Name: characterization of the sense of agency over the actions of neural-machine interface-operated prostheses
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Characterization of the Sense of Agency over the Actions of Neural-machine Interface-operated Prostheses at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke Madeline Newcomb for hendes bidrag til figur generation. Dette arbejde blev finansieret af amerikanske skatteydere gennem en NIH, for direktøren, fælles fond, Transformative R01 Research Award (grant #1R01NS081710-01) og Defense Advanced Research Projects Agency (kontrakt antal N66001-15-C-4015 regi Biologi teknologi Office program manager D. Weber).

Denne protokol har tidligere godkendt og følger retningslinjerne i Cleveland Clinic menneskelige videnskabsetisk Komité.
1. hardware og Software af NMI
<ol><li>Etablere enkelte individuelle deltageres NMI kontrol og feedback, så at når de forsøger at udføre en bevægelse, de ser og føler en virtuel protesen fuldføre denne bevægelse.<ol>
<li>Generere en hånd kinæstetisk percept gennem deltagerens NMI og fange kinematik opfattede forslaget ved at have deltageren dokumentere, hvad de...

<ol>
	<li>Kuiken, T. A., Marasco, P. D., Lock, B. A., Harden, R. N., Dewald, J. P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redirection+of+cutaneous+sensation+from+the+hand+to+the+chest+skin+of+human+amputees+with+targeted+reinnervation.">Redirection of cutaneous sensation from the hand to the chest skin of human amputees with targeted reinnervation.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (50), 20061-20066 (2007).</li><li>Hebert, J. S., 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=Novel+targeted+sensory+reinnervation+technique+to+restore+functional+hand+sensation+after+transhumeral+amputation.">Novel targeted sensory reinnervation technique to restore functional hand sensation after transhumeral amputation.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 22 (4), 765-773 (2014).</li><li>Tan, D. W., 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+neural+interface+provides+long-term+stable+natural+touch+perception.">A neural interface provides long-term stable natural touch perception.</a> Science Translational Medicine. 257 (6), (2014).</li><li>Oddo, C. M., 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=Intraneural+stimulation+elicits+discrimination+of+textural+features+by+artificial+fingertip+in+intact+and+amputee+humans.">Intraneural stimulation elicits discrimination of textural features by artificial fingertip in intact and amputee humans.</a> eLife. 5 (MARCH2016), (2016).</li><li>Raspopovic, S., 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=Bioengineering:+Restoring+natural+sensory+feedback+in+real-time+bidirectional+hand+prostheses.">Bioengineering: Restoring natural sensory feedback in real-time bidirectional hand prostheses.</a> Science Translational Medicine. 6 (222), (2014).</li><li>Flesher, S. N., 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=Intracortical+microstimulation+of+human+somatosensory+cortex.">Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex.</a> Science Translational Medicine. 8 (361), (2016).</li><li>Tabot, G. A., 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=Restoring+the+sense+of+touch+with+a+prosthetic+hand+through+a+brain+interface.">Restoring the sense of touch with a prosthetic hand through a brain interface.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (45), 18279-18284 (2013).</li><li>Marasco, P. D., 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=Illusory+movement+perception+improves+motor+control+for+prosthetic+hands.">Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands.</a> Science Translational Medicine. 10 (432), (2018).</li><li>Horch, K., Meek, S., Taylor, T. G., Hutchinson, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Object+discrimination+with+an+artificial+hand+using+electrical+stimulation+of+peripheral+tactile+and+proprioceptive+pathways+with+intrafascicular+electrodes.">Object discrimination with an artificial hand using electrical stimulation of peripheral tactile and proprioceptive pathways with intrafascicular electrodes.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 19 (5), 483-489 (2011).</li><li>Braun, N., 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=The+senses+of+agency+and+ownership:+A+review.">The senses of agency and ownership: A review.</a> Frontiers in Psychology. 9 (APR), (2018).</li><li>Van Den Bos, E., Jeannerod, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sense+of+body+and+sense+of+action+both+contribute+to+self-recognition.">Sense of body and sense of action both contribute to self-recognition.</a> Cognition. 85 (2), 177-187 (2002).</li><li>Botvinick, M., Cohen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rubber+hands+&amp;#34;feel&amp;#34;+touch+that+eyes+see.">Rubber hands &amp;#34;feel&amp;#34; touch that eyes see.</a> Nature. 391 (6669), 756 (1998).</li><li>Gallagher, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Philosophical+conceptions+of+the+self:+Implications+for+cognitive+science.">Philosophical conceptions of the self: Implications for cognitive science.</a> Trends in Cognitive Sciences. 4 (1), 14-21 (2000).