Name: characterization of the sense of agency over the actions of neural-machine interface-operated prostheses
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
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Les auteurs tiens à remercier Madeline Newcomb pour sa contribution à la génération de la figure. Ce travail a été financé par les contribuables américains à travers un NIH, bureau du directeur, fonds commun, transformatrices R01 Research Award (subvention No 1R01NS081710-01) et la Defense Advanced Research Projects Agency (numéro de contrat N66001-15-C-4015 sous les auspices de Biologie technologie programme chef de bureau D. Weber).

Ce protocole a été déjà approuvé et conforme aux lignes directrices du comité de déontologie de la recherche humaine de la clinique de Cleveland.
1. matériels et logiciels de l’INM
<ol><li>Définir chaque participant individuel contrôle NMI et rétroaction afin que lorsqu’ils tentent d’effectuer un mouvement, ils voient et qu’ils sentent une prothèse virtuelle terminer ce mouvement.<ol>
<li>Générer un percept kinesthésique de main par le biais NMI du participant et captu...

<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>

Ici, un cadre méthodologique est présenté afin de caractériser l’expérience de l’agence formé lors de l’utilisation des prothèses sensorielles via INM. Dans ce contexte, l’Agence est particulièrement pertinent car il comble des mesures physiques pour les processus cognitifs de fond qui façonnent la perception. Grâce à d’un participant prothèse et NMI, nous avons un accès direct à un certain nombre d’éléments clés à établir le sens de l’Agence : intention, puissance moteur et sen...

