Die Autoren danken Herrn Hans Oppel und seine Prothesentechniker der Otto Bock Healthcare Products GmbH zur Herstellung der Buchse durch den Teilnehmer in dieser Studie danken. Diese Studie wurde von der European Research Council (ERC) über den ERC Advanced Grant DEMOVE (No. 267888), der Rat für Forschung und Technologieentwicklung, und dem österreichischen Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft unterstützt.

Diese Studie wurde in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt, sind die lokalen Forschungsethikkommission genehmigt. Die Studie wurde in allen Einzelheiten zu dem Teilnehmer vor Beginn erläutert, so dass die Teilnehmer die Zeit, um abzuwägen, die Entscheidung, freiwillig an der Studie teil und seine Beteiligung informiert, schriftliche Zustimmung bestätigen. Hinweis: Ein Mann, der im Alter von 27 Jahre, nahmen an der Studie. Der Teilnehmer hatten normale Vision wurde ein links unten-Ellbogen Amputierten und war ein erfahrener Benutzer (4 Jahre Gesamtprothese die Anwendung). Vor Beginn dieser Studie die Prothese er auf einer täglichen Basis verwendet wurde, war ein 4-Kanal myoelektrischen Prothesenhand mit Handgelenkdrehung für 12-15 Stunden pro Tag für 15 Monate. Der Teilnehmer der rechten Hand hatte zuvor chirurgisch rekonstruiert, hatte aber keine andere physikalische oder neurologische Beeinträchtigung. 1. Studiendesign <ol><li> Teilen Sie die Studie über zwei Sitzungen: na39; ve Nutzung, und verwenden Sie folgenden strukturierten Ausbildung. Hinweis: Dies ist, um intraindividuelle Vergleich vor und nach dem Training bzw. zu ermöglichen. </li><li> Sicherzustellen, dass diese zwei Sitzungen gibt mindestens drei Monate auseinander liegen, so dass sie als voneinander unabhängig behandelt werden. </li><li> Am Anfang der beiden Sitzungen passen eine individuelle Schaftprothese und dem Teilnehmer. Stellen Sie sicher, dass die prothetische Hardware und Regelalgorithmen mit denen in den Materialien dieses Protokolls aufgeführt. Stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer nicht in der Lage, um die maßgeschneiderte Prothese in der Zwischenzeit zwischen den Sitzungen zu verwenden. </li><li> Trainieren Sie den Patienten nach den Schritten im Naive Session und Strukturierte Schulungssitzung Abschnitten dieses Protokolls aufgeführt. Zu Beginn eines jeden dieser Sitzungen, kalibrieren Sie den prothetischen Hardware. Mit den gesammelten Kalibrierdaten für Echtzeit-Prothesensteuerung. </li><li> Sobald das Naive Session und Strukturierte Schulungssitzung abgeschlossen sind, beurteilen die participant Leistung mit der Southampton Hand Bewertungsverfahren (SHAP) Ergebnis Maßnahme. 23 Vergleichen Sie die SHAP Partituren zu einer Baseline-Messung unter Verwendung von Standard-Prothese des Teilnehmers (vor entweder Schulungen erhalten). </li></ol> 2. Materialien <ol><li> Montieren Sie den Teilnehmer mit einem speziell angefertigten Sockel. Bringen Sie einen handelsüblichen Prothese nach Herstellerangaben. Bestücken Sie die Handprothese mit Prototyp-Komponenten, die betätigt Handgelenk Flexion, Extension und Rotation zu ermöglichen. Dies ermöglicht es dem Teilnehmer, die Hand mit 3,5 Freiheitsgraden (DoFs) (Tabelle 1) zu steuern. Hinweis: Bei diesem Experiment ein Michelangelo Hand (siehe Materialliste) verwendet wurde. Andere Endgeräte in der Lage Handgelenk Rotation, Flexion und Extension zusammen mit Standard-Griff-Funktionen wäre auch sinnvoll sein. </li><li> Nehmen EMG-Signale mit acht äquidistant platziert Rohsignal Elektroden um den Stumpf,und ein On-Board-Decodiersystem mit der Abtastrate von 1000 Hz digitalisiert und mit 10-Bit-Tiefe. Führen Sie die anfängliche Filterung und Verstärkung in den Elektroden selbst nach den Vorgaben des Herstellers. Verwenden Sie einen Personalcomputer (PC), um die Hauptverarbeitung, die mit Erfassungshardware kommuniziert und steuert die Prothese über eine drahtlose Verbindung durchzuführen. Hinweis: In dieser Studie wurden von Otto Bock die Oberflächen EMG-Elektroden und On-Board-Entschlüsselungssystem (AxonBus) verwendet. Andere Hersteller von ähnlichen Geräten wäre auch sinnvoll sein. Die WLAN-Verbindung war über Bluetooth, und ebenso andere Modalitäten angewandt werden könnten. </li></ol> 3. Regelalgorithmus <ol><li> Verwenden Sie einen Steueralgorithmus, der gleichzeitige und proportional Prothesensteuerung über mehrere DoFs bietet. 