</li><li>Niedernhuber, M., Barone, D. G., Lenggenhager, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prostheses+as+extensions+of+the+body:+Progress+and+challenges.">Prostheses as extensions of the body: Progress and challenges.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 92, 1-6 (2018).</li><li>Marasco, P. D., Kim, K., Colgate, J. E., Peshkin, M. A., Kuiken, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+touch+shifts+perception+of+embodiment+to+a+prosthesis+in+targeted+reinnervation+amputees.">Robotic touch shifts perception of embodiment to a prosthesis in targeted reinnervation amputees.</a> Brain. 134 (3), 747-758 (2011).</li><li>Rognini, G., Blanke, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognetics:+Robotic+Interfaces+for+the+Conscious+Mind.">Cognetics: Robotic Interfaces for the Conscious Mind.</a> Trends in Cognitive Sciences. 20 (3), 162-164 (2016).</li><li>Dewey, J. A., Knoblich, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+implicit+and+explicit+measures+of+the+sense+of+agency+measure+the+same+thing.">Do implicit and explicit measures of the sense of agency measure the same thing.</a> PLoS ONE. 9 (10), (2014).</li><li>Edwards, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Adaptive and Autonomous Switching: Shared Control of Powered Prosthetic Arms Using Reinforcement Learning. , (2016).</li><li>Desai, M., Stubbs, K., Steinfeld, A., Yanco, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creating+trustworthy+robots:+Lessons+and+inspirations+from+automated+systems.">Creating trustworthy robots: Lessons and inspirations from automated systems.</a> 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).</li><li>Lee, J. D., See, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trust+in+automation:+designing+for+appropriate+reliance.">Trust in automation: designing for appropriate reliance.</a> Human Factors. 46 (1), 50-80 (2004).</li><li>Moore, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+is+the+sense+of+agency+and+why+does+it+matter?.">What is the sense of agency and why does it matter?.</a> Frontiers in Psychology. 7 (AUG), 1-9 (2016).</li><li>Obhi, S. S., Hall, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sense+of+agency+in+joint+action:+Influence+of+human+and+computer+co-actors.">Sense of agency in joint action: Influence of human and computer co-actors.</a> Experimental Brain Research. 211 (3-4), 663-670 (2011).</li><li>Saha&#239;, A., Pacherie, E., Grynszpan, O., Berberian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Co-representation+of+human-generated+actions+vs.+machine-generated+actions:+Impact+on+our+sense+of+we-Agency?.">Co-representation of human-generated actions vs. machine-generated actions: Impact on our sense of we-Agency?.</a> 2017 26th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication (RO-MAN). , (2017).</li><li>Biddiss, E., Chau, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upper+limb+prosthesis+use+and+abandonment:+A+survey+of+the+last+25+years.">Upper limb prosthesis use and abandonment: A survey of the last 25 years.</a> Prosthetics and Orthotics International. 31 (3), 236-257 (2007).</li><li>Atkins, D. J., Heard, D. C. Y., Donovan, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiologic+overview+of+individuals+with+upper-limb+loss+and+their+reported+research+priorities.">Epidemiologic overview of individuals with upper-limb loss and their reported research priorities.</a> Journal of Prosthetics and Orthotics. 8 (1), 2-11 (1996).</li><li>Kalckert, A., Ehrsson, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moving+a+Rubber+Hand+that+Feels+Like+Your+Own:+A+Dissociation+of+Ownership+and+Agency.">Moving a Rubber Hand that Feels Like Your Own: A Dissociation of Ownership and Agency.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 6 (March), 1-14 (2012).</li><li>Caspar, E. A., Cleeremans, A., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+human+agency+and+embodiment.">The relationship between human agency and embodiment.</a> Consciousness and Cognition. 33, 226-236 (2015).</li><li>Haggard, P., Clark, S., Kalogeras, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voluntary+action+and+conscious+awareness.">Voluntary action and conscious awareness.</a> Nature Neuroscience. 5 (4), 382-385 (2002).</li><li>Engbert, K., Wohlschl&#228;ger, A., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Who+is+causing+what?+The+sense+of+agency+is+relational+and+efferent-triggered.">Who is causing what? The sense of agency is relational and efferent-triggered.</a> Cognition. 107 (2), 693-704 (2008).</li><li>Moore, J. W., Wegner, D. M., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulating+the+sense+of+agency+with+external+cues.">Modulating the sense of agency with external cues.</a> Consciousness and Cognition. 18 (4), 1056-1064 (2009).</li><li>Kumar, V., Todorov, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MuJoCo+HAPTIX:+A+virtual+reality+system+for+hand+manipulation.">MuJoCo HAPTIX: A virtual reality system for hand manipulation.</a> 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). , (2015).</li><li>Kuiken, T. A., 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=Targeted+reinnervation+for+enhanced+prosthetic+arm+function+in+a+woman+with+a+proximal+amputation:+a+case+study.">Targeted reinnervation for enhanced prosthetic arm function in a woman with a proximal amputation: a case study.</a> Lancet. 369 (9559), 371-380 (2007).</li></ol>

