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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Gli autori vorrei ringraziare Madeline Newcomb per il suo contributo alla generazione di figura. Questo lavoro è stato finanziato dai contribuenti US attraverso un NIH, ufficio del direttore, fondo comune, trasformativo R01 Research Award (grant n. 1R01NS081710-01) e la Defense Advanced Research Projects Agency (contratto numero N66001-15-C-4015 sotto l'egida di Programma di biologia Technology Office manager D. Weber).

Questo protocollo è stato approvato in precedenza e segue le linee guida del Comitato di etica di ricerca umana della Cleveland Clinic.
1. hardware e Software di NMI
<ol><li>Stabilire ogni singolo partecipante NMI controllo e feedback in modo che quando si tenta di eseguire un movimento, vedono e sentono una protesi virtuale di completare quel movimento.<ol>
<li>Generare una percezione cinestetica mano attraverso NMI del partecipante e catturare la cinematica del movimento percepito avendo ...

<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>

Qui è presentato un quadro metodologico per caratterizzare l'esperienza dell'Agenzia formata durante il funzionamento sensate protesi via NMIs. In questo contesto, Agenzia è particolarmente rilevante, come si colma di azione fisica per i processi in background conoscitivo che modellano la percezione. Attraverso un partecipante protesi e NMI, abbiamo accesso diretto a una serie di elementi chiave che stabiliscono il senso dell'Agenzia: intento, potenza del motore e la sensazione di movimento. Di importanza al c...

Come protesi robotiche diventano sempre più avanzate, l'importanza del feedback sensoriali pertinenti continuerà a crescere. Feedback sensoriale influisce su come gli esseri umani percepiscono, interagiscono e anche integrano macchine nel loro schema corporeo. Recenti tecniche di NMI possono ora fornire agli utenti la protesi con controllo intuitivo e raggiungere sensazioni associate toccare1,2,3,4,5,6 , 7 e cinestesi (senso di movimento)8,9 in arti mancanti. Quando questa informazione sensoriale è accoppiata con le informazioni visive fornite da guardare l'arto artificiale durante il funzionamento, abbiamo accesso a elementi chiave che informano la distinzione di self -versus-altri. Sfruttando questo accesso può aiutare a portare la protesi utenti un passo più vicino a un arto artificiale di funzionamento come parte del loro corpo, piuttosto che solo uno strumento.
Consapevolezza del proprio corpo e il senso di essere incarnata nasce dall'istituzione dell'Agenzia (l'esperienza della paternità sulle azioni di un arto) e proprietà (la sensazione che un arto è una parte del corpo)10,11. Proprietà è mediata principalmente attraverso l'integrazione di tocco e informazioni visive12. Agenzia emerge dall'integrazione di intenti, la sensazione di movimento (cinestesi), informazioni visive e modelli cognitivi predittivi11. Durante l'esecuzione di un'azione volontaria, l'Agenzia è formata quando le conseguenze sensoriali di quell'azione si allineano con intenti e le previsioni da modelli interni13 dell'esecutoredell'esecutore. Agenzia è separato e distinto dalla proprietà. Il concetto di proprietà del membro è stato studiato frequentemente in protesi letteratura14. Un senso di forme di proprietà del membro in partecipanti NMI quando feedback tocco è spazialmente e temporalmente appropriato, come misurato in modo esplicito tramite questionari o in modo implicito attraverso i cambiamenti nella temperatura del moncone, o temporale ordine sentenze15. Tuttavia, meno opportunità hanno esistito per esplorare Agenzia nel contesto di NMI16. Lavoro recente con partecipanti di NMI ha dimostrato quello Agenzia può essere promosso espressamente ed è separata dall'esperienza della proprietà8.
Agenzia è particolarmente significativo nel funzionamento della protesi robotiche in quanto è un link conoscitivo al controllo delle azioni fisiche di arto artificiale attraverso esperienze di causalità, la sensazione di controllare l'arto artificiale o qualcosa per la causa accadere17. Protesi robotiche sono avanzate macchine computerizzate che l'utente deve cooperare con a completare in modo efficace le attività. Alcune membra prostetiche è integrate funzioni autonome, quali il grip antiscivolo rilevamento e correzione; Eppure questi sistemi hanno visto adozione limitata come funzionalità in esecuzione all'esterno il controllo dell'utente possono essere visualizzati come frustrante se non adeguatamente implementato8,18. Questo rappresenta una sfida fondamentale che fa eco in applicazioni di cooperazione umana con macchine autonome. Cioè, gli esseri umani spesso fiducia delle proprie azioni rispetto a quelli derivanti da una collaborazione con computer o macchine, e questa fiducia direttamente influenza la probabilità di un operatore di utilizzare le funzioni autonome19,20. Come esseri umani, ci fidiamo congenitalmente noi stessi e il nostro corpo per eseguire le azioni che intendiamo; Quando questo avviene, stabiliamo un senso intrinseco dell'Agenzia. È interessante notare che, la formazione dell'Agenzia è influenzata in azioni di cooperazione uomo-computer. Durante le attività cooperativa di umani, un sentimento comune dell'Agenzia può essere costituito sopra movimento21; Eppure, la letteratura suggerisce quello Agenzia condivisa è gravato durante la collaborazione uomo-computer22,23. Queste sfide si riflettono nella protesica superiore-membro uso, e i tassi di rifiuto di dispositivi robotici rimangono elevati, con 23% - 39% degli utenti interrompendo il loro uso24. In realtà, molti utenti di protesi ancora preferiscono sistemi alimentati a corpo25. Questi sistemi rimuovono la macchina computerizzata dal ciclo di controllo e più intimamente coppia movimento del corpo dell'utente per il protesi movimento tramite cavi. Questo rafforza ulteriormente l'importanza dell'integrazione cognitiva nell'uso di avanzati dispositivi protesici. Suggeriamo che NMI sistemi in grado di fornire un numero dei pezzi sensoriali e motori necessari per aiutare spostare gli arti artificiali più vicino a stabilire un senso cooperativo dell'Agenzia, e questo sarà determinante nel promuovere l'accettazione e la reale integrazione di questi macchine computerizzate con i propri utenti.
Agenzia può essere misurata in un certo numero di modi. Le misure più semplice utilizzano questionari psico-fisico o scale che in modo esplicito chiedere ai partecipanti di chi o che cosa essi attribuiscono un evento17,26,27. Questo si basa sulla percezione esistente di un individuo di "self" di richiedere ai partecipanti di fare sentenze inferenziale della auto-attribuzione (vale a dire, di giudicare in modo esplicito se "I" o un'altra entità era responsabile di un'azione o un evento). Le misure implicite forniscono la comprensione nei precedenti processi cognitivi che si verificano durante l'azione motoria e sensoriali eventi. Questo punto di vista dell'Agenzia tenta di misurare ciò che