Caracterização do sentido da Agência sobre as ações de próteses neurais-máquina de Interface-operado
Summary
Aqui nós apresentamos um protocolo que caracteriza o sentido de agência desenvolvido sobre o controle de sentidos mãos próteses virtuais ou robóticos. Questionários psicofísicos são empregados para capturar a experiência explícita da Agência, e as estimativas do intervalo de tempo (ligação intencional) são empregadas para medir implicitamente o sentido de agência.
Abstract
Este trabalho descreve um quadro metodológico que pode ser usado para explicitamente e implicitamente caracteriza o sentido de agência desenvolvido sobre o controle de interface neural-máquina (NMI) de sentidos mãos próteses virtuais ou robóticos. A formação da agência é fundamental na distinção entre as ações que realizamos com nossos membros como sendo a nossa própria. Por se esforçando para incorporar estes mesmos mecanismos perceptuais próteses de membro superior avançadas, podemos começar a integrar um membro artificial mais estreitamente no quadro de cognitivo existente do usuário para controle de membro. Isto tem implicações importantes na promoção do controle eficaz das próteses de membro superior avançadas, uso e aceitação do usuário. Neste protocolo, os participantes controlam uma mão protética virtual e recebem feedback sensorial cinestésica através deles NMIs preexistentes. Uma série de tarefas de preensão virtuais são executadas e perturbações são sistematicamente introduzidas para o feedback cinestésico e movimentos da mão virtual. Duas medidas distintas da Agência são empregadas: estabelecida psicofísicos questionários (para capturar a experiência explícita da Agência) e um intervalo de tempo estimam tarefa para capturar o sentido implícito de agência (ligação intencional). Os resultados do presente protocolo (escores do questionário e o intervalo de tempo estima) pode ser analisado para quantificar a extensão da formação da agência.
Introduction
Como próteses robóticas tornam-se cada vez mais avançadas, a importância de feedback sensorial relevante continuará a crescer. Feedback sensorial afeta como os seres humanos percebem, interagirem com e até mesmo integrarem máquinas em seu esquema de corpo. Recentes técnicas de NMI agora podem fornecer aos usuários de prótese membro controle intuitivo e alcançar sensações associadas com toque1,2,3,4,5,6 , 7 e cinestesia (sentido de movimento)8,9 nos membros faltantes. Quando esta informação sensorial é emparelhada com a informação visual fornecida por assistir o membro artificial durante a operação, temos acesso a elementos-chave que informam a distinção de auto –versus-outros. Aproveitar este acesso pode ajudar a trazer a usuários de prótese membro um passo mais perto para operar um membro artificial como parte de seu corpo, ao invés de apenas uma ferramenta.
Consciência corporal e o sentido de ser encarnado decorre o estabelecimento de propriedade (a sensação de que um membro é uma parte do corpo) e a agência (a experiência de autoria sobre as ações do limbo)10,11. Posse é principalmente mediada através da integração de toque e de informação visual12. Agência que emerge da integração de intenção, sensação de movimento (cinestesia), informação visual e modelos cognitivos preditivos11. Durante o desempenho de uma ação voluntária, a agência é formada quando as consequências sensoriais de ação alinharem-se com a intenção do artista e previsões de modelos internos de13 do executor. Agência é separada e distinta da posse. O conceito de propriedade de membro foi estudado com frequência em prótese literatura14. Um sentido de formas de propriedade membro em participantes NMI quando comentários de toque é espacial e temporalmente apropriado, como ordem temporal, ou medido explicitamente através de questionários ou implicitamente através de mudanças na temperatura do coto acórdãos15. No entanto, menos oportunidades existem para explorar a Agência no contexto de NMI16. Trabalhos recentes com participantes de NMI demonstrou que a Agência pode ser propositadamente promovida e é separada da experiência de posse de8.