Comme les prothèses robotiques deviennent de plus en plus avancées, l’importance de la rétroaction sensorielle pertinente va continuer à croître. La rétroaction sensorielle influe sur les humains perçoivent, interagissent avec et même intègrent les machines dans leur schéma de corps. Les techniques récentes de NMI peuvent maintenant fournir membre utilisateurs contrôle intuitif et atteindre des sensations associées à touchent1,2,3,4,5,6 , 7 et kinesthésie (détection de mouvement)8,9 membres manquants. Lorsque cette information sensorielle est jumelée avec l’information visuelle fournie en regardant le membre artificiel au cours de l’opération, nous avons accès à des éléments clés qui informent la distinction d’auto -versus-autres. S’appuyant sur cet accès peut aider à mettre les utilisateurs de membre un pas de plus à une prothèse de fonctionnement dans le cadre de leur corps, plutôt qu’un simple outil.
Conscience du corps et le sentiment d’être incarné résulte de la mise en place de l’Agence (l’expérience de l’auteur sur les actions d’un membre) et de la propriété (le sentiment qu’une branche est une partie du corps)10,11. Propriété est véhiculée principalement par le biais de l’intégration du toucher et de l’information visuelle12. Agence se dégage de l’intégration de l’intention, sensation de mouvement (kinesthésie), des informations visuelles et les modèles cognitifs prédictive11. Pendant l’exécution d’une action volontaire, l’Agence se forme lorsque les conséquences sensorielles de ladite action alignent avec l’intention de l’artiste et les prédictions de modèles internes13 de l’interprète. L’Agence est indépendante et distincte de la propriété. Le concept de propriété de membre a été étudié fréquemment dans la littérature de prothèse14. Un sens des formes de propriété limb chez les participants NMI quand rétroaction tactile est spatialement et temporellement appropriée, comme ordre mesurée explicitement par le biais de questionnaires ou implicitement des changements de température du moignon ou temporelle jugements15. Toutefois, moins d’opportunités existent pour explorer l’Agence dans le cadre du NMI16. Des travaux récents avec des participants de NMI a démontré que l’agence peut être promue de façon ponctuelle et est séparée de l’expérience de propriété8.
L’Agence est particulièrement significatif dans le fonctionnement des prothèses robotiques car c’est un lien cognitif au contrôle des actions physiques de la prothèse à travers des expériences de la causalité, le sentiment de contrôler la prothèse ou la provocation quelque chose à arriver à17. Prothèses robotiques sont avancées des machines informatisées que l’utilisateur doit coopérer avec pour réaliser efficacement des tâches. Certaines prothèses ont intégré des fonctions autonomes, telles que la poignée antidérapante détection et de correction ; Pourtant, ces systèmes ont vu adoption limitée comme fonctionnalité en cours d’exécution en dehors du contrôle de l’utilisateur peut être considérée aussi frustrante si non mise en œuvre adéquate de8,18. Cela représente un défi fondamental qui trouve un écho dans l’ensemble des applications de la coopération humaine avec les machines autonomes. Autrement dit, les humains souvent confiance à leurs propres actions sur ceux qui résultent d’une collaboration avec ordinateurs physiques ou et cette confiance influence directement la probabilité de l’opérateur d’utiliser les fonctions autonomes19,20. En tant qu’humains, nous espérons naturellement nous-mêmes et nos corps pour exécuter les actions que nous avons l’intention ; Lorsque cela est réalisé, nous établissons un sens intrinsèque de l’Agence. Fait intéressant, la formation de l’Agence est affectée à des actions de coopération homme-machine. Au cours de tâches coopératives humain, un sens partagé de l’Agence peuvent être formé au cours du mouvement21; Pourtant, la littérature suggère que l’Office partagé est grevé au cours de la coopération homme-machine22,23. Ces défis sont reflétées dans les prothèses du membre supérieur utilisation et les taux de rejet des dispositifs robotiques restent élevés, avec 23 % - 39 % d’utilisateurs cesser leur utilisation24. En fait, de nombreux utilisateurs de prothèse préfèrent encore systèmes corps25. Ces systèmes d’éliminer la machine informatisée de la boucle de régulation et plus intimement couple mouvement du corps de l’utilisateur aux prothèse mouvement via câbles. Cela renforce l’importance de l’intégration cognitive dans l’utilisation des prothèses avancés. Nous suggérons de NMI systèmes peuvent offrir un certain nombre des pièces sensorielles et motrice nécessaires pour aider à déplacer les membres artificiels plus proche pour établir un sens coopératif de l’agence, et cela jouera un rôle important dans la promotion de l’acceptation et l’intégration réelle de ces machines informatisées avec leurs utilisateurs.
L’agence peut être mesurée dans un certain nombre de façons. Les mesures les plus simples utilisent des questionnaires psychologiques ou échelles qu’explicitement demandent aux participants à qui ou à quoi ils attribuent un événement17,26,27. Cela dépend de la perception actuelle de l’individu de « soi » en demandant aux participants de porter des jugements inférentielles de l’attribution (c.-à-d., explicitement de juger si « I » ou une autre entité était responsable d’une action ou un événement). Les mesures implicites donnent un aperçu de l’arrière-plan des processus cognitifs qui se produisent pendant l’action moteur et sensoriels événements. Ce point de vue de l’Agence tente de mesurer ce qui n’est pas explicitement perçue par un individu. En général, ceci est réalisé en ayant les participants à caractériser une différence perçue en soi et extérieurement-généré par des actions, par exemple les participants signaler la durée de temps, qu'ils semblent pour se produire entre un individu et extérieurement-événement généré 17 , 28. dans l’exercice des actions autoproduites, agence implicitement se manifeste par une compression perceptuelle dans le temps entre les actions et leurs conséquences sensorielles, appelées liaison intentionnelle28. Lorsque les individus signalera le temps qu'ils ont percevaient entre une action et son résultat, une plus courte durée perçue correspond à un sentiment plus fortement formé d’agence29,30. Fait intéressant, il a été démontré que des mesures explicites et implicites peuvent corréler pas directement car ils sont sans doute caractériser différents mécanismes perceptifs17 qui informent ensemble le sens de l’Agence. À ce titre, établissant une compréhension plus globale de formation de l’Agence lors de l’utilisation de prothèses nécessitera probablement des protocoles expérimentaux utilisant des mesures explicites et implicites.
Cet ouvrage décrit un cadre méthodologique qui peut être utilisé pour explicitement et implicitement caractériser le sens de l’agence mis au point le contrôle de NMI de sensorielles mains prothétiques virtuels ou robotiques. Deux techniques pour mesurer l’agence pendant l’exécution d’une tâche d’objet-préhension sensorimoteur sont mises en évidence. Questionnaires psychologiques établis sont utilisés pour rendre l’expérience explicite de l’agence, alors que les estimations d’intervalle de temps (liaison intentionnelle) sont employées pour mesurer implicitement le sens de l’Agence.
Le champ d’application du présent protocole est d’évaluer le sens de l’Agence dans le cadre d’un NMI assurant la motricité active physiologiquement pertinente et rétroaction kinesthésique. Ces techniques peuvent être généralisées aux systèmes de NMI prothétiques virtuels ou physiques. Il y a des restrictions minimales sur les populations qui peuvent être recrutées pour effectuer ce protocole. Par exemple, la mobilité des membres supérieurs du participant ne peut être affectée de façon bilatérale (ils doivent avoir une branche saine), et ils doivent posséder la capacité cognitive de porter des jugements basés sur le temps et d’articuler des sensations expérimentées.