Her præsenteres en metodisk ramme for at karakterisere oplevelsen af agenturet dannede samtidig opererer sensate proteser via NMIs. I forbindelse er agenturet især relevant som det broer fysisk handling til de kognitive baggrundsprocesser at forme opfattelsen. Gennem en deltagers protesen og NMI, vi har direkte adgang til en række centrale elementer, der etablerer følelsen af agenturet: hensigtserklæringer, motor output og bevægelse sensation. Af betydning for avancerede protese lemmer kontrol, de værktø...

Som robot proteser bliver stadig mere avanceret, vil betydningen af relevante sensoriske feedback fortsætte med at vokse. Sensorisk feedback påvirker hvordan mennesker opfatter, interagere med og endda integrere maskiner til deres krop skema. Seneste NMI teknikker kan nu levere protese lemmer brugere med intuitiv kontrol og opnå fornemmelser knyttet touch1,2,3,4,5,6 , 7 og kinesthesia (bevægelse forstand)8,9 i manglende lemmer. Når disse sensoriske oplysninger er parret med visuelle oplysninger ved at se de kunstige lemmer under drift, vi har adgang til centrale elementer, der underretter skelnen af self -versus-andre. Udnytte denne adgang kan hjælpe med at bringe protese lemmer brugere et skridt tættere på at operere en kunstige lemmer som en del af deres krop, snarere end blot et værktøj.
Kropsbevidsthed og følelsen af at være inkarneret skyldes oprettelsen af agenturet (oplevelse af forfatterskab over en legemsdel handlinger) og ejerskab (følelsen af, at en legemsdel er en del af kroppen)10,11. Ejerskab er primært medieres gennem integration af touch og visuel information12. Agenturet fremgår af integrationen af hensigtserklæringer, bevægelse sensation (kinesthesia), visuel information og kognitive prognosemodeller11. Under udførelsen af en frivillig indsats, er agenturet dannet når de sensoriske konsekvenser af handlingen justere med kunstnerens hensigt og forudsigelser fra kunstnerens interne modeller13. Agenturet er adskilte og forskellige fra ejerskab. Begrebet lemmer ejerskab er blevet undersøgt ofte i protesen litteratur14. En følelse af lemmer ejerformer i NMI deltagerne når touch feedback er rumligt og tidsligt passende som målte udtrykkeligt via spørgeskemaer eller implicit resterende lemmer temperaturforandringer, eller tidsmæssige rækkefølge domme15. Imidlertid har færre muligheder eksisteret for at udforske agenturet i forbindelse med NMI16. Seneste arbejde med NMI deltagere har vist, at agenturet kan fremmes målrettet og er adskilt fra oplevelsen af ejerskab8.
Agenturet er særligt vigtige efter operation af robot proteser, da det er en kognitiv link til kontrol af den kunstige lemmer fysiske handlinger gennem oplevelser af kausalitet, følelsen af kontrollere de kunstige lemmer eller forårsager noget at ske17. Robot proteser er avancerede edb maskiner, som brugeren skal samarbejde med til effektivt udføre opgaver. Nogle protese lemmer har indarbejdet autonome funktioner, såsom greb-slip afsløring og korrektion; men disse systemer har set begrænset vedtagelse som funktionerne kører brugerens kontrol kan ses så frustrerende hvis ikke korrekt gennemført8,18. Dette er en grundlæggende udfordring, der går igen i hele anvendelser af menneskelige samarbejde med autonome maskiner. Det vil sige mennesker har ofte tillid til deres egne handlinger over dem som følge af et samarbejde med computere eller maskiner, og denne tillid påvirker direkte luftfartsforetagendets sandsynligheden for at bruge de autonome funktioner19,20. Som mennesker stole vi medfødt på os selv og vores kroppe for at udføre de handlinger, vi har til hensigt; Når dette er opnået, opretter vi en iboende følelse af agenturet. Interessant, er dannelsen af agenturet påvirket i menneske-computer samarbejdsaktioner. Under menneske-menneske kooperative opgaver, kan en fælles følelse af agenturet dannes over bevægelse21; endnu, litteraturen tyder på, at delte agentur er belastet under menneske-computer samarbejde22,23. Disse udfordringer er afspejlet i proteser øvre lemmer brug, og afvisning satser for robotic enheder forbliver høje, med 23% - 39% af brugerne ophørende deres brug24. I virkeligheden, foretrækker mange protesen brugere stadig kroppen-drevne systemer25. Disse systemer fjerne edb maskinen fra kontrol loop og mere par intimt brugerens krop bevægelse til protesen bevægelse via wire kabler. Dette forstærker yderligere vigtigheden af kognitive integration i brugen af avanceret prosthetic enheder. Vi foreslår at NMI systemer kan give et antal af de nødvendige sensoriske og motoriske stykker til at hjælpe med at flytte kunstige lemmer tættere til oprettelse af et kooperativt følelse af agenturet, og dette vil være medvirkende til at fremme accept og den ægte integration af disse edb maskiner med deres brugere.