Agência é particularmente significativa na operação de próteses robóticas, pois é um link cognitivo para o controle das ações físicas do membro artificial, através de experiências de causalidade, a sensação de controlar o membro artificial ou fazendo algo para aconteceu17. Próteses robóticas são avançadas máquinas computarizadas que o usuário deve cooperar com a efetivamente concluir tarefas. Alguns membros protéticos incorporaram funções autônomas, como aperto antiderrapante deteção e correção; ainda estes sistemas visto limitada adoção como funcionalidade a correr fora de controle do usuário pode ser vista como frustrante se não adequadamente implementados8,18. Isso apresenta um desafio fundamental que é ecoado durante aplicações de cooperação humana com máquinas autónomas. Ou seja, os seres humanos muitas vezes confia em suas próprias ações sobre aquelas resultantes de uma colaboração com computadores ou máquinas, e essa confiança influencia directamente a probabilidade de um operador para usar as funções autónomas19,20. Como seres humanos, inatamente confiamos em nós mesmos e nossos corpos para executar as ações que pretendemos; Quando isto é conseguido, estabelecemos um sentido intrínseco da agência. Curiosamente, a formação da agência é impactada em acções de cooperação humano-computador. Durante tarefas cooperativas humano, um sentimento comum de agência pode ser formado sobre movimento21; ainda, a literatura sugere que a Agência compartilhada está hipotecada durante cooperação humano-computador22,23. Estes desafios são refletidos em prótese superior-membro uso, e as taxas de rejeição de dispositivos robóticos continuam altas, com 23% – 39% dos usuários descontinuar seu uso24. Na verdade, muitos usuários de prótese ainda preferem corpo-powered sistemas25. Estes sistemas retire a máquina computarizada do loop de controle e mais intimamente casal movimento do corpo do usuário para os prótese movimento através de cabos. Isso reforça ainda mais a importância da integração cognitiva no uso de próteses avançadas. Sugerimos o NMI sistemas podem fornecer um número das peças de motor e sensoriais necessários para ajudar a mover membros artificiais mais perto de estabelecer um sentido cooperativo da Agência, e isso será fundamental para promover a aceitação e a verdadeira integração desses máquinas computarizadas com seus usuários.
Agência pode ser medida em um número de maneiras. As medidas mais simples usam psicofísicos questionários ou escalas que explicitamente peça aos participantes para quem ou o que eles atribuem um evento17,26,27. Isto baseia-se na percepção existente de um indivíduo de “auto”, exigindo que os participantes a fazer julgamentos inferencial de auto atribuição (isto é, explicitamente, julgar se o “Eu” ou outra entidade foi responsável por uma ação ou evento). Implícitas medidas fornecem insights sobre o plano de fundo processos cognitivos que ocorrem durante a ação de motor e sensoriais eventos. Esta vista da Agência tenta medir o que não é explicitamente percebida por um indivíduo. Normalmente isso é conseguido por ter participantes caracterizam uma diferença percebida em auto e externamente-gerados pelo relatam de ações, por exemplo, tendo os participantes a duração do tempo perceberam que ocorrem entre um auto e externamente-gerado pelo evento 17 , 28. durante o desempenho das ações auto-gerada, agência implicitamente se manifesta como uma percepção compressão no tempo entre ações e suas consequências sensoriais, conhecidas como ligação intencional28. Quando indivíduos relatam o tempo perceberam que ocorrem entre uma ação e seu resultado, uma menor duração percebida de tempo corresponde a um sentido mais fortemente formado de agência29,30. Curiosamente, foi demonstrado que as medidas explícitas e implícitas não podem diretamente correlaciona como eles são, provavelmente, caracterizando diferentes mecanismos perceptuais17 que juntos informar o sentido de agência. Como tal, estabelecer uma compreensão mais abrangente da formação da Agência durante o uso de prótese provavelmente exigirá protocolos experimentais empregando medidas explícitas e implícitas.
Este trabalho descreve um quadro metodológico que pode ser usado para explicitamente e implicitamente caracteriza o sentido de agência desenvolvido sobre o controle de NMI de sentidos mãos próteses virtuais ou robóticos. Destacam-se duas técnicas para medir a Agência durante o desempenho de uma tarefa de objeto-agarramento sensório-motor. Questionários psicofísicos estabelecidos são empregados para capturar a experiência explícita da Agência, enquanto as estimativas do intervalo de tempo (ligação intencional) são empregadas para medir implicitamente o sentido de agência.
O âmbito de aplicação do presente protocolo é avaliar o sentido de agência no contexto de um NMI que fornece controle motor ativo fisiologicamente relevante e feedback cinestésico. Estas técnicas são generalizáveis para sistemas de NMI próteses virtuais ou físicos. Existem restrições mínimas para as populações que podem ser recrutadas para realizar este protocolo. Por exemplo, a mobilidade dos membros superiores do participante não pode ser afectada bilateralmente (eles devem ter um membro de som), e possuem a capacidade cognitiva de fazer julgamentos baseados em tempo e articular sensações experientes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui apresenta-se um quadro metodológico para caracterizar a experiência da Agência formada durante a operação sensível próteses através de NMIs. Neste contexto, a agência é particularmente relevante como lo pontes ação física para os processos cognitivos de fundo que moldam a percepção. Através de um participante prótese e NMI, temos acesso direto a um número de elementos-chave que estabelecem o sentido de agência: intenção, saída motor e sensação de movimento. De importância para o con…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores gostaria de agradecer sua contribuição para a geração de figura Madeline Newcomb. Este trabalho foi financiado pelos contribuintes dos EUA através de uma NIH, escritório do diretor, fundo comum, Transformative R01 Research Award (grant #1R01NS081710-01) e o Defense Advanced Research Projects Agency (contrato número N66001-15-C-4015 sob os auspícios de Biologia tecnologia programa gerente D. Weber).
Materials
| 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. |
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