तंत्रिका मशीन इंटरफेस के कार्यों पर एजेंसी के अर्थ का लक्षण वर्णन-कृत्रिम अंगों संचालित
Summary
यहां हम एक प्रोटोकॉल जो sensate आभासी या रोबोट कृत्रिम हाथों के नियंत्रण पर विकसित एजेंसी की भावना की विशेषता वर्तमान । Psychophysical प्रश्नावली एजेंसी के स्पष्ट अनुभव पर कब्जा करने के लिए कार्यरत हैं, और समय अंतराल का अनुमान (जानबूझकर बाध्यकारी) अंतर्निहित एजेंसी की भावना को मापने के लिए कार्यरत हैं ।
Abstract
यह काम एक methodological ढांचे का वर्णन है कि स्पष्ट रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है और संकेत के तंत्रिका मशीन इंटरफेस (NMI) sensate आभासी या रोबोट कृत्रिम हाथों के नियंत्रण पर विकसित एजेंसी की भावना विशेषताएं । एजेंसी के गठन के कार्यों है कि हम अपने स्वयं जा रहा है के रूप में हमारे अंगों के साथ प्रदर्शन भेद में मौलिक है । इन समान अवधारणात्मक तंत्र में उंनत ऊपरी अंग कृत्रिम अंगों को शामिल करने के लिए प्रयास करके, हम अंग नियंत्रण के लिए उपयोगकर्ता के मौजूदा संज्ञानात्मक ढांचे में एक कृत्रिम अंग को और अधिक बारीकी से एकीकृत करने के लिए शुरू कर सकते हैं । यह उंनत ऊपरी अंग कृत्रिम अंगों के उपयोगकर्ता स्वीकृति, उपयोग, और प्रभावी नियंत्रण को बढ़ावा देने में महत्वपूर्ण निहितार्थ है । इस प्रोटोकॉल में, प्रतिभागियों को एक आभासी कृत्रिम हाथ नियंत्रण और उनके मौजूदा NMIs के माध्यम से kinesthetic संवेदी प्रतिक्रिया प्राप्त करते हैं । आभासी लोभी कार्यों की एक श्रृंखला प्रदर्शन कर रहे है और perturbations व्यवस्थित kinesthetic प्रतिक्रिया और आभासी हाथ आंदोलनों के लिए शुरू कर रहे हैं । अभिकरण के दो पृथक उपाय कार्यरत हैं: स्थापित psychophysical प्रश्नावली (एजेंसी के स्पष्ट अनुभव पर कब्जा करने के लिए) और एक समय अंतराल का अनुमान कार्य एजेंसी के अंतर्निहित भावना (जानबूझकर बाध्यकारी) पर कब्जा करने के लिए । इस प्रोटोकॉल के परिणाम (प्रश्नावली स्कोर और समय अंतराल का अनुमान है) के लिए एजेंसी के गठन की सीमा यों तो विश्लेषण किया जा सकता है ।
Introduction
के रूप में रोबोट कृत्रिम अंगों तेजी से उंनत हो, प्रासंगिक संवेदी प्रतिक्रिया के महत्व को विकसित करने के लिए जारी रहेगा । संवेदी प्रतिक्रिया कैसे मानव अनुभव को प्रभावित करता है, के साथ बातचीत, और यहां तक कि उनके शरीर स्कीमा में मशीनों को एकीकृत. हाल ही में NMI तकनीक अब सहज ज्ञान युक्त नियंत्रण के साथ कृत्रिम अंग उपयोगकर्ताओं को प्रदान कर सकते हैं और स्पर्श1,2,3,4,5,6 के साथ जुड़े अनुभूतियां प्राप्त , 7 और kinesthesia (आंदोलन नब्ज)8,9 लापता अंग में । जब यह संवेदी जानकारी दृश्य आपरेशन के दौरान कृत्रिम अंग देख द्वारा प्रदान की गई जानकारी के साथ बनती है, हम कुंजी तत्वों है कि स्वयं के भेदबनामदूसरे को सूचित करने के लिए उपयोग किया है । इस का उपयोग करने में मदद कर सकते है कृत्रिम अंग उपयोगकर्ताओं को एक कदम उनके शरीर के एक भाग के रूप में, बल्कि सिर्फ एक उपकरण के रूप में एक आर्टिफिशियल अंग संचालन के करीब ले ।
