- Randomize siparişlerin farklı: deneysel koşullar ile tam dört deneysel blok.
- Bir ara vermem katılımcılar için test süresi üzerinden birden çok fırsat sağlamak. En az süre veya bu tatili için süre sınırı yok ama katılımcı test devam etmeden önce fiziksel veya zihinsel yorgun değil emin olun.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Deneysel protokol bir duyusal sanal protez yolu ile onların NMI8 (Şekil 1) işletim üç amputee katılımcı ile gerçekleştirildi. Kurulum MuJoCo HAPTIX fizik motoru31kullanarak önceden programlanmış kinematik profilleri hareket kontrol edilebilir katılımcı sanal yardım kullanılır. Sanal el bir yerde dağınık şekilde eksik onların uzuv ile uyumlu katılımcıların önünde yatay bir monitörde görüntülenen. NMI katılımcılar hangi sanal el32sezgisel kontrol sağlamak için standart protez uzvu myoelectric (EMG) kontrol stratejileri ile birleştiğinde bir sinirsel simule cerrahi (hedeflenen reinnervation), daha önce geçirmiş; Böylece, katılımcılar sanal el 'düşünerek' açılış ve kapanış eksik el hakkında sürücü olabilir. Katılımcıların ameliyatla rewired kas stratejik titreşimler el hareketi, kinestetik duyusal geribildirim8için bir platform sağlayarak hayali algılamaları indüklenen. Özel yazılım ile EMG el kontrol işaretleri ve sanal protez kaplamalar bir titreşim geribildirim cihaz çıktı ile entegre edildi. Katılımcı görüntülenen sanal el hareketi başlattığında, titreşim eksik el karmaşık kavrama hareketinde karşılık gelen eşleşen hissi neden.
Şekil 1: ajansı karakterize etmek için gereksinimleri karşılayan bir örnek Kur. Bu kurulum sezgi hakim olmak ve kinestetik geribildirim görüntülenen sanal el ile kullanıcıya sunar. Sanal el kontrol ve geri bildirim myoelectric denetim ve titreşim uyarılması (eksik uzuv hayali hareketi ebedilik alabilme) amputees'reinnervated kas kullanarak makine sinirsel arayüzü elde edilir. Kontrol ve geri bildirim veri toplama sistemi ile özel yazılım çalıştıran bilgisayar koordine. Sanal el kinematik yatay bir monitörde kullanıcıya görüntülenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2A açık ölçü ajansı her geri bildirim koşullar altında farklı bir karşılaştırma sağlar. Burada, dört ajansı sorular için Ortalama puanı (ve dört denetim soru) her katılımcı için ve her geri bildirim koşulu tarafından çizilir. Şekil 2B, bu bireysel katılımcı puanlar ortalama ve ortalama standart sapma gösteren hata çubukları ile her geri bildirim koşul için çizilen. 1'den büyük puan ortalama verilen deyim ile bir anlaşma gösterir ve tarafsızlık anlaşması260 gösterir. Daha yüksek sözleşmesi değerlendirmesi (≥ 1) ajansı sorular için büyük bir deneyim ajansı gösterir. Denetim sorular yanıtlarını negatif veya nötr (≤ 0) olmalıdır ve 0 ile 1 arasında bir puan olarak yetersiz alınır. En düşük ortalama aralığı tahminleri ajansı en güçlü duygusu kurdu, oysa gösteren 'temel', 'çok hızlı' ve 'yorum yok' koşulu gösterdi 'Pasif' ve 'hareketi ' koşulları ajansı en zayıf duygusu gösterdi.
Şekil 2: açık önlemler ajansı her geri bildirim koşulu altında. (A) Ortalama puanı dört Ajansı ve her katılımcı her geri bildirim koşulu altında sağlanan dört denetim sorular için. (B) ortalama puanları her geri bildirim koşulu altında katılımcılar arasında. Hata çubukları standart sapmayı temsil eder. Her iki parsellerde, ortalama + 1 anlaşması gösterir daha büyük puan ve ajansı sorular, 0 tarafsızlık gösterirken Ajansı, oluşumu için. Bu rakam Marasco vd değiştirildi 8. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Karşılaştırma için kasıtlı her geri bildirim durumda Şekil 3A gösterir bağlama zaman aralığını her katılımcı için tahminleri geribildirim durumuna göre ortalama. Fiili ve algılanan zaman aralıkları arasındaki farklar sonra ortalama olarak üç katılımcı arasında ve Şekil 3B ' temel geribildirim durumu göreli olarak sunulmaktadır. Hata çubukları ortalama standart sapma gösterir. Alt zaman aralığı (Şekil 3A) tahminleri ve daha büyük olumsuz farklar (Şekil 3B) örtülü daha güçlü ajansı duygusu bir göstergesidir. Temel koşul tarafından takip 'çok hızlı' durumu 'karşısında hareketi' koşulu ajansı en zayıf duygusu gösterdi, ancak kurulan ajans en güçlü duygusu gösteren en düşük ortalama aralığı tahminleri gösterdi.