21. Die in dieser Studie verwendeten Algorithmus wurde ein zweistufiger Entscheidungs ​​Paradigma, so dass kontextabhängige Bewegungsschätzung nicht möglich war. </li><li>Beim Systemtraining, das alle steuerbaren Einzel DoF Bewegungen enthält, notieren Sie einen eingehenden Elektromyogramm (EMG). </li><li> In der ersten Stufe, zu bewerten intrinsische dreidimensionale Informationen des beabsichtigten Bewegung basierend auf der Mahalanobis-Distanz der neu berechnete EMG-Merkmalsvektor aus den Trainingsdaten. Machen Sie eine Entscheidung getroffen, ob die Absicht des Benutzers wurde zu einem feinen 1-DoF oder eine gröbere gleichzeitige 2-DoF Bewegung durchführen. Hinweis: Mahalanobis-Distanz eines Merkmalsvektor x zu Klasse i mit dem Klassenmittelwertvektor μ i und Kovarianzmatrix Σ i wird wie folgt berechnet: <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/52968/52968eq1.jpg" /> Wie in Amsuess et al beschrieben ist, wird der neu berechnete Merkmalsvektor zu der hochdimensionalen Raum und der Mahalanobis-Distanz von dem transformierten Punkt irgendeinem der ausgebildeten Punkte der Klasse zugeordnet ist, als Maß für die Neuheit entnommen. 21 eine empirischermittelten Schwellen diesem Abstand ergibt die Entscheidung für die Neuheit (2-DOF) oder nicht (1-DOF). </li><li> In der zweiten Stufe, auf der Grundlage der früheren Entscheidung, eine der zwei parallelen Schätzer - ein Umgang mit den aufeinanderfolgenden Bewegungen (SEQ-E) und den anderen Umgang gleichzeitige Bewegungen (SIM-E) - um die Steuersignale für die Prothese zu schaffen. Anmerkung: SEQ-E ist im wesentlichen ein Proportional-Schätzer (dh die Stärke der Muskelkontraktion), die auf gemeinsamen räumlichen Muster (CSP) 21, während die SIM-E ist eine lineare Regressor, der gleichzeitig lenkt 2 DoFs des Handgelenks. </li></ol> 4. Software Framework Hinweis: Die Software-Framework in dieser Studie erlaubt Handhabung der Kommunikation zwischen der prothetischen Hardware und der Embedded-Steuerungsalgorithmus verwendet. Es auch optisch unterstützenden Trainingswerkzeuge für die Maximierung der Teilnehmer Schulungsaufwand angeboten. <ol><li> Zeigen Sie den quadratischen Mittelwert (RMS) der EMG Signale von den 8 gleichmäßig beabstandeten Elektroden in Form einer Ortskurve der EMG-Amplitude als Funktion der Elektroden Stelle gesammelt. Diese visuelle Rückkopplung ermöglicht eine einfache Überwachung der räumlichen Verteilung der EMG in der Querebene des Unterarms. Verwendung einer derartigen Einrichtung kann jede der Bewegungen des Benutzers, wodurch ein bestimmtes Muster 22 hervorzurufen in der Ortskurve, die dann gespeichert und verwendet, um die Reproduzierbarkeit des spezifischen Geste ausbilden kann. Anmerkung: Der Rahmen ermöglicht die Sammlung von EMG-Daten im Standardmustererkennungs Weise 23 für jeden der Kanäle die RMS-EMG als 40 msec berechnet. <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/52968/52968eq2.jpg" /> was zu Beobachtungen für jedes Ensemble Fenster. </li><li> Für anfängliche Kalibrierung sammeln die maximale langfristige freiwillige Kontraktion Werte (MLVC) für jeden beabsichtigten Bewegung. Fordert den Teilnehmer unter Verwendung der Hand des Demonstrators zu erfüllendie gewünschte Bewegung und gibt Vokal- und visuelle Anweisungen für 5 Sekunden. </li><li> Nach der Kalibrierung stellen die Teilnehmer mit einer Reihe von trapezförmigen Cues. Diese Kraftprofile enthalten Plateaus Satz bei 30%, 60% und 90% des kalibrierten Maximal. </li><li> Innerhalb jeder Studie, weisen Sie den Teilnehmer, den roten Zeiger entlang der Cue durch Modulation der Kraftniveau der Aufforderung Bewegung (Abbildung 1) zu steuern. Die vertikale Position des Zeigers entspricht der aufsummierten Effektivwerte für alle acht Kanäle. Stellen Sie die Dauer des Verfahrens bis 5 s mit Plateau Intervall entsprechend der Mitte 3 Sek. </li></ol> 5. Naive Session Hinweis: Während der naive Training hatte die Teilnehmer keine vorherige Erfahrung des Prothesensteuerungsschema in dieser Studie verwendet. <ol><li> Geben Sie nicht dem Teilnehmer eine formale klinische Ausbildung, sondern nur anzuweisen, dass 8 Maßnahmen des Stumpfes, eines davon ist ein Ruhezustand,die Steuerung eines visuellen Ziels auf einem Computer-Bildschirm zu ermöglichen. Diese Aufgaben sind ähnlich denen in der klassischen Mustererkennung verwendet Ansätze für Prothesensteuerung 23, und für die Methoden der Teilnehmer in dieser Studie hatten etwa 60 h der bisherigen Erfahrungen. </li><li> Zeigen Sie die erforderlichen Bewegungen auf dem Bildschirm in Form von Text und ein statisches Bild, während nach einer visuellen Hinweis (Abbildung 1). </li><li> Zeigen Sie der Teilnehmer seinen EMG Aktivierungsmuster, die zu acht spezifischen und einzigartigen Polardiagramme (Abbildung 2) entsprechen. </li><li> Verwenden akustische Anweisungen, um die Teilnehmer zu ermutigen, die visuellen Hinweis zu folgen. Diese akustische Anweisungen müssen identisch sein, wenn in der strukturierten Trainingseinheit verwendet. </li><li> Wiederholen Sie die Aufgaben dreimal mit verschiedenen Arm-Positionen (entspannt und erreichte vor und erreichte gegenüber), um die Systembildung. Denken Sie daran, dass es 8 verschiedene Aktionen und drei Kraftwerken, sobald alle arm Positionen gedeckt sind,System Trainingseingabe fasst an die insgesamt 72 