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

De auteurs bedank Madeline Newcomb voor haar bijdragen aan de generatie van de figuur. Dit werk werd gefinancierd door de Amerikaanse belastingbetaler via een NIH, Bureau van de directeur, gemeenschappelijk fonds, transformatieve R01 Research Award (subsidie #1R01NS081710-01) en de Defense Advanced Research Projects Agency (contractnummer N66001-15-C-4015 onder auspiciën van Biologie technologie programma officemanager D. Weber).

Dit protocol eerder heeft goedgekeurd en volgt de richtsnoeren van de Cleveland Clinic's menselijke onderzoek ethisch comité.
1. hardware en Software van het NMI
<ol><li>Tot stand brengen van elke individuele deelnemer NMI controle en feedback zodat wanneer ze proberen om uit te voeren van een beweging, ze zien en voelen van een virtuele prothese die beweging te voltooien.<ol>
<li>Een hand kinesthetische percept door de deelnemer NMI genereren en vastleggen van de kinematica van de waargeno...

<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>

Hier wordt een methodologisch kader gepresenteerd om het karakteriseren van de ervaring van Agentschap gevormd terwijl de bedrijfslasten zintuiglijke prothesen via NMIs. In dit verband is agentschap met name relevant als overbrugt het fysieke handeling op de achtergrond cognitieve processen die vorm van perceptie. Door een deelnemer prothese en NMI, we hebben directe toegang tot een aantal belangrijke elementen die het gevoel van het Agentschap vast: intentie, motor output en verkeer sensatie. Van belang is voor...