शरीर में जागरूकता और संनिहित होने की भावना एजेंसी की स्थापना (एक अंग के कार्यों पर लेखक के अनुभव) और स्वामित्व (लग रहा है कि एक अंग शरीर का एक हिस्सा है) से उठता है10,11। स्वामित्व मुख्य रूप से स्पर्श और दृश्य जानकारी12के एकीकरण के माध्यम से मध्यस्थता है । एजेंसी के इरादे के एकीकरण से उभर, आंदोलन सनसनी (kinesthesia), दृश्य जानकारी, और पूर्वानुमान संज्ञानात्मक मॉडल11. एक स्वैच्छिक कार्रवाई के प्रदर्शन के दौरान, एजेंसी का गठन किया है जब उस कार्रवाई के संवेदी परिणाम है कलाकार आंतरिक मॉडल13से कलाकार की मंशा और भविष्यवाणियों के साथ संरेखित करें । एजेंसी के स्वामित्व से अलग और विशिष्ट है । अंग स्वामित्व की अवधारणा कृत्रिम अंग अंग साहित्य14में अक्सर अध्ययन किया गया है । NMI प्रतिभागियों में अंग स्वामित्व रूपों की भावना जब स्पर्श प्रतिक्रिया स्थानिक और अस्थाई रूप से उपयुक्त है, के रूप में स्पष्ट रूप से प्रश्नावली के माध्यम से या स्पष्टतः अवशिष्ट अंग तापमान, या लौकिक क्रम15निर्णय में परिवर्तन के माध्यम से मापा । हालांकि, कम अवसरों के लिए16NMI के संदर्भ में एजेंसी का पता लगाने के अस्तित्व में है । NMI प्रतिभागियों के साथ हाल के काम का प्रदर्शन किया है कि एजेंसी उद्देश्यपूर्ण बढ़ावा दिया जा सकता है और8स्वामित्व के अनुभव से अलग है ।
एजेंसी रोबोट कृत्रिम अंगों के संचालन में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि यह कारण के अनुभवों के माध्यम से कृत्रिम अंग की शारीरिक क्रियाओं के नियंत्रण के लिए एक संज्ञानात्मक कड़ी है, कृत्रिम अंग को नियंत्रित करने या कुछ करने के लिए पैदा करने की भावना सा्17। रोबोट कृत्रिम अंगों उंनत कंप्यूटरीकृत मशीनों है कि उपयोगकर्ता के साथ सहयोग करने के लिए प्रभावी ढंग से पूरा कार्य करना चाहिए रहे हैं । कुछ कृत्रिम अंग स्वायत्त कार्यों को शामिल किया है, जैसे पकड़-पर्ची का पता लगाने और सुधार; अभी तक इन प्रणालियों उपयोगकर्ता के नियंत्रण के बाहर चल रहे कार्यशीलता के रूप में सीमित अपनाने देखा है निराशा के रूप में देखा जा सकता है अगर उचित8,18लागू नहीं । यह एक बुनियादी चुनौती है कि स्वायत्त मशीनों के साथ मानव सहयोग के आवेदनों भर में गूंज रहा है प्रस्तुत करता है । यही है, मनुष्य अक्सर कंप्यूटर या मशीनों के साथ सहयोग से जिसके परिणामस्वरूप उन पर अपने कार्यों पर भरोसा है, और इस विश्वास को सीधे एक ऑपरेटर के लिए स्वायत्त कार्यों19,20का उपयोग संभावना प्रभावित करता है । मनुष्य के रूप में, हम अपने आप को और हमारे शरीर पर भरोसा