<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

Cet ouvrage décrit un cadre méthodologique qui peut être utilisé pour explicitement et implicitement caractériser le sens de l’agence mis au point sur le contrôle neural-machine interface (NMI) de sensorielles mains prothétiques virtuels ou robotiques. La formation de l’Agence est fondamentale pour distinguer les actions que nous effectuons avec nos membres comme étant notre propre. En s’efforçant d’intégrer les avancées des prothèses du membre supérieur dans ces mêmes mécanismes perceptifs, nous pouvons commencer à intégrer plus étroitement une prothèse cadre cognitif actuel de l’utilisateur pour le contrôle de la branche. Ceci a des implications importantes pour promouvoir l’acceptation par l’utilisateur, l’utilisation et un contrôle efficace des avancées prothèses du membre supérieur. Dans ce protocole, participants contrôlent une main prothétique virtuelle et rétroaction sensorielle kinesthésique à travers leurs INM préexistants. Exécute une série de tâches de préhension virtuels et perturbations sont systématiquement introduites dans les réactions kinesthésique et les mouvements de main virtuelle. Deux mesures distinctes d’agence sont employés : mis en place des questionnaires psychophysiques (pour capturer l’expérience explicite de l’Agence) et un intervalle de temps estiment tâche pour capturer le sens implicit de l’Agence (liaison intentionnelle). Résultats du présent protocole (scores du questionnaire et l’intervalle de temps estime) peuvent être analysées afin de quantifier le degré de formation de l’Agence.

Le protocole expérimental a été réalisé avec trois participants amputé d’une prothèse virtuel sensorielles via leur NMI8 (Figure 1). La configuration utilisée une main virtuelle contrôlable par participant, se déplaçant à travers des profils cinématiques préprogrammées à l’aide de la MuJoCo HAPTIX de moteur physique31. La main virtuelle était affichée sur un écran horizontal devan...

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

Caractérisation du sens de l’Agence sur les Actions de Neural-machine Interface commande prothèses

Nous présentons ici un protocole qui caractérise le sens de l’agence mis au point pour le contrôle de sensorielles mains prothétiques virtuels ou robotiques. Psychophysiques questionnaires sont utilisés pour rendre l’expérience explicite de l’agence, et estimations d’intervalle de temps (liaison intentionnelle) sont employées pour mesurer implicitement le sens de l’Agence.