Einzelproben. </li><li> Wenn Sie fertig sind, ermöglichen dem Teilnehmer die Möglichkeit, Echtzeit-Kontrolle vor dem Abschluss der SHAP Erfolgskontrolle üben. </li><li> Sicherstellen, dass die Teilnehmer keinen Zugriff auf die maßgeschneiderte Prothese und Regelalgorithmen über das Ende des naiv-Sitzung. </li></ol> 6. Strukturiertes Training Session <ol><li> Drei Monate nach dem naiv-Sitzung, führen einen strukturierten Trainingseinheit. </li><li> Strukturieren Sie die Sitzung in den folgenden geordneten Schritten (Abbildung 3): <ol><li> Zur Nachahmung, weisen Sie den Teilnehmer direkt imitieren die gewünschten acht Aktionen (Tabelle 1) von der Demonstrator in Echtzeit durchgeführt. Führen Sie jede Aktion für 3 Sekunden. </li><li> Für die Wiederholung, bitten Sie die Teilnehmer, um die Aktion, die 10 Mal nachgeahmt wurde wiederholt, so dass jede Aktion wird für 30 Sekunden durchgeführt. </li><li> Zur Verstärkung &amp; Computer system Training, fragen Sie die Teilnehmer nun eine visuelle Rückmeldung des Computers zu engagieren, das ist genau die gleiche Einstellung wie die Naive Sitzung. Sicherzustellen, dass es keinen Unterschied zwischen diesen beiden Abschnitten. </li><li> Für Prothesensteuerung, bitten Sie den Teilnehmer, Echtzeit-Steuerung der Prothese angefertigt, bevor Sie die Erfolgskontrolle zu üben. </li></ol></li><li> Während Nachahmung, sitzen die Teilnehmer in einem 45 ° Winkel von der Demonstrator und bieten mit einem vollen und ungehinderten Blick auf die Hand des Demonstrators Anpassung der betroffenen Seite des Teilnehmers während aller Aktionen (Abbildung 4). Keine visuelle Hinweise von einem Computer-Bildschirm zur Verfügung stehen sollte dem Teilnehmer zu diesem Zeitpunkt. </li><li> Für die Wiederholung, während der Aktionen der Teilnehmer, haben der Demonstrator beachten Sie die entsprechenden EMG-Aktivität, wie durch die Polardiagramme jeder Bewegung (Abbildung 4) vertreten. Sobald der Demonstrator hat, dass der TEILNEHMER bestimmtt können einzigartige und wiederholbare EMG Aktivierungsmuster für jede Bewegung zu erzeugen, bitten Sie den Teilnehmer, um die Aktionen für 30 s ohne visuelle Hinweise zu wiederholen. Hinweis: Es gibt insgesamt 8 einzigartige Aktionen - sieben von ihnen (Handgelenk Pronation / Supination Handgelenk Flexion / Extension, Hand geöffnet, Schlüsselgriff und feine Prise) Muskelaktivierung erfordern, und der achte wobei keine Aktion, die einen stetigen entspannten Zustand darstellt. </li><li> Nach der Verstärkung &amp; Computersystem Ausbildung, präsentieren die Teilnehmer mit visuellem Feedback seiner acht Aktionen, genau so, wie in der naiv-Sitzung, die zu den acht einzigartigen und spezifischen Polardiagramme auf dem Bildschirm entsprechen (Abbildung 3) zu sehen. Zur Optimierung der Leistung, fragen Sie die Teilnehmer, die Handlungen, während Sie die Echtzeit-Polardiagramme mit aufgezeichneten Bewegungsüberlagerungen zum Lernen zu stärken, in der Regel zwischen 2-4 Versuche für jede Bewegung durchzuführen. Einmal überzeugt, kann der Teilnehmer führen Sie die gleichen Aufgaben, die perf waren<html> ORMED in der naiv-Sitzung. </li></ol> 7. Prothesensteuerung <ol><li> Nutzen Sie die Trainingsdatensätze aus jeder Sitzung zu kalibrieren und die Prothese für die Echtzeitsteuerung. </li><li> Zunächst wird nur erlauben dem Teilnehmer, um die Prothese durch aufeinanderProportionalSteuerung, dh eine Bewegung in einer Zeit, mit der Geschwindigkeit der Vorrichtung im Verhältnis zu den Ebenen der Muskelkontraktion zu steuern. </li><li> Sobald jeder der acht Aktionen werden in eine wiederholbare und zuverlässige Weise durchgeführt wird, schaltet das Steuersystem eine proportionale und gleichzeitige Steuerung, so dass mehr als eine Bewegung des Handgelenks zu einem Zeitpunkt. </li><li> Haben die Teilnehmer der Praxis einfache Aufgaben wie Kommissionierung eine Flasche und legte sie auf die Seite (2 Versuche ist ausreichend). Lassen Sie eine Zeit der Ruhe, bevor die Erfolgskontrolle durchgeführt wird. Im Falle dieser Studie 2 h ruhen sollte die naive Sitzung und 24 h ruhen sollte die strukturierte Sitzung. </li></ol>itel &quot;&gt; 8. Outcome Measurement <ol><li> Werten Sie globalen oberen Extremität Funktion sowohl in den naiven und strukturierte Schulungen mit dem SHAP, die Hand und der oberen Extremität Funktion eng mit Aktivitäten des täglichen Lebens (ADL) im Zusammenhang überwacht. Die in der SHAP ausgeführten Aufgaben zählen Manipulations leichten und schweren Gegenständen sowie Aufgaben der ADL, wie beispielsweise Schneiden eines Objekts mit einem Messer oder zum Verhängnis Tasten. Die SHAP hat zur Beurteilung der pathologischen und Handprothese Funktion validiert. 24 Hinweis: Diese Messung wurde gewählt, weil der Teilnehmer in dieser Studie war routinemäßig mit diesem Ergebnis Maßnahme von seiner klinischen Team folgte. </li></ol>

