وصف الشعور بالوكالة على الأعمال التي تقوم بها أطراف اصطناعية تعمل بواجهة الجهاز العصبي
Summary
وهنا يقدم بروتوكول الذي يميز الشعور بالوكالة التي وضعت للسيطرة سينساتي الأيدي الاصطناعية الظاهري أو الروبوتية. الاستبيانات النفسية تستخدم لالتقاط الخبرة صريحة للوكالة، وتقديرات الوقت الفاصل الزمني (الربط المتعمد) تستخدم لقياس الشعور بالوكالة ضمنياً.
Abstract
ويصف هذا العمل إطارا منهجية التي يمكن استخدامها بصراحة وضمنا تميز الإحساس بالوكالة التي وضعت حول السيطرة على واجهة الجهاز العصبي (NMI) سينساتي الأيدي الاصطناعية الظاهري أو الروبوتية. تشكيل الوكالة أمر أساسي في التمييز بين الإجراءات التي نقوم بأعمالنا أطرافهم بمنطقتنا. وبالسعي إلى إدماج الأطراف الاصطناعية أطرافهم العليا المتقدمة في هذه الآليات الإدراكية نفسه، يمكننا أن نبدأ بدمج أطراف اصطناعية على نحو أوثق في الإطار المعرفي القائم للمستخدم لعنصر تحكم تقويم. وهذا له آثار هامة في تعزيز قبول المستخدم، واستخدام، ومراقبة فعالة للأطراف الاصطناعية أطرافهم العليا المتقدمة. في هذا البروتوكول، المشاركين في التحكم في يد الأطراف اصطناعية ظاهري وتلقى ردود الفعل الحسي حركي من خلال ما NMIs الموجودة مسبقاً. يتم تنفيذ سلسلة من المهام استيعاب الظاهري واضطرابات يتم تقديمها بشكل منهجي إلى ردود فعل حركي وحركات اليد الظاهري. وتستخدم تدابير منفصلة اثنين من الوكالة: إنشاء الاستبيانات النفسية (لالتقاط الخبرة صريحة للوكالة) وفترة الزمنية تقدير مهمة لالتقاط المعني الضمني للوكالة (الربط المتعمد). النتائج من هذا البروتوكول (الفاصل الزمني وعشرات الاستبيان تقديرات) يمكن تحليلها لتقدير مدى تشكيل الوكالة.
Introduction
كما أصبحت تزداد تقدما الروبوتية الاصطناعية، بأهمية التغذية الراجعة الحسية ذات الصلة سوف تواصل نموها. ردود الفعل الحسي يؤثر على كيفية تصور البشر وتتفاعل مع وحتى دمج آلات على مخطط الجسم. الأخيرة NMI التقنيات الآن يمكن أن توفر للمستخدمين أطرافهم الاصطناعية مع تحكم بديهية وتحقيق الأحاسيس المرتبطة باللمس1،2،،من34،،من56 , 7 وكينيسثيسيا (الإحساس بالحركة)8،9 في أطرافه مفقودة. عندما يقترن هذا المعلومات الحسية المعلومات البصرية المقدمة من مشاهدة الأطراف الاصطناعية خلال العملية، يتعين علينا الوصول إلى العناصر الرئيسية التي تبلغ تميزت بالذات-مقابل-أخرى. الاستفادة من هذا الوصول قد يساعد على تحقيق أطرافهم الاصطناعية المستخدمين خطوة أقرب للتشغيل أطراف اصطناعية كجزء من الجسم، وليس مجرد أداة.