Agenturet kan måles i en række forskellige måder. De enkleste foranstaltninger anvendes psykofysiske spørgeskemaer eller skalaer der udtrykkeligt spørge deltagerne til hvem eller hvad de tilskriver en begivenhed17,26,27. Dette beror på en persons eksisterende opfattelse af "selv" ved at kræve deltagere at gøre inferential domme af selvstændig attribution (dvs., at udtrykkeligt bedømme, om "I" eller en anden enhed var ansvarlig for en handling eller en begivenhed). Implicitte foranstaltninger giver indblik i baggrunden kognitive processer, der opstår under motor action og sensoriske begivenheder. Denne opfattelse af agenturet forsøger at måle det, der ikke opfattes udtrykkeligt af en individuel. Dette opnås typisk ved at have deltagere karakterisere opfattede forskel i self - og eksternt-genererede handlinger, for eksempel at have deltagerne rapport varighed af de opfattes som opstår mellem en self - og eksternt-genereret begivenhed 17 , 28. under udførelsen af selvstændige genereret handlinger, agenturet implicit manifesterer sig som en sanselig kompression i tid mellem handlinger og konsekvenserne heraf sensoriske, kendt som forsætlig bindende28. Når individer rapporterer tid de opfattes som opstår mellem en handling og dens resultat, svarer en kortere opfattede varighed til en kraftigere dannede følelse af agenturet29,30. Interessant, er det blevet påvist, at eksplicitte og implicitte foranstaltninger direkte ikke kan korrelere som de sandsynligvis karakterisere forskellige perceptuelle mekanismer17 , sammen informere følelse af agenturet. Som sådan, vil om oprettelse af en mere omfattende forståelse af agenturet dannelse under protesen brug sandsynligvis kræve eksperimentelle protokoller beskæftiger både eksplicitte og implicitte foranstaltninger.
Dette arbejde beskriver en metodisk ramme, som kan bruges til eksplicit og implicit karakterisere følelse af agenturet udviklet NMI kontrol over sensate virtuelle eller robot proteser hænder. To teknikker til at måle agenturet under udførelsen af en sensorimotor objekt-fatte opgave er fremhævet. Etablerede psykofysiske spørgeskemaer er ansat til at fange den eksplicitte oplevelse af agenturet, mens intervallet estimater (forsætlig bindende) er ansat til implicit måle følelsen af agenturet.
Anvendelsesområdet for denne protokol er at vurdere følelsen af agenturet i forbindelse med en NMI, der giver fysiologisk relevante aktive motorisk kontrol og kinæstetisk feedback. Disse teknikker er generaliserbart til virtuelle eller fysiske proteser NMI systemer. Der er minimal restriktioner på de befolkninger, der kan ansættes til at udføre denne protokol. For eksempel mobilitet af deltagerens øvre lemmer kan ikke være bilateralt påvirket (de skal have en forsvarlig lemmer), og de skal besidde den kognitive evne til at gøre tidsbaserede domme og formulere erfarne fornemmelser.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>LabVIEW 2015, Service Pack 1, Version 15.0.1f2 64-bit</td>
			<td>National Instruments, Austin, TX, USA</td>
			<td>Full or Pro Version</td>
			<td>We wrote custom software in LabVIEW to coordinate virtual prosthesis control with kinesthetic feedback as well as to present experimental conditions and record data.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-Slot, USB CompactDAQ Chassis</td>
			<td>National Instruments, Austin, TX, USA</td>
			<td>cDAQ-9178</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#177;60 V, 800 kS/s, 12-Bit, 8-Channel C Series Voltage Input Module</td>
			<td>National Instruments, Austin, TX, USA</td>
			<td>NI-9221</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 kS/s/ch Simultaneous, &#177;10 V, 4-Channel C Series Voltage Output Module</td>
			<td>National Instruments, Austin, TX, USA</td>
			<td>NI-9263</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom Wearable Kinesthetic Tactor</td>
			<td>HDT Global, Solon, OH, USA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MuJoCo Physics Engine, HAPTIX Version</td>
			<td>Roboti LLC, Redmond, WA, USA</td>
			<td>mjhaptix150</td>
			<td>Newer versions of MuJoCo should be acceptable as well. We used the MPL Gripper Model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Myobock Electrodes, powered by Otto Bock EnergyPack in MyoBoy Battery Receptacle</td>
			<td>Ottobock, Duderstadt, Germany</td>
			<td>electrodes: 13E200=60 
			battery: 757B21 
			battery receptacle: 757Z191=2</td>
			<td>Any setup that provides an amplified, filtered, and rectified EMG or neural control signal could be used.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterization of the sense of agency over the actions of neural-machine interface-operated prostheses