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E., Panayiotou, A., Crewther, D., Puce, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Common+and+distinct+brain+activation+to+viewing+dynamic+sequences+of+face+and+hand+movements.">Common and distinct brain activation to viewing dynamic sequences of face and hand movements.</a> NeuroImage. 37 (3), 966-973 (2007).</li><li>Binkofski, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fronto-parietal+circuit+for+object+manipulation+in+man:+Evidence+from+an+fMRI-study.">A fronto-parietal circuit for object manipulation in man: Evidence from an fMRI-study.</a> European Journal of Neuroscience. 11 (9), 3276-3286 (1999).</li><li>Iacoboni, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+Mechanisms+of+Human+Imitation.">Cortical Mechanisms of Human Imitation.</a> Science. 286 (5449), 2526-2528 (1999).</li></ol>

Die Autoren erklären, keine konkurrierenden finanziellen Interessen ab.

Unsere Ergebnisse legen nahe, für den Teilnehmer in dieser Studie, dass strukturiertes Training geholfen Steuerung eines Multifunktionshandprothese zu verbessern während einer einzigen Sitzung. Das strukturierte Programm verwendet hier war eine Kombination von Nachahmung, Wiederholung und Verstärkung von Handbewegungen, dass der Teilnehmer nicht in der Lage, mit seinem traditionellen Handprothese zu vervollständigen. Obwohl die Teilnehmer höher mit seinem traditionellen Prothese im SHAP...