Zoals robotic prothesen steeds meer geavanceerde worden, zal het belang van relevante sensorische feedback blijven groeien. Sensorische feedback is van invloed op hoe mensen waarnemen, interactie met, en zelfs machines te integreren in hun lichaam schema. Recente NMI technieken kunnen nu prothetische ledematen gebruikers te voorzien van intuïtieve bediening en bereiken sensaties gekoppeld touch1,2,3,4,5,6 , 7 en kinesthesia (beweging sense)8,9 in ontbrekende ledematen. Wanneer deze zintuiglijke informatie wordt gekoppeld aan de visuele informatie verstrekt door te kijken naar de kunstmatig ledematen tijdens operatie, hebben we toegang tot de belangrijkste elementen die het onderscheid van zelf -ten opzichte vande hoogte-andere. Hefboomwerking deze toegang kan helpen prothetische ledematen gebruikers een stap dichter te brengen om een kunstmatige ledematen als een deel van hun lichaam, in plaats van slechts een hulpmiddel.
Lichaams-bewustzijn en het gevoel van wordt belichaamd vloeit voort uit de oprichting van het Agentschap (de ervaring van auteurschap over een limb's acties) en eigendom (het gevoel dat een ledemaat een deel van het lichaam is)10,11. Eigendom is voornamelijk gemedieerd door de integratie van de touch en beeldinformatie12. Agentschap naar voren komt uit de integratie van intentie, verkeer sensatie (kinesthesia), visuele informatie en voorspellende cognitieve modellen11. Tijdens de uitvoering van een vrijwillige actie, wordt Agentschap gevormd wanneer de sensorische gevolgen van dat optreden met de intentie en de voorspellingen van13interne modellen van de vertolker van de vertolker uitlijnen. Agentschap is afzonderlijke en onderscheiden van eigendom. Het concept van ledematen eigendom is vaak bestudeerd in de prothese literatuur14. Een gevoel van ledematen eigendom formulieren in NMI deelnemers bij aanraking feedback ruimtelijk en stoffelijk voorkomend als gemeten via vragenlijsten expliciet of impliciet residuele ledemaat temperatuurveranderingen, of tijdelijke volgorde arresten15 is. Echter hebben minder mogelijkheden bestaan om te verkennen Agentschap in het kader van NMI16. Recent werk met NMI deelnemers heeft aangetoond dat Agentschap doelgericht kan worden bevorderd en staat los van de ervaring van eigendom8.
Agentschap is bijzonder belangrijk in de werking van robotic prothesen, want het is een cognitieve link naar de controle van de kunstmatige ledematen fysieke acties door ervaringen van causaliteit, het gevoel van controle op de kunstmatig ledematen of iets te veroorzaken 17gebeuren. Robotic prothesen zijn geautomatiseerde machines die de gebruiker met samenwerken moet geavanceerde aan taken effectief uitvoeren. Sommige prothetische lidmaten hebben opgenomen autonome functies zoals grip-slip opsporing en correctie; Toch hebben deze systemen beperkte goedkeuring gezien als functionaliteit uitgevoerd buiten de controle van de gebruiker zo frustrerend kan worden bekeken als die nog niet op de juiste manier geïmplementeerd8,18. Dit vormt een fundamentele uitdaging die wordt weerspiegeld in de gehele toepassingen van menselijke samenwerking met autonome machines. Dat wil zeggen, mensen vertrouwen vaak hun eigen acties over die welke voortvloeien uit een samenwerking met computers of machines, en dit vertrouwen beïnvloedt direct kans op een operator's gebruik van de autonome functies19,20. Als mensen vertrouwen we aangeboren onszelf en onze lichamen voor het uitvoeren van de acties die wij van plan; Wanneer dit gebeurt, stellen wij een intrinsieke betekenis van Agentschap. Interessant is dat wordt de vorming van het Agentschap beïnvloed in samenwerkingsmaatregelen mens-computer. Tijdens de coöperatieve taken mens-mens, kan een gemeenschappelijk besef van Agentschap worden gevormd over verkeer21; de literatuur suggereert echter dat gedeelde Agentschap is bezwaard tijdens mens-computer samenwerking22,23. Deze uitdagingen worden weerspiegeld in prothetische Opper-ledemaat gebruik, en de tarieven van de afwijzing van robotic apparaten hoog blijven, met 23-39% van gebruikers stoppen met hun gebruik24. In feite, veel gebruikers van de prothese nog steeds de voorkeur lichaam-aangedreven systemen25. Deze systemen de geautomatiseerde machine verwijderen uit de lus van de controle en meer koppel nauw de gebruiker van de beweging van het lichaam naar de prothese verkeer via de kabels van de draad. Dit versterkt verder het belang van cognitieve integratie in het gebruik van geavanceerde protheses. Wij stellen voor dat NMI systemen een aantal de nodige sensorische en motorische stukken leveren kunnen te helpen bewegen kunstledematen dichter aan de oprichting van een coöperatieve gevoel van Agentschap, en dit zal behulpzaam zijn bij het bevorderen van de aanvaarding en de daadwerkelijke integratie van deze geautomatiseerde machines met hun gebruikers.
Agentschap kan worden gemeten op een aantal manieren. De eenvoudigste maatregelen gebruik psychofysische vragenlijsten of schalen dat expliciet vragen deelnemers aan wie of wat zij schrijven een gebeurtenis17,26,27. Dit is gebaseerd op de bestaande perceptie van een individu van "zelf" door te eisen dat de deelnemers aan de inferentiële vellen van zelfstandige attributie (d.w.z., expliciet beoordelen of "I" of een andere entiteit verantwoordelijk voor een actie of gebeurtenis was). Impliciete maatregelen inzicht geven in de achtergrond cognitieve processen die zich tijdens de motor actie en zintuiglijke evenementen voordoen. Deze weergave van Bureau probeert te meten die niet expliciet is gezien door een individu. Meestal is dit bereikt doordat deelnemers een waargenomen verschil in zelf en extern-gegenereerde acties, bijvoorbeeld met deelnemers verslag de tijdsduur dat die ze waargenomen optreden tussen een gebeurtenis zelf en extern-gegenereerde karakteriseren 17 , 28. tijdens het uitvoeren van de automatisch gegenereerde acties, agentschap impliciet manifesteert als een perceptuele compressie in tijd tussen acties en hun zintuiglijke gevolgen, bekend als opzettelijk bindende28. Als individuen Rapporteer de tijd die zij waargenomen optreden tussen een actie en het resultaat daarvan, overeen een kortere waargenomen tijdsduur met een sterker gevormde gevoel van Agentschap29,30. Interessant, is gebleken dat expliciete en impliciete maatregelen niet direct correleren kunnen zoals ze zijn waarschijnlijk het karakteriseren van verschillende mechanismen van perceptuele17 , die samen het gevoel van het Agentschap op de hoogte. Als zodanig zal tot de oprichting van een vollediger begrip van de formatie van het Agentschap tijdens het gebruik van de prothese waarschijnlijk vereisen experimentele protocollen dienst zowel impliciete als expliciete maatregelen.
Dit werk beschrijft een methodologisch kader dat kan worden gebruikt voor expliciet en impliciet karakteriseren het gevoel van agentschap ontwikkeld over de controle van de NMI van zintuiglijke virtuele of Robotica prothetische handen. Twee technieken voor het meten van Agentschap tijdens het uitvoeren van een sensomotorische object-grijpen taak worden gemarkeerd. Gevestigde psychofysische vragenlijsten zijn te vangen de expliciete ervaring van Bureau, terwijl de schatting van de interval tijd (opzettelijke bindende) worden gebruikt impliciet het meten van het gevoel van agentschap werkzaam.
Het toepassingsgebied van dit protocol is het evalueren van het gevoel van het Agentschap in het kader van een NMI waarmee fysiologisch relevante actieve motorische controle en kinesthetische feedback. Deze technieken zijn gegeneraliseerd tot virtuele of fysieke prothetische NMI-systemen. Er zijn minimale beperkingen op de populaties die kunnen worden aangeworven voor het uitvoeren van dit protocol. Bijvoorbeeld, de mobiliteit van de bovenste ledematen van de deelnemer bilateraal kan niet worden beïnvloed (zij moeten een gezonde ledematen), en zij moeten beschikken over het cognitieve vermogen te vellen op basis van tijd en articuleren ervaren sensaties.