करने के लिए कार्रवाई हम इरादा प्रदर्शन; जब यह प्राप्त होता है, हम एजेंसी के एक आंतरिक भावना की स्थापना । दिलचस्प बात यह है कि एजेंसी का गठन सहकारी मानव-कंप्यूटर क्रियाओं में प्रभावित हुआ है । मानव-मानव सहकारी कार्यों के दौरान, एजेंसी की एक साझा भावना आंदोलन21से अधिक का गठन किया जा सकता है; फिर भी, साहित्य का सुझाव है कि साझा एजेंसी मानव कंप्यूटर सहयोग के दौरान भारग्रस्त है22,23। इन चुनौतियों कृत्रिम ऊपरी अंग का उपयोग करें में परिलक्षित होते हैं, और रोबोट उपकरणों की अस्वीकृति दर 23%-उपयोगकर्ताओं के ३९% के साथ अपने उपयोग को जारी रखने के24। वास्तव में, कई कृत्रिम अंग अंग उपयोगकर्ताओं को अभी भी शरीर संचालित सिस्टम25पसंद करते हैं । इन प्रणालियों नियंत्रण पाश से कम्प्यूटरीकृत मशीन को हटाने और अधिक परिचित तार केबल के माध्यम से कृत्रिम अंग अंग आंदोलन के लिए उपयोगकर्ता के शरीर आंदोलन जोड़ा. यह आगे उन्नत कृत्रिम उपकरणों के उपयोग में संज्ञानात्मक एकीकरण के महत्व को पुष्ट । हमारा सुझाव है कि NMI सिस्टम आवश्यक संवेदी और मोटर टुकड़े की एक संख्या प्रदान करने में मदद कृत्रिम अंग एजेंसी की एक सहकारी भावना की स्थापना के करीब ले जा सकते हैं, और इस स्वीकृति को बढ़ावा देने और इन के सच एकीकरण में सहायक होगा अपने उपयोगकर्ताओं के साथ मशीनों कंप्यूटरीकृत ।
एजेंसी तरीकों की एक संख्या में मापा जा सकता है । सरलतम उपाय psychophysical प्रश्नावली या तराजू का उपयोग करें कि स्पष्ट रूप से प्रतिभागियों पूछने के लिए किसे या क्या वे एक घटना17,26,27विशेषता. यह एक व्यक्ति की मौजूदा धारणा पर निर्भर करता है “स्व” प्रतिभागियों की आवश्यकता के लिए स्वयं के अधिमान निर्णय लेने के रोपण (यानी, स्पष्ट रूप से ंयायाधीश कि क्या “मैं” या किसी अंय संस्था एक कार्रवाई या घटना के लिए जिंमेदार था) । अंतर्निहित उपायों पृष्ठभूमि संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं है कि मोटर कार्रवाई और संवेदी घटनाओं के दौरान होने में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं । एजेंसी के इस दृश्य को मापने के लिए है कि जो स्पष्ट रूप से एक व्यक्ति द्वारा कथित नहीं है प्रयास करता है । आमतौर पर यह होने प्रतिभागियों स्वयं में एक कथित फर्क और बाह्य रूप से उत्पंन क्रियाओं विशेषताएं, उदाहरण के लिए प्रतिभागियों के समय वे एक स्वयं और बाह्य रूप से उत्पंन घटना के बीच होने के लिए माना जाता की अवधि की रिपोर्ट द्वारा प्राप्त है 17 , 28. स्वयं के प्रदर्शन के दौरान कार्रवाई उत्पंन, एजेंसी स्पष्टतः कार्यों और उनके संवेदी परिणाम, जानबूझकर बाध्यकारी28के रूप में जाना जाता है के बीच समय में एक अवधारणात्मक संपीड़न के रूप में प्रकट होता है । जब व्यक्तियों के समय वे एक कार्रवाई और उसके परिणाम, समय की एक छोटी