Austauschen von Handfunktion in Amputierte ist ein schwieriges Unterfangen. Koordinierende hoch qualifizierte Handbewegungen ist nicht eine angeborene Fähigkeit, und nimmt den Menschen Jahre des Lernens zu entwickeln. 1-5 Nach der traumatischen Verlust einer Hand, zu replizieren diese Fähigkeit durch prothetische Mittel ist keine triviale Aufgabe und kann eine Phase des anhaltenden Lernens erfordern . Prothetische Design und Schnittstellen Verfahren zu deren Kontrolle unterliegen einem raschen technologischen Innovationen, mit dem Ziel der Multifunktionssteuerung auf natürliche Weise. 6 Die Komplexität dieser Kontrollsysteme wesentlich erhöht, um mehr Funktionen für Amputierte bieten. Um eine genaue Kontrolle dieser Systeme zu gewährleisten und Verzicht auf neue Technologien zu verringern, muss eine angemessene Ausbildung zu etablieren. Dies ist wahrscheinlich erfolgreicher sein, wenn sie auf inhärente Lernstrategien der Amputierten basiert. Vision kann eine wichtige Rolle bei der le spielenArning von Handbewegungen. Verhaltensstudien haben gezeigt, dass durch die Beobachtung der Handlungen der anderen 7 oder mit visuellen Hinweisen 8, wehrfähigen Personen zu lernen und zu koordinieren, neue Bewegungen. Durch einen Prozess der Beobachtung, das Verständnis und die Ausführung von einer beobachteten Handlung, sind Individuen in der Lage, die Handlungen anderer zu imitieren. Spezifischen kortikalen Netzwerke, die eine spiegelNeuronenSystem (MNS) umfassen kann, wird angenommen, dass diese Funktion unterliegen, und kann eine Rolle bei der Steuerung Prothesen müssen. 9-11 Rolle aus Kunst könnte nicht nur auf die Ausführung von Verfahren, die bereits gesehen haben 12 tatsächlich beschränkt ist, sondern zusammen mit den MNS, ermöglichen den Ablauf der Bewegungen, die bisher nicht beobachtet wurden, aber von der Betrachtermotor repetoire extrapoliert., Kann nicht unter Nachahmung notwendigerweise ist eine angeborene Fähigkeit, sondern eine accruement der motorischen Fähigkeiten im Laufe der Zeit, die auf erfahrene und anspruchsvolle Handlungen führen. 13 Die strength beobachten Aktionen, über einfach nur vorzustellen, sie hat sich gezeigt, zu verbessern das Erlernen neuer Aufgaben. 14 So kann Nachahmung ein pragmatischer Ansatz bei der Ausbildung Amputierte sein, da Hinweise darauf, es ist ein Ziel gerichtet Prozess 15, mit dem Ziel in der Reha-Einstellung ermöglichen nützliche Handprothese Funktion. Rehabilitation Studien separat gezeigt, dass visuelle Hinweise, wie virtuelle Simulationen eines Prothesenhand, ermutigen Amputierten während des Reha-Training. 16 Darüber hinaus hat die Verwendung von Wiederholung, wenn sie in einem blockierten Paradigma durchgeführt wurde gezeigt, schnelles Lernen der oberen Gliedmaßen prothetischen aktivieren Steuer. 17 Während virtuelle Simulationen haben sich als ebenso wirksam wie wirkliche Kontrolle der prothetischen Hände in ermöglicht abled-Körper-Nutzer myoelektrischen Geräte zu steuern, ist 18 ihre Wirkung auf die Amputierten mit standardisierten Ergebnismessungen nicht klar. Schließlich wird gegebenen Protokolle zur oberen Extremität AMPUtation Ausbildung vorhanden ist, die Rolle der Imitation im Lern von Prothesensteuerung nicht explizit diskutiert. 19,20 Diese Studie zielt darauf ab, das Verständnis, wenn die Verwendung von Nachahmung, in Kombination mit Wiederholung und Verstärkung, hat eine positive Auswirkung auf den Lern ​​multifunktionaler Prothesensteuerung im Rahmen einer strukturierten Ausbildung. Hier präsentiert wird, ist ein Fallbericht eines transradialen Amputierten, die ausgebildet wurde, um eine multifunktionale Handprothese zu verwenden. Der Teilnehmer hatte zuvor daran gewöhnt, arbeitet traditionellen myoelektrische Prothesen zu werden. Verwenden von visuellen Hinweisen, sowohl in Form von Imitation eines gesunden Demonstrator und so einfach Computer visuelle Rückmeldung, der Amputierte schnell verbesserte Handhabung von seinem neuen Gerät.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Michelangelo Hand</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>8E500=L-M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxonRotation</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>9S503</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wrist Flexor</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxonMaster</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>13E500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>13E200=50AC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ScissorFenceElectrodeCarrier</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acquisition Software</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon shaft</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a structured rehabilitation protocol for improved multifunctional prosthetic control: a case study

Fortschritte in der Robotersysteme haben in Prothesen der oberen Extremität, die multifunktionelle Bewegungen erzeugen kann, geführt. Diese ausgeklügelte Systeme erfordern jedoch oberen Extremität Amputierten, um komplexe Steuersysteme zu lernen. Die Menschen haben die Fähigkeit, neue Bewegungen durch Nachahmung und andere Lernstrategien zu lernen. Dieses Protokoll beschreibt einen strukturierten Rehabilitationsmethode, die Nachahmung, Wiederholung und Reinforcement Learning umfasst, und zielt darauf ab, zu beurteilen, ob diese Methode können multifunktionale Prothesensteuerung zu verbessern. Ein links unten Ellbogen Amputierten, mit 4 Jahre Erfahrung in der prothetischen Verwendung, nahm an dieser Fallstudie. Das verwendete Prothese war Michelangelo Hand mit Handgelenk Rotation, und die zusätzlichen Features der Handgelenk Flexion und Extension, die mehr Kombinationen von Handbewegungen erlaubt. Des Teilnehmers Southampton Hand Bewertungsverfahren Punktzahl verbessert 58-71 folgenden strukturierten Ausbildung. Dies deutet darauf hin, dass eine strukturierte Ausbildung Protokoll imitation, Wiederholung und Verstärkung kann eine Rolle bei Lernen, um eine neue Handprothese steuern. Eine größere klinische Studie ist jedoch erforderlich, um diese Ergebnisse zu unterstützen.