الوعي بالجسم والشعور بأن تجسد ينشأ من إنشاء الوكالة (تجربة التأليف عبر الإجراءات أحد أطرافه) والملكية (الشعور بأن أحد أطرافه جزء من الجسم)10،11. بوساطة الملكية هو أساسا من خلال التكامل بين اللمس والمعلومات البصرية12. وكالة ينبثق من إدماج النية والإحساس بالحركة (كينيسثيسيا) والمعلومات المرئية ونماذج تنبئية المعرفي11. أثناء أداء عمل طوعي، يتم تشكيل الوكالة عند محاذاة الحسية عواقب هذا العمل مع النية على أداء وتوقعات من المؤدي النماذج الداخلية13. والوكالة منفصلة ومتميزة عن الملكية. كثيرا ما درس مفهوم الملكية أطرافهم في بدلة الأدب14. شعور بأشكال الملكية أطرافهم في NMI المشاركين عند لمس ردود الفعل المناسبة مكانياً وزمنياً، كما يقاس صراحة من خلال استبيانات، أو ضمناً من خلال التغيرات في درجات الحرارة المتبقية من أطرافهم، أو الزمنية أمر الأحكام15. ومع ذلك، وجدت فرصاً أقل لاستكشاف الوكالة في سياق NMI16. عمل مؤخرا مع المشاركين NMI أثبت أن الوكالة يمكن أن يتعزز هادف ومنفصلة من تجربة ملكية8.
وكالة مهم بصفة خاصة في تشغيل الروبوتية الاصطناعية كما ارتباط المعرفي لمراقبة الإجراءات المادية للأطراف الاصطناعية من خلال تجارب العلاقة السببية، الشعور بالسيطرة على الأطراف الاصطناعية أو التسبب في شيء يحدث17. الروبوتية الاصطناعية المتطورة الآلات المحوسبة التي المستخدم يجب أن تتعاون مع على فعالية إنجاز المهام. وأدرجت بعض الأطراف الصناعية وظائف مستقلة، مثل الكشف عن قبضة–كشف وتصحيح؛ بعد هذه النظم قد شهدت اعتماد محدود كوظيفة تشغيل خارج عنصر تحكم المستخدم يمكن عرضها بالإحباط إذا لم تنفذ على نحو ملائم8،18. هذا يمثل تحديا أساسيا صداه في جميع أنحاء التطبيقات للتعاون البشري مع الأجهزة المتمتعة بالحكم الذاتي. فالبشر كثيرا ما الثقة أعمالهم الخاصة عبر تلك الناجمة عن تعاون مع أجهزة الكمبيوتر أو الأجهزة، وهذه الثقة يؤثر تأثيراً مباشرا احتمال في عامل استخدامها في مهام الحكم الذاتي19،20. كبشر، متأصلة ونثق بأنفسنا واجسادنا لتنفيذ الإجراءات التي ننوي؛ عندما يتحقق ذلك، علينا أن ننشئ شعور جوهرية للوكالة. من المثير للاهتمام، هو أثر تشكيل الوكالة في الإجراءات التعاونية بين الإنسان والحاسوب. خلال المهام التعاونية البشر، قد شكلت شعور مشترك من وكالة على مدى21من الحركة؛ حتى الآن، توحي الأدب هو المشغولة تلك الوكالة المشتركة من خلال التعاون بين الإنسان والحاسوب22،23. وتنعكس هذه التحديات في الأطراف الاصطناعية أطرافهم العليا استخدام، ولا تزال معدلات رفض الأجهزة الروبوتية عالية، مع 23%-39% مستخدمين التوقف عن استخدام24. في الواقع، لا تزال تفضل العديد من المستخدمين بدلة نظم بدعم الهيئة25. هذه الأنظمة إزالة الجهاز المحوسبة من حلقة التحكم وأكثر وثيقا الزوجين حركة الجسم المستخدم لحركة بدلة عبر الأسلاك الكابلات. وهذا يعزز كذلك أهمية التكامل المعرفي في الاستخدام الأجهزة التعويضية متقدمة. ونحن نقترح أن نظم NMI يمكن أن توفر عدد من القطع الحسية والحركية اللازمة للمساعدة في تحريك الأطراف الاصطناعية أقرب إلى تحديد إحساسا تعاونية للوكالة، وهذا سيكون مفيداً في تشجيع القبول والتكامل الحقيقي لهذه آلات محوسبة مع المستخدمين الخاصة بهم.