Şekil 3: Ajansı aracılığıyla örtülü önlemler zaman aralığı tahminleri her geri bildirim koşulu altında. (A)ortalama aralığı tahminleri sanal el yakın tamamlandıktan arasındaki gecikme aralığı için ve her katılımcının her rastgele çizilen işitsel sesi gerçek aralığı sundu. Sonuçlar her geri bildirim koşul için çizilen ve daha düşük bir zaman tahmin ajansı daha güçlü bir duygusu gösterir. Bu paneller Marasco vd değiştirildi 8. gerçek zaman gecikmek ve katılımcının arasındaki fark (B) ortalama (genelinde katılımcılar ve gecikme aralıkları) tahmini zaman aralığını temel geribildirim koşulu göre. Sonuçlar her ikisi için çizilir. Burada, ortalama daha güçlü ajansı duygusu daha negatif bir değer gösterir ve CI % 95 güven aralığı (CI) gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 açık ve kapalı ajansı önlemler karşılaştırma için sağlar. Fiili ve algılanan zaman aralıkları arasındaki ortalama fark temel geribildirim durumunun ve her geri bildirim koşulu için Ortalama ajansı anket skorları açısından sonuçları göre çizilen. Veri bu sunudaki soldan sağa doğru hareket x ekseni üzerinde Ajansı açık deneyimi bir düşüş gösterir ve alttan üste y ekseninde hareket ajansı dolaylı anlamda bir düşüş gösterir. Şekil 2 ve Şekil 3olduğu gibi 'çok hızlı' koşulu Ajansı, en güçlü oluşumu açıkça ve örtülü olarak gösterdi.
Şekil 4: ortalama ajansı sunulan şekil 2B ve şekil 3B sonuçlarını birleştiren her geri bildirim koşul için açık ve kapalı tedbirlerinin. Ortalama açık ajansı sonuçları x ekseni üzerinde çizilen ve ortalama aralığı tahminleri y ekseninde çizilir. Hata çubukları standart sapma gösterir. Soldan hareket için sağda x ekseni Ajansı açık deneyimi bir düşüş ve alttan üste y ekseninde hareket ajansı dolaylı anlamda bir düşüş gösterir. Bu rakam Marasco vd değiştirildi 8. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Burada bir metodolojik çerçeve duyusal protezler ile NMIs çalışırken oluşmuş ajans deneyimi karakterize için sunulmuştur. Bu bağlamda, algı Şekil arka plan bilişsel işlemleri için fiziksel eylem arasında köprü olarak özellikle ilgili kuruluşudur. Bir katılımcının protez ve NMI aracılığıyla, biz doğrudan ajans duygusu kurmak anahtar unsurları bir dizi erişimi: niyet, motor çıkış ve hareket hissi. Gelişmiş protez uzvu denetlemek için önemi, bu çalışmada sağlanan araçları nasıl bu öğeleri üzerinde kullanıcının kontrol duygusu teşvik edebilir ve bilişsel entegrasyonu, eylemleri bir anlayış kilidini yardımcı olmak için bu doğrudan erişim kaldıraç onların protez.
Vurgulanan teknikleri esnek onlar gerçek zamanlı perceptually ilgili kontrol ve kinestetik geribildirim ölçütlerine sürece onlar herhangi bir NMI araştırma ve klinik protez sistemi ile istihdam edilebilir vardır. Sezgisel kontrol postamputation kalır sinirsel yollar yararlanarak elde için potansiyel birçok NMIs için doğal avantajdır. Bu kalıntı fizyolojik etkinlik ölçümlerinde olduğu gibi bacak hareketi eşlik sonra hangi, sırayla, olabilir deşifre ve uygun sanal ya da protez bacak hareketi için eşlenen olduğunu sağlar. Bu nedenle, çoğu NMI teknikleri perceptually ilgili kontrol gereksinimini karşılamak gerekir kayıtlı sinirsel aktivite ve eşlik eden dijital arabirimi uygun şekilde eşlenebilir güvenilir çıkış sinyalleri üretebilir sağlanan sanal el. Deneysel Kur aynı zamanda yeteneği aktif kinestetik duyumları başlatmak için Müfettişler sağlamış bir sistem gerektirir gerçek-zaman görüntülenen sanal el kinematik ile. Hareketleri üzerinde ajansı duygusu ne zaman biz bir eylem, meşgul ve uygun duyusal geribildirim o eylemi13tamamlanması sırasında döndürülür belirlenen kritik bir gereksinimdir. Yine, bu ölçüt karşılanması, çoğu herhangi bir NMI kinestetik geribildirim sistemi uygun olacaktır.