Die Baseline-SHAP Leistung der Teilnehmer mit seinem täglichen Prothese war 81, als durch die klinische Personal 8 Monate vor dem Test gemessen. Ein SHAP Score von 100 stellt fähigen Handfunktion. 24 der Teilnehmer während der naiv-Sitzung mit dem fortgeschritteneren Prothese Kontrollsystem hat eine Gesamtpunktzahl von 58 SHAP. Allerdings, 3 Monate später und ohne weitere Interaktion mit dem neuen System, abgesehen von der strukturierten Ausbildung, erreicht der Teilnehmer eine SHAP Punktzahl von 71 mit d...

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A Structured Rehabilitation Protocol for Improved Multifunctional Prosthetic Control: A Case Study

As prosthetic development moves towards the goal of natural control, harnessing amputees&#8217; inherent ability to learn new motor skills may enable proficiency. This manuscript describes a structured rehabilitation protocol, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning strategies, for improved multifunctional prosthetic control.

Eine strukturierte Rehabilitation Protokoll zur Verbesserung der Multifunktions Prosthetic Steuerung: Eine Fallstudie

Advances in robotic systems have resulted in prostheses for the upper limb that can produce multifunctional movements. However, these sophisticated ...

a-structured-rehabilitation-protocol-for-improved-multifunctional

Research

JoVE Journal

Behavior

9.3K Aufrufe.  Christian Doppler Laboratory for Restoration of Extremity Function. As prosthetic development moves towards the goal of natural control, harnessing amputees’ inherent ability to learn new motor skills may enable proficiency. This manuscript describes a structured rehabilitation protocol, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning strategies, for improved multifunctional prosthetic control.

Serie: A Structured Rehabilitation Protocol for Improved Multifunctional Prosthetic Control: A Case Study

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. Higher cognitive functions that require precise control over sensorimotor responses such as decision-making and attentional modulation, however, are typically assessed in nonhuman primates. Despite the richness of primate behavior that allows multiple variants of these functions to be studied, the rodent model remains an attractive, cost-effective alternative to primate models. Furthermore, the ability to fully automate operant conditioning in rodents adds unique advantages over the labor intensive training of nonhuman primates while studying a broad range of these complex functions.
Here, we introduce a protocol for operantly conditioning rats on performing working memory tasks. During critical epochs of the task, the protocol ensures that the animal's overt movement is minimized by requiring the animal to 'fixate' until a Go cue is delivered, akin to nonhuman primate experimental design. A simple two alternative forced choice task is implemented to demonstrate the performance. We discuss the application of this paradigm to other tasks.

A fully automated protocol for rodent operant conditioning is proposed. The protocol relies on precise temporal control of behavioral events to investigate the extent to which this control influences neural activity underlying sensorimotor integration and cognitive control experiments.

Eine vollautomatische Nageranlage Protokoll für die Integration sensorischer und kognitiver Kontrollexperimente

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

Forschung

Verhalten

The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, modifications to the standard task, can be used to systematically tax the neural systems controlling either attention or impulse control. Importantly, these challenges have consistent effects on behavior across laboratories in intact animals and can reveal either enhancements or deficits in cognitive function that are not apparent when rats are only tested on the standard task. The variety of behavioral measures that are collected can be used to determine if other factors (i.e., sedation, motivation deficits, locomotor impairments) are contributing to changes in performance. The versatility of the 5CSRTT is further enhanced because it is amenable to combination with pharmacological, molecular, and genetic techniques.

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, which are modifications of the standard task, increase flexibility of the task and can be combined with other manipulations to more fully characterize behavior.

Die 5-Wahl Serienreaktionszeit-Aufgabe: Eine Aufgabe der Aufmerksamkeit und Impulskontrolle für Nager

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. ...

A Protocol for Housing Mice in an Enriched Environment

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent studies demonstrate that environmental enrichment decreases adiposity, increases energy expenditure, resists diet induced obesity, and causes cancer remission and inhibition in mice. EE typically consists of larger living space, a variety of &#8216;toys&#8217; to interact with, running wheels, and can include a number of other novel environmental changes. All of this fosters a more complex social engagement, cognitive and physical stimulations. Importantly, the toy location and type of toy is changed regularly, which encourages the mice to adapt to a frequently changing and novel environment. Many variables can be manipulated in EE to promote health effects in mice. Thus these approaches are difficult to control and must be properly managed to successfully replicate the associated phenotypes. Therefore, the goal of this video is to demonstrate how EE is properly set up and maintained to assure a complex, challenging, and controlled environment so that other researchers can easily reproduce the protective effects of EE against obesity and cancer.

Environmental enrichment for mice requires a complex and challenging setup, as well as comprehensive husbandry and handling techniques to assure robust metabolic and anti-cancer effects in the mice. This protocol provides detailed procedures to reproduce the above mentioned effects in mice.