ويمكن قياس الوكالة في عدد من الطرق. التدابير أبسط باستخدام الاستبيانات النفسية أو جداول صراحة اسأل المشاركين منهم أو ما هي السمة حدث17،،من2627. وهذا يعتمد على إدراك الفرد في القائمة “الذاتي” بمطالبة المشاركين جعل الأحكام استنتاجي الإسناد الذاتي (أي، صراحة القاضي ما إذا كان “أنا” أو كيان آخر كان مسؤولاً عن إجراء أو حدث). تدابير ضمناً توفر نظرة ثاقبة الخلفية العمليات المعرفية التي تحدث أثناء عمل المحرك والأحداث الحسية. طريقة العرض هذه للوكالة محاولات لقياس هذا الذي لا ينظر إليها صراحة بفرد. عادة ما يتحقق هذا عن طريق وجود المشاركين تميز فرقا متصورة في النفس وخارجياً-المولدة باتخاذ إجراءات، على سبيل المثال وجود المشاركون تقرير مدة الزمن ينظر إلى تحدث بين حدثاً المتمتعة بالحكم الذاتي والخارج-ولدت 17 , 28-أثناء أداء الأعمال المولدة ذاتيا، يظهر الوكالة ضمنياً كضغط الإدراك حسي في الوقت بين الأعمال وآثارها الحسية، المعروفة باسم الربط المتعمد28. عند الأفراد تقرير الوقت أنهم يعتبرون تحدث بين عمل ونتائجه، يتوافق مع مدة متصورة أقصر من الوقت إلى شعور أكثر بقوة شكلت وكالة29،30. من المثير للاهتمام، وقد ثبت أن التدابير الصريحة والضمنية قد ترتبط مباشرة كما أنها هي المرجح أن تميز مختلف الآليات الإدراكية17 أن يبلغ الشعور بوكالة معا. على هذا النحو، التوصل إلى فهم أكثر شمولاً لتشكيل الوكالة أثناء استخدام بدلة سيتطلب على الأرجح البروتوكولات التجريبية استخدام تدابير صريحة وضمنية على حد سواء.
ويصف هذا العمل إطارا منهجية التي يمكن استخدامها بصراحة وضمنا تميز الإحساس بالوكالة التي وضعت للسيطرة NMI سينساتي الأيدي الاصطناعية الظاهري أو الروبوتية. وترد اثنين من التقنيات لقياس الوكالة أثناء أداء مهمة استيعاب كائن حسي حركي. الاستبيانات النفسية المنشأة تستخدم لالتقاط الخبرة صريحة للوكالة، بينما تقديرات الوقت الفاصل الزمني (الربط المتعمد) تستخدم لقياس ضمناً الإحساس بالوكالة.
نطاق هذا البروتوكول هو تقييم الإحساس بالوكالة في سياق NMI التي توفر التحكم الحركية النشطة فسيولوجيا ذات الصلة وردود فعل حركي. هذه التقنيات قابلة للتعميم على نظم NMI الاصطناعية فعلى أو ظاهري. هناك الحد الأدنى من القيود المفروضة على السكان الذين يجوز تعيينهم لتنفيذ هذا البروتوكول. على سبيل المثال، تنقل أطرافهم العليا المشارك لا تتأثر ثنائيا (أنهم يجب أن يكون أحد أطرافه السليمة)، وأنها يجب أن تمتلك القدرة المعرفية لجعل الأحكام المستندة إلى الوقت والتعبير عن الأحاسيس ذوي الخبرة.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا يقدم إطارا منهجياً لوصف تجربة الوكالة شكلت أثناء التشغيل سينساتي الاصطناعية عن طريق NMIs. وفي هذا السياق، الوكالة ذات الصلة لا سيما كما أنه يسد العمل البدني على خلفية العمليات الإدراكية التي تحدد التصور. من خلال أحد المشاركين بدلة و NMI، لدينا إمكانية الوصول المباشر إلى عدد من العنا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلف يود أن يشكر نيوكومب مادلين لاسهاماتها في توليد الشكل. تم تمويل هذا العمل من قبل دافعي الضرائب الأميركيين من خلال المعاهد الوطنية للصحة، مكتب المدير، والصندوق المشترك، جائزة البحوث R01 تحويلية (منحة #1R01NS081710-01) ووكالة مشاريع البحوث المتقدمة الدفاع (العقد رقم N66001-15-ج-4015 تحت رعاية من علم الأحياء التكنولوجيا برنامج مدير مكتب فيبر د).
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).