<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

Dit werk beschrijft een methodologisch kader dat kan worden gebruikt voor expliciet en impliciet karakteriseren het gevoel van agentschap ontwikkeld over de controle van de neurale / machine-interface (NMI) van zintuiglijke virtuele of Robotica prothetische handen. De vorming van het Agentschap is van fundamenteel belang onderscheid te maken van de acties die we met onze ledematen als onze eigen uitvoeren. Door te streven naar het integreren van geavanceerde Opper-ledemaat prothesen in deze dezelfde perceptuele mechanismen, kunnen we beginnen met het integreren van een kunstmatige ledematen nauwer in van de gebruiker bestaande cognitieve kader voor de controle van de ledematen. Dit heeft belangrijke implicaties biij gebruikersacceptatie, gebruik, en effectieve controle van geavanceerde Opper-ledemaat protheses. In dit protocol, deelnemers bepalen een virtuele nephand en kinesthetische sensorische feedback via hun bestaande NMIs te ontvangen. Een reeks virtuele grijpen taken worden uitgevoerd en verstoringen zijn systematisch ingevoerd om de kinesthetische feedback en virtuele handbewegingen. Twee afzonderlijke maatregelen van agentschap werkzaam zijn: gevestigde psychofysische vragenlijsten voor het vastleggen (de expliciete ervaring van Bureau) en een tijdsinterval schatten taak om vast te leggen van de impliciete betekenis van het Agentschap (opzettelijke bindende). Resultaten van dit protocol (vragenlijst scores en tijdsinterval schat) kan worden geanalyseerd om te kwantificeren van de omvang van de formatie van het Agentschap.

Het experimentele protocol werd uitgevoerd met drie geamputeerde deelnemers die een zintuiglijke virtuele prothese via hun NMI8 (Figuur 1). De setup gebruikt een deelnemer-controleerbaar virtuele hand voorgeprogrammeerde kinematische profielen met behulp van de MuJoCo HAPTIX natuurkunde motor31doorlopen. De virtuele hand werd getoond op een horizontale monitor voor de deelnemers aan een locatie ruimteli...

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 van de betekenis van het Agentschap over de acties van neurale-machine Interface bediende protheses

Hier presenteren we een protocol dat de zin van agentschap ontwikkeld over de controle van zintuiglijke virtuele of Robotica prothetische handen kenmerkt. Psychofysisch vragenlijsten worden gebruikt om vast te leggen van de expliciete ervaring van Agentschap en schatting van de interval tijd (opzettelijke bindende) worden gebruikt impliciet het meten van het gevoel van het Agentschap.