Ein Protokoll für die Housing Mäuse in einer angereicherten Umwelt

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular function include transcranial magnetic stimulation, electromyography, and three-dimensional motion capture. The advent of readily available and cost-effective virtual reality solutions has expanded the capabilities of researchers in recreating &#8220;real-world&#8221; environments and movements in a laboratory setting. Naturalistic movement analysis will not only garner a greater understanding of motor control in healthy individuals, but also permit the design of experiments and rehabilitation strategies that target specific motor impairments (e.g. stroke). The combined use of these tools will lead to increasingly deeper understanding of neural mechanisms of motor control. A key requirement when combining these data acquisition systems is fine temporal correspondence between the various data streams. This protocol describes a multifunctional system&#8217;s overall connectivity, intersystem signaling, and the temporal synchronization of recorded data. Synchronization of the component systems is primarily accomplished through the use of a customizable circuit, readily made with off the shelf components and minimal electronics assembly skills.

Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

Multifunktions-Setup für das Studium der menschlichen Motor Control Mit Transkranielle Magnetstimulation, Elektromyographie, Motion Capture und Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Event-related Potentials During Target-response Tasks to Study Cognitive Processes of Upper Limb Use in Children with Unilateral Cerebral Palsy

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral motor impairments that are frequently dominated in the upper limb. In addition to a reduced movement capacity of the affected upper limb, several children with unilateral CP show a reduced awareness of the remaining movement capacity of that limb. This phenomenon of disregarding the preserved capacity of the affected upper limb is regularly referred to as Developmental Disregard (DD). Different theories have been postulated to explain DD, each suggesting slightly different guidelines for therapy. Still, cognitive processes that might additionally contribute to DD in children with unilateral CP have never been directly studied. The current protocol was developed to study cognitive aspects involved in upper limb control in children with unilateral CP with and without DD. This was done by recording event-related potentials (ERPs) extracted from the ongoing EEG during target-response tasks asking for a hand-movement response. ERPs consist of several components, each of them associated with a well-defined cognitive process (e.g., the N1 with early attention processes, the N2 with cognitive control and the P3 with cognitive load and mental effort). Due to its excellent temporal resolution, the ERP technique enables to study several covert cognitive processes preceding overt motor responses and thus allows insight into the cognitive processes that might contribute to the phenomenon of DD. Using this protocol adds a new level of explanation to existing behavioral studies and opens new avenues to the broader implementation of research on cognitive aspects of developmental movement restrictions in children.

Several children with unilateral Cerebral Palsy seem to disregard the preserved capacity of their affected upper limb. This Developmental Disregard is extensively described in the literature but the involved cognitive processes have not been studied. To study underlying cognitive factors of upper limb control, an event-related potential protocol was developed.

Ereignis-korrelierte Potenziale Während Ziel-Response Aufgaben zur kognitiven Prozesse der oberen Extremität die Anwendung bei Kindern mit einseitigem Cerebralparese Studieren

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral ...

Protocol for Data Collection and Analysis Applied to Automated Facial Expression Analysis Technology and Temporal Analysis for Sensory Evaluation

We demonstrate a method for capturing emotional response to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial expression analysis (AFEA) software. Additionally, we demonstrate a method for extracting relevant emotional data output and plotting the emotional response of a population over a specified time frame. By time pairing each participant's treatment response to a control stimulus (baseline), the overall emotional response over time and across multiple participants can be quantified. AFEA is a prospective analytical tool for assessing unbiased response to food and beverages. At present, most research has mainly focused on beverages. Methodologies and analyses have not yet been standardized for the application of AFEA to beverages and foods; however, a consistent standard methodology is needed. Optimizing video capture procedures and resulting video quality aids in a successful collection of emotional response to foods. Furthermore, the methodology of data analysis is novel for extracting the pertinent data relevant to the emotional response. The combinations of video capture optimization and data analysis will aid in standardizing the protocol for automated facial expression analysis and interpretation of emotional response data.

A protocol for capturing and statistically analyzing emotional response of a population to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial expression analysis software is described.

Protokoll für die Datenerhebung und Analyse Applied zu Automatische Gesichtsausdruck Analysis Technologie und zeitliche Analyse für die sensorische Prüfung

We demonstrate a method for capturing emotional response to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial ...

Tickling, a Technique for Inducing Positive Affect When Handling Rats

Handling small animals such as rats can lead to several adverse effects. These include the fear of humans, resistance to handling, increased injury risk for both the animals and the hands of their handlers, decreased animal welfare, and less valid research data. To minimize negative effects on experimental results and human-animal relationships, research animals are often habituated to being handled. However, the methods of habituation are highly variable and often of limited effectiveness. More potently, it is possible for humans to mimic aspects of the animals&#39; playful rough-and-tumble behavior during handling. When applied to laboratory rats in a systematic manner, this playful handling, referred to as tickling, consistently gives rise to positive behavioral responses. This article provides a detailed description of a standardized rat tickling technique. This method can contribute to future investigations into positive affective states in animals, make it easier to handle rats for common husbandry activities such as cage changing or medical/research procedures such as injection, and be implemented as a source of social enrichment. It is concluded that this method can be used to efficiently and practicably reduce rats&#39; fearfulness of humans and improve their welfare, as well as reliably model positive affective states.

This article demonstrates the standardized application of playful handling, a tickling technique designed to mimic rat rough-and-tumble play. This technique is effective at reducing fearful reactions to humans and generating positive affect when rats are handled for common husbandry activities and medical and research procedures such as injection.