माना जाता अवधि के बीच होने के लिए कथित तौर पर29,30एजेंसी के एक अधिक दृढ़ता से गठित भावना से मेल खाती है रिपोर्ट । दिलचस्प है, यह दिखा दिया गया है कि स्पष्ट और अस्पष्ट उपाय सीधे सहसंबंधी नहीं हो सकता है के रूप में वे संभावना निस्र्पक अलग अवधारणात्मक17 कि एक साथ एजेंसी की भावना को सूचित कर रहे हैं । जैसे, कृत्रिम अंग अंग उपयोग के दौरान एजेंसी के गठन की एक अधिक व्यापक समझ की स्थापना की संभावना प्रयोगात्मक दोनों स्पष्ट और अंतर्निहित उपायों को रोजगार प्रोटोकॉल की आवश्यकता होगी ।
यह काम एक methodological ढांचे का वर्णन है कि स्पष्ट रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है और स्पष्टतः sensate आभासी या रोबोट कृत्रिम हाथों के NMI नियंत्रण पर विकसित एजेंसी की भावना विशेषताएं । दो तकनीकों एक ज्ञानेंद्रिय वस्तु-लोभी कार्य के प्रदर्शन के दौरान एजेंसी को मापने के लिए उजागर कर रहे हैं । स्थापित psychophysical प्रश्नावली एजेंसी के स्पष्ट अनुभव पर कब्जा करने के लिए कार्यरत हैं, जबकि समय अंतराल का अनुमान है (जानबूझकर बाध्यकारी) अंतर्निहित एजेंसी की भावना को मापने के लिए कार्यरत हैं ।
इस प्रोटोकॉल का कार्यक्षेत्र एक NMI कि शारीरिक रूप से प्रासंगिक सक्रिय मोटर नियंत्रण और kinesthetic प्रतिक्रिया प्रदान करता है के संदर्भ में एजेंसी की भावना का मूल्यांकन करने के लिए है । इन तकनीकों को आभासी या शारीरिक कृत्रिम NMI प्रणालियों के लिए सामांय है । वहां आबादी है कि इस प्रोटोकॉल प्रदर्शन करने के लिए भर्ती किया जा सकता है पर ंयूनतम प्रतिबंध हैं । उदाहरण के लिए, भागीदार के ऊपरी अंगों की गतिशीलता को द्विपक्षीय रूप से प्रभावित नहीं किया जा सकता है (वे एक ध्वनि अंग होना चाहिए), और वे संज्ञानात्मक समय आधारित निर्णय लेने और अनुभव अनुभूतियां मुखर करने की क्षमता के अधिकारी चाहिए ।
Protocol
Representative Results
Discussion
यहां एक methodological फ्रेमवर्क के लिए गठित एजेंसी के अनुभव की विशेषता प्रस्तुत की है, जबकि NMIs के माध्यम से sensate कृत्रिम अंगों ऑपरेटिंग । इस संदर्भ में, एजेंसी विशेष रूप से प्रासंगिक है के रूप में यह पृष्ठभूमि ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक चित्रा पीढ़ी के लिए उसके योगदान के लिए मेडलिन Newcomb शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । यह काम एक NIH के माध्यम से अमेरिकी करदाताओं द्वारा वित्त पोषित किया गया, निदेशक के कार्यालय, कॉमन फंड, परिवर्तनकारी R01 अनुसंधान पुरस्कार (अनुदान #1R01NS081710-01) और रक्षा उन्नत अनुसंधान परियोजनाओं एजेंसी (संविदा संख्या N66001-15-सी-४०१५ के तत्वावधान में जीवविज्ञान प्रौद्योगिकी कार्यालय कार्यक्रम प्रबंधक डी. वेबर) ।
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).