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

Echte ledemaat vervanging vereist vervaging van de cognitieve perceptuele lijnen tussen zelf en machine. Agentschap is de cruciale brug naar het waarnemen van de acties van een kunstmatige ledemaat zoals gegenereerd door zelf en opzettelijk. Deze techniek geeft unieke inzichten in de effectiviteit van de cognitieve perceptuele communicatie tussen de menselijke gebruiker en de machine.Deze methode kan zich uitstrekken tot elk onderzoek van de effecten van feedback op het agentschap, zoals met myoelectrische of lichaam aangedreven prothesen, corticale stimulatie, beroerte, of zelfs handtransplantaties. Het aantonen van deze procedure is Dylan Beckler en Zachary Thumser, onderzoeksingenieurs in ons laboratorium. Begeleid de deelnemer naar de testruimte en laat ze voor een monitor zitten.Begin met het genereren van een hand kinesthetische percept door de deelnemers neurale machine-interface, of NMI, en leg de kinematica van de waargenomen beweging door het hebben van de deelnemer laten aantonen wat ze voelen met behulp van hun intacte hand. Gebruik een virtuele hand- of prothesesimulatie om de kinematica van de bewegingspercept te reproduceren. Stel vervolgens hardware in om de opzettelijke handbewegingscontrolesignalen van het NMI van de deelnemer vast te leggen.Breng dit controlesignaal in kaart aan de activiteit van de virtuele prothese. Maak vervolgens een master control programma dat de verwerving van het NMI-controlesignaal, de beweging van de virtuele prothese en het genereren van kinesthetische NMI-feedback in realtime coördineert. Geef de virtuele prothese op de monitor weer en pas de grootte en locatie aan, zodat deze congruently wordt geplaatst met de locatie van hun ontbrekende ledemaat.Geef vervolgens objecten, zoals zwevende ballen, weer in de virtuele omgeving om stoppunten te onderhouden voor de nauwe en open posities van de hand. Tot slot configureer je het masterbesturingselementprogramma zodat wanneer de virtuele cijfers contact maken met de virtuele stoppunten, een auditieve toon wordt afgespeeld na een aanpasbare vertraging. Voordat u met het experiment begint, bouwt u een invoerbestand voor het hoofdbesturingselementprogramma dat de instellingen voor elke proefversie aangeeft, evenals de besturing en experimentele omstandigheden.Programma aanvullende voorwaarden ontworpen om ontleden van de bijdragen aan het agentschap van de motorische intentie, kinesthetische sensatie, en tijdelijke mismatch met de weergegeven kinematica van de virtuele prothese. Denk bijvoorbeeld aan het gebruik van de volgende vijf voorwaarden, tegenovergestelde beweging, te snel, te traag, beginvertraging en geen feedback. Als u elke proef wilt starten, drukt u op de startknop van het mastercontroleprogramma, waarmee de virtuele hand naar de startpositie wordt verplaatst en het begin van de proef wordt aangegeven.Laat de deelnemer in de eerste oefensessie de hand naar het bewegingseindpunt rijden en speel de gehoortoon 1,000 milliseconden nadat de virtuele cijfers het virtuele stoppunt voor 10 proeven hebben bereikt. In de tweede oefensessie, opnieuw hebben de deelnemer rijden de hand naar de beweging eindpunt. Randomiseer de auditieve tonen zodat de vertragingsintervallen van 300, 500 en 700 milliseconden ten minste vijf keer per stuk worden gepresenteerd.Noteert de deelnemers mondeling gerapporteerde schatting van de vertragingsinterval. Ga ten slotte verder met de experimentele sets van 15 proeven voor elke aandoening. Presenteer de voorwaarden in een gerandomiseerde volgorde en beheer een vragenlijst aan het einde van elke voorwaarde.Hier geven de resultaten de gemiddelde score voor de vier bureauvragen aan, evenals vier controlevragen voor elke deelnemer en door elke feedbackvoorwaarde. Een gemiddelde rating groter dan één geeft een overeenkomst met een bepaalde verklaring aan en nul geeft neutraliteit van overeenstemming aan. Verschillen tussen de werkelijke en waargenomen tijdsintervallen werden vervolgens gemiddeld over de drie deelnemers, en worden gepresenteerd ten opzichte van de baseline feedback voorwaarde.Grotere negatieve verschillen zijn een indicatie van een sterker impliciet gevoel van keuzevrijheid, zoals met de te snelle conditie. Verder tonen deze resultaten een vergelijking van expliciete en impliciete agentschapsmaatregelen. De te snelle voorwaarde toonde de sterkste vorming van agentschap aan, zowel expliciet als impliciet.Kleine wijzigingen kunnen onze technieken uitbreiden om extra sensormodaliteiten te bestuderen, zoals aanraking, en hoe ze agentschap effect. Ook het toevoegen van ledemaat eigendom metingen kunnen ons helpen begrijpen van de onderlinge relaties tussen agentschap en belichaming. Deze techniek maakte verkenning van de rol van perceptuele beweging feedback in een neurale machine-interface op het intrinsieke mechanisme dat de hersenen gebruikt om auteurschap vast te stellen over de beoogde bewegingen vast te stellen.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Stereotactische injectie van MicroRNA expressie Lentivirussen om de muis Hippocampus CA1 regio en Evaluatie van 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

Uitgebreide analyse van de transcriptie van Brain Dynamics Monsters Na 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

Het gebruik van de Puzzle Box als een manier om te beoordelen van de werkzaamheid van Environmental Enrichment

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

Kwantificeren Learning bij jonge kinderen: Tracking Been Acties Tijdens een Discovery-leertaak

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

Een Test van de geïnstrumenteerde Pull te karakteriseren posturale reacties

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

De samenhang van de korte verhalen van ouders over hun kind beoordelen aan de hand van de vijf minuten durende spraak voorbeeld 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

Het onderzoeken van veranderingen in HRV en emotie na Artmaking met drie verschillende kunst materialen

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

Beoordeling van Midline Lingual Point-Pressure Somatosensation Met Von Frey Hair Monofilaments

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

Evaluatie van de cognitieve prestaties van hypertensieve patiënten met stille cerebrovasculaire laesies

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

Een gestandaardiseerde methode voor de meting van elbow kinesthesie

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