Kitzeln, eine Technik zur Induktion positiven Einfluss beim Umgang mit Ratten

Handling small animals such as rats can lead to several adverse effects. These include the fear of humans, resistance to handling, increased injury risk ...

A Novel Single Animal Motor Function Tracking System Using Simple, Readily Available Software

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor deficits. Motor impairments were manually quantified through an open field grid test to measure the gross motor function and through a ladder test to measure the fine motor function. Here, we discuss a technique for the automated quantification of the video-recorded tests using our custom Capadona Behavioral Video Analysis System: Grid and Ladder Test, or BVAS. Leveraging simple and readily available coding software (see the Table of Materials), this program allows for the tracking of a single animal on both the open field grid and the ladder tests. In open field grid tracking, the code thresholds the video for intensity, tracks the position of the rat over the 3 min duration of the grid test, and analyzes the path. It then computes and returns measurements for the total distance traveled, the maximum velocity achieved, the number of left- and right-handed turns, and the total number of grid lines crossed by the rat. In ladder tracking, the code again thresholds the video for intensity, tracks the movement of the rat across the ladder, and returns calculated measurements including the time it took the rat to cross the ladder, the number of paw slips occurring below the plane of the ladder rungs, and the incidence of failures due to stagnation or reversals. We envision that the BVAS developed here can be employed for the analysis of motor function in a variety of applications, including many injury or disease models.

The current study aimed to automate the quantification of motor deficits in rats. The initial evaluation model assesses motor loss resulting from an intracortical microelectrode implantation in the motor cortex. We report on the development and use of a tracking algorithm using easily adaptable, simple, and readily available coding software.

Eine neuartige einzigen tierischen Motorik Tracking-System mit einfachen, leicht verfügbaren Software

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor ...

A Wind Tunnel for Odor Mediated Insect Behavioural Assays

Olfaction is the most important sensory mechanism by which many insects interact with their environment and a wind tunnel is an excellent tool to study insect chemical ecology. Insects can locate point sources in a three-dimensional environment through the sensory interaction and sophisticated behavior. The quantification of this behavior is a key element in the development of new tools for pest control and decision support. A wind tunnel with a suitable flight section with laminar air flow, visual cues for in-flight feedback and a variety of options for the application of odors can be used to measure complex behaviour which subsequently may allow the identification of attractive or repellent odors, insect flight characteristics, visual-odor interactions and interactions between attractants and odors lingering as background odors in the environment. A wind tunnel holds the advantage of studying the odor mediated behavioural repertoire of an insect in a laboratory setting. Behavioural measures in a controlled setting provide the link between the insect physiology and field application. A wind tunnel must be a flexible tool and should easily support the changes to setup and hardware to fit different research questions. The major disadvantage to the wind tunnel setup described here, is the clean odor background which necessitates special attention when developing a synthetic volatile blend for field application.

Here, we describe the construction and use of a wind tunnel for odor mediated behavioural assays with insects. The wind tunnel design facilitates the release of odor sources by several methods, with and without visual stimuli. Wind tunnel experiments are important methods to identify behaviorally active volatile chemicals.

Ein Windkanal für Geruch vermittelt Insekt Behavioral Assays

Olfaction is the most important sensory mechanism by which many insects interact with their environment and a wind tunnel is an excellent tool to study ...

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Over the last decade, employing computer animations for animal behavior research has increased due to its ability to non-invasively manipulate the appearance and behavior of visual stimuli, compared to manipulating live animals. Here, we present the FishSim Animation Toolchain, a software framework developed to provide researchers with an easy-to-use method for implementing 3D computer animations in behavioral experiments with fish. The toolchain offers templates to create virtual 3D stimuli of five different fish species. Stimuli are customizable in both appearance and size, based on photographs taken of live fish. Multiple stimuli can be animated by recording swimming paths in a virtual environment using a video game controller. To increase standardization of the simulated behavior, the prerecorded swimming path may be replayed with different stimuli. Multiple animations can later be organized into playlists and presented on monitors during experiments with live fish.
In a case study with sailfin mollies (Poecilia latipinna), we provide a protocol on how to conduct a mate-choice copying experiment with FishSim. We utilized this method to create and animate virtual males and virtual model females, and then presented these to live focal females in a binary choice experiment. Our results demonstrate that computer animation may be used to simulate virtual fish in a mate-choice copying experiment to investigate the role of female gravid spots as an indication of quality for a model female in mate-choice copying.
Applying this method is not limited to mate-choice copying experiments but can be used in various experimental designs. Still, its usability depends on the visual capabilities of the study species and first needs validation. Overall, computer animations offer a high degree of control and standardization in experiments and bear the potential to &#39;reduce&#39; and &#39;replace&#39; live stimulus animals as well as to &#39;refine&#39; experimental procedures.

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Using the novel FishSim Animation Toolchain, we present a protocol for non-invasive visual manipulation of public information in the context of mate-choice copying in sailfin mollies. FishSim Animation Toolchain provides an easy-to-use framework for the design, animation and presentation of computer-animated fish stimuli for behavioral experiments with live test fish.