Makine sinirsel arayüzü ile çalışan protezleri eylemler üzerinde ajansı duygusu karakterizasyonu
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.
Protocol
Representative Results
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 araçlar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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. , (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). , (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). , (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).