Burada sunulan teknikleri açık ve kapalı algısal bilişsel önlemler ajansı değerlendirme avantajı var. Her bir sonuç oluşturan, birlikte, tam bir anlamda ajansı17ayrı bilişsel mekanizmaların olabilir önermek kanıt yoktur; Ancak, orada değil hala bu ilişki tam bir anlayış. Bu önlemlerin sonuçlarından nicel ve kolayca yorumlanır. Aralık tahminleri saat düşüşler örtülü daha güçlü ajansı duygusu kuruldu öneririz. Benzer şekilde, daha yüksek anket puanları ajansı deyim üzerinde ajansı daha güçlü bir açık deneyim gösteriyor. Bu sayısal değerler olarak değerlendirmek ve nağme NMI denetim ve duyusal geribildirim için sağlayabilir önerilmektedir. Örneğin, katılımcılar daha küçük algılanan zaman aralıkları sık rapor ve sanal yardım görüntülendiğinde açıkça daha güçlü algılanan ajansı bildirilen Şekil 4' te, rapor burada bir önceki iş8 ' de biraz daha hızlı kapalı Onlar deneyimli kinestetik hissi. Bu Kullanıcı El, eylemler üzerinde kontrol daha güçlü bir duygusu hissettim açıkça belirtildiği gibi gösterir, ancak aynı zamanda gösteriyor, bu kontrol duygusu daha güçlü kurmak bilişsel süreçler bu daha hızlı kinematik göstermek ile ilişkilendirmek. Bu nedenle, NMI kontrol şeması bir ayarlama daha hızlı el kapanış karşılamak için bir klinik protezi onların fiziksel aygıt üzerinde denetim, kullanıcının algıları geliştirmek ve onların aygıtın eylemler Self-generated olarak tanımlamak için Kullanıcı teşvik yardımcı olabilir.
Sunulan teknikleri de birden çok duyusal yöntemleri üzerinde yapay uzuvlar mülkiyet algılamaları etkileyebilecek daha kapsamlı bir anlayış oluşturmak için istihdam edilebilir. Örneğin, touch duyusal geribildirim (veya diğer duyusal yöntemleri) ajans duygusu potentiating içinde mümkün bireysel rolleri değerlendirmek için burada sunulan paradigma içine dahil. Ayrıca, burada sunulan teknikleri mülkiyet daha kapsamlı bir şekilde Ajansı, şekillenme ve bireysel duyusal yöntemleri arasındaki karşılıklı ilişkileri tanımlamak için önlemler ile eşleştirilmiş. Sağlanan yöntem ötesinde NMI kontrol aygıtları geniş uygulanabilirliği de bulunabilir. Benzer deneysel görevleri (myoelectric desen tanıma gibi) karmaşık kontrol sistemleri, geleneksel myoelectric protezler ve vücut güç sistemleri yanı sıra NMI duyusal geribildirim olmadan sistemleri ile uygulamaya olabilir. Bu benzersiz bir perspektif içinde nasıl bilişsel süreçleri anlamak için izin verebilir daha az 'doğal' kontrol ve geri bildirim paradigmalar yanıt ve anlayışlar içine nasıl Ajansı ve denetim algılamaları daha geleneksel araştırma işlemi sırasında hareket edebilir sağlamak veya klinik protez sistemleri.
Robot protez giderek karmaşık büyüdükçe böylece çok etkin kontrol ve bu cihazların bilişsel tümleştirme için ihtiyaç yok. Hissi bir dizi kritik engelleri ele bir yoludur ve hareket hissi ve bilgi işlem destek mekanizmaları değerlendirmek için güçlü olmak önemli bir parçasıdır. Burada sağlanan araçlar aygıtları tümleştirme kullanıcılarla Ajansı açık ve kapalı oluşumu karakterize tarafından kolaylaştırmak yardımcı olabilir. Bu teknikler sezgisel motor kontrol ve NMIs sağlayabilir ve değerlendirme ve sonuçta onların yapay kontrolünü ele olmanın kullanıcının algı artırmak için ayarlama için bir platform sunabilir hissi doğuştan gelen erişimin yararları ölçmek yardım bacak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Yazarlar Madeline Newcomb şekil üretimi için onun katkıları için teşekkür etmek istiyorum. Bu eser bir NIH, yönetmen, ortak fon, Office aracılığıyla ABD vergi mükellefleri tarafından finanse edildi dönüştürücü R01 Araştırma Ödülü (grant #1R01NS081710-01) ve Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (sözleşme sayısı N66001-15-C-4015 himayesinde Biyoloji teknoloji programı Müdürü ö. Weber).
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).