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

Le remplacement vrai de membre exige brouiller les lignes perceptuelles cognitives entre soi et la machine. L’Agence est le pont crucial pour percevoir les actions d’un membre artificiel générées par soi-même et intentionnellement. Cette technique fournit un aperçu unique de l’efficacité de la communication cognitive perceptuelle entre l’utilisateur humain et la machine.Cette méthode pourrait s’étendre à n’importe quel examen des effets de la rétroaction sur l’agence, comme avec les prothèses myoélectriques ou corporelles, la stimulation corticale, l’AVC, ou même les greffes de main. Dylan Beckler et Zachary Thumser, ingénieurs de recherche de notre laboratoire, démontrent cette procédure. Escortez le participant dans la salle d’essai et asseyez-le devant un moniteur.Commencez par générer un percepteur kinesthésique de la main à travers l’interface de la machine neuronale des participants, ou NMI, et capturez la cinématique du mouvement perçu en demandant au participant de démontrer ce qu’il ressent en utilisant sa main intacte. Utilisez une simulation virtuelle de la main ou de la prothèse pour reproduire la cinématique du percepteur de mouvement. Ensuite, configurez du matériel pour capturer les signaux intentionnels de contrôle du mouvement de la main à partir de l’IMC du participant.Cartographiez ce signal de contrôle à l’activité de la prothèse virtuelle. Ensuite, créez un programme de contrôle maître qui coordonne l’acquisition du signal de contrôle NMI, le mouvement de la prothèse virtuelle, et de la génération de rétroaction kinesthésique NMI en temps réel. Affichez la prothèse virtuelle sur le moniteur et ajustez sa taille et son emplacement afin qu’elle soit positionnée en accord avec l’emplacement de leur membre manquant.Ensuite, rendre des objets, tels que des boules flottantes, dans l’environnement virtuel pour servir des points d’arrêt pour les positions étroites et ouvertes de la main. Enfin, configurez le programme de contrôle maître de sorte que lorsque les chiffres virtuels contactent les points d’arrêt virtuels, une tonalité auditive est jouée après un délai réglable. Avant de commencer l’expérience, créez un fichier d’entrée pour le programme de contrôle principal qui spécifie les paramètres de chaque essai, ainsi que les conditions de contrôle et expérimentales.Programmez des conditions supplémentaires conçues pour analyser les contributions à l’agencement de l’intention motrice, de la sensation kinesthésique et de l’inadéquation temporelle avec la cinématique affichée de la prothèse virtuelle. Par exemple, envisagez d’utiliser les cinq conditions suivantes, le mouvement opposé, trop rapide, trop lent, le retard d’apparition, et pas de rétroaction. Pour lancer chaque essai, appuyez sur le bouton de démarrage du programme de contrôle principal, qui déplace la main virtuelle vers la position de départ, signalant le début de l’essai.Lors de la première séance d’entraînement, faites en conduire la main au point d’extrémité du mouvement et jouez le ton auditif 1000 millisecondes après que les chiffres virtuels atteignent le point d’arrêt virtuel pendant 10 essais. Lors de la deuxième séance d’essais, que le participant conduise à nouveau la main jusqu’au point final du mouvement. Randomisez les tons auditifs de sorte que les intervalles de retard de 300, 500 et 700 millisecondes soient présentés au moins cinq fois chacun.Enregistrez les participants verbalement rapporté l’estimation de l’intervalle de délai. Enfin, procédez aux séries expérimentales de 15 essais pour chaque condition. Présenter les conditions dans un ordre randomisé, et administrer un questionnaire à la fin de chaque condition.Ici, les résultats indiquent la note moyenne pour les quatre questions de l’agence, ainsi que quatre questions de contrôle pour chaque participant, et par chaque condition de rétroaction. Une note moyenne supérieure à une note indique un accord avec une déclaration donnée, et zéro indique la neutralité de l’accord. Les différences entre les intervalles de temps réels et perçus ont ensuite été moyennes entre les trois participants et sont présentées par rapport à l’état de rétroaction de base.De plus grandes différences négatives sont une indication d’un sens implicite plus fort de l’agence, comme avec l’état trop rapide. De plus, ces résultats montrent une comparaison des mesures explicites et implicites de l’organisme. La condition trop rapide a démontré la formation la plus forte de l’agence, explicitement et implicitement.Des modifications mineures pourraient étendre nos techniques pour étudier les modalités supplémentaires des capteurs, telles que le toucher, et la façon dont elles ont un effet d’agence. En outre, l’ajout de mesures de propriété des membres pourrait nous aider à comprendre les relations entre l’agence et l’incarnation. Cette technique a permis d’explorer le rôle de la rétroaction du mouvement perceptuel dans une interface de machine neuronale sur le mécanisme intrinsèque que le cerveau utilise pour établir la paternité sur les mouvements prévus.

Research

JoVE Journal

Behavior

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