Dette arbejde beskriver en metodisk ramme, som kan bruges til eksplicit og implicit karakterisere følelse af agenturet udviklet neurale-maskine-interface (NMI) kontrol over sensate virtuelle eller robot proteser hænder. Dannelsen af agenturet er grundlæggende skelne de handlinger, vi udfører med vores lemmer som værende vores egne. Ved at stræbe at indarbejde avancerede øvre lemmer proteser i disse samme perceptuelle mekanismer, kan vi begynde at integrere en kunstige lemmer tættere i brugerens eksisterende kognitive rammer for lemmer kontrol. Dette har stor betydning for at fremme brugernes accept, anvendelse og effektiv kontrol af avancerede øvre lemmer proteser. I denne protokol, deltagerne styre en virtuel proteser hånd og modtage kinæstetisk sensoriske feedback gennem deres allerede eksisterende NMIs. En række virtuelle grasping opgaver udføres og perturbationer introduceres systematisk kinæstetisk feedback og virtuelle håndbevægelser. To separate foranstaltninger i agenturet er ansat: etableret psykofysiske spørgeskemaer (til at fange den eksplicitte oplevelse af agenturet) og en gang interval beregne opgave for at fange den implicitte følelse af agenturet (forsætlig bindende). Resultaterne af denne protokol (spørgeskema scores og tidsinterval anslår) kan analyseres for at opgøre omfanget af agenturet dannelse.

En eksperimentel protokol blev udført med tre amputeret deltagere opererer en sensate virtuelle protesen via deres NMI8 (figur 1). Opsætningen brugt en deltager-styrbar virtuelle hånd bevæger sig gennem forprogrammerede kinematiske profiler ved hjælp af MuJoCo HAPTIX fysik motor31. Den virtuelle side blev vist på en vandret skærm foran deltagere på en placering rumligt kongruent med deres mangle...

Watch this Scientific Journal Video about Characterization of the Sense of Agency over the Actions of Neural-machine Interface-operated Prostheses at JoVE.com

Characterization of the Sense of Agency over the Actions of Neural-machine Interface-operated Prostheses

Karakterisering af følelse af agenturet over handlinger af neurale-machine Interface-drives proteser

Her præsenterer vi en protokol, der præger følelsen af agenturet udviklet kontrol over sensate virtuelle eller robot proteser hænder. Psykofysiske spørgeskemaer er ansat til at fange den eksplicitte oplevelse af agenturet, og interval estimater (forsætlig bindende) er ansat til implicit måle følelsen af agenturet.

This work describes a methodological framework that can be used to explicitly and implicitly characterize the sense of agency developed over the ...

Ægte lemmer udskiftning kræver sløring af kognitive perceptuelle linjer mellem sig selv og maskine. Agenturet er den afgørende bro til at opfatte handlinger af en kunstig lemmer som genereret af selvet og forsætlig. Denne teknik giver unik indsigt i effektiviteten af den kognitive perceptuelle kommunikation mellem den menneskelige bruger og maskinen.Denne metode kan udvides til enhver undersøgelse af virkningerne af feedback på agenturet, såsom med myoelektriske eller krop drevne proteser, kortikal stimulation, slagtilfælde, eller endda hånd transplantationer. Dylan Beckler og Zachary Thumser, forskningsingeniører i vores laboratorium, demonstrerer denne procedure. Eskorter deltageren ind i testrummet, og få dem til at sidde foran en skærm.Begynd med at generere en hånd kinesthetic percept gennem deltagerne neurale maskine interface, eller NMI, og fange kinematik af den opfattede bevægelse ved at have deltageren demonstrere, hvad de føler ved hjælp af deres intakte hånd. Brug en virtuel hånd eller protese simulering til at gengive kinematik af bevægelsen percept. Derefter skal du konfigurere hardware til at registrere de forsætlige kontrolsignaler for håndbevægelse fra deltagerens NMI.Tilknyt dette kontrolsignal til aktiviteten af den virtuelle protese. Derefter skal du oprette et masterkontrolprogram, der koordinerer anskaffelsen af NMI-kontrolsignalet, bevægelsen af den virtuelle protese og af genereringen af kinæstetisk NMI-feedback i realtid. Vis den virtuelle protese på skærmen og justere dens størrelse og placering, så den er placeret sammenfaldende med placeringen af deres manglende lemmer.Derefter gengive objekter, såsom flydende bolde, i det virtuelle miljø til service stoppunkter for de tætte og åbne positioner af hånden. Endelig skal du konfigurere masterkontrolprogrammet, så når de virtuelle cifre kontakter de virtuelle stoppunkter, afspilles en auditiv tone efter en justerbar tidsforsinkelse. Før eksperimentet startes, skal du oprette en inputfil til det overordnede kontrolprogram, der angiver indstillingerne for hvert forsøg samt kontrol- og forsøgsbetingelserne.Program yderligere betingelser designet til at analysere de bidrag til agentur af motoriske hensigter, kinæstetisk fornemmelse, og tidsmæssige uoverensstemmelse med de viste kinematik af den virtuelle protese. Overveje at bruge følgende fem betingelser, modsat bevægelse, for hurtig, for langsom, opstået forsinkelse og ingen feedback. For at starte hver prøveversion skal du trykke på startknappen på masterkontrolprogrammet, som flytter den virtuelle hånd til startpositionen, hvilket signalerer begyndelsen af forsøget.I den første øvelse skal du få deltageren til at køre hånden til bevægelsesslutpunktet og afspille den auditive tone 1.000 millisekunder, efter at de virtuelle cifre når det virtuelle stoppunkt for 10 forsøg. I den anden øvelse skal deltageren igen køre hånden til bevægelsesslutpunktet. Randomisere de auditive toner, så intervallerne på 300, 500 og 700 millisekunder præsenteres mindst fem gange hver.Registrere deltagernes mundtligt rapporterede estimat af tidsforsinkelsesintervallet. Endelig fortsættes forsøgssættene på 15 forsøg for hver tilstand. Præsenter betingelserne i en randomiseret rækkefølge, og administrer et spørgeskema i slutningen af hver betingelse.Her viser resultaterne den gennemsnitlige score for de fire bureauspørgsmål samt fire kontrolspørgsmål for hver deltager og efter hver feedback-betingelse. En gennemsnitlig rating, der er større end én, angiver en aftale med en given erklæring, og nul angiver aftalens neutralitet. Forskellene mellem de faktiske og opfattede tidsintervaller blev derefter i gennemsnit fordelt på de tre deltagere og præsenteres i forhold til betingelsen for tilbagemelding af baseline.Større negative forskelle er en indikation af en stærkere implicit følelse af handlefrihed, såsom med den for hurtige tilstand. Disse resultater viser endvidere en sammenligning af eksplicitte og implicitte agenturforanstaltninger. Den for hurtige tilstand viste den stærkeste dannelse af handlefrihed, både eksplicit og implicit.Mindre ændringer kunne udvide vores teknikker til at studere yderligere sensor modaliteter, såsom touch, og hvordan de virkning agentur. Også, tilføje lemmer ejerskab målinger kunne hjælpe os med at forstå de indbyrdes forbindelser mellem agentur og legemliggørelse. Denne teknik muliggjorde udforskning af rollen som perceptuel bevægelse feedback i en neural maskine interface på den iboende mekanisme, at hjernen bruger til at etablere forfatterskab over tilsigtede bevægelser.

Research

JoVE Journal

Behavior

Stereotactic Injection of MicroRNA-expressing Lentiviruses to the Mouse Hippocampus CA1 Region and Assessment of the Behavioral Outcome

Stereotaktisk Injektion af MicroRNA-udtrykkende lentivira til Mouse Hippocampus CA1 Region og vurdering af de Behavioral Outcome

MicroRNAs (miRNAs) are small regulatory single-stranded RNA molecules around 22 nucleotides long that may each target numerous mRNA transcripts and dim an ...

Comprehensive Analysis of Transcription Dynamics from Brain Samples Following Behavioral Experience

Omfattende analyse af transskription Dynamics fra Brain Prøver Efter Behavioral Experience

The encoding of experiences in the brain and the consolidation of long-term memories depend on gene transcription. Identifying the function of specific ...

The Use of the Puzzle Box as a Means of Assessing the Efficacy of Environmental Enrichment

Brugen af ​​Puzzle Box som et middel til vurdering af effektiviteten af ​​miljøberigelse

Environmental enrichment can dramatically influence the development and function of neural circuits.  Further, enrichment has been shown to successfully ...

Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task

Kvantificering Læring i Unge Spædbørn: Tracking Leg Handlinger Under en Discovery-learning Opgave

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning ...

An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses

En instrumenteret Pull-Test til at karakterisere Postural svar

Impairment of postural reflexes, termed postural instability, is a common and disabling deficit in Parkinson's disease. To assess postural reflexes, ...

Assessing the Coherence of Parents' Short Narratives Regarding their Child Using the Five-Minute Speech Sample Procedure

Vurdering af sammenhængen i forældrenes korte fortællinger om deres barn ved hjælp af den fem minutters tale prøve procedure

Valid and efficient measures for assessing the quality of parent-child relationships are needed to facilitate research and evidence-based practice with ...

Examining Changes in HRV and Emotion Following Artmaking with Three Different Art Materials

Undersøgelse af ændringer i HRV og følelser efter kunst fremstilling med tre forskellige Kunstmaterialer

This protocol enables the examination of psychological and physiological responses to different types of behavioral engagements. Specifically, in this ...

Assessment of Midline Lingual Point-Pressure Somatosensation Using Von Frey Hair Monofilaments

Vurdering af Midline Lingual Point-Pressure Somatosensation Brug Von Frey Hair Monofilamenter

Detection and discrimination threshold estimates for oral point pressure are assessed using Von Frey Hair monofilaments. Consistent with previously ...

Evaluation of the Cognitive Performance of Hypertensive Patients with Silent Cerebrovascular Lesions

Evaluering af hypertensivepatienter med tavse cerebrovaskulære læsioner

Evidence accumulated from the last decade has proven that silent cerebrovascular lesions (SCLs) and their underlying pathogenic processes contribute to ...

A Standardized Method for Measurement of Elbow Kinesthesia

En standardiseret metode til måling af albue kinesthesia

Proprioception is an important component of controlled movement. The threshold to detection of passive movement (TDPM) is a commonly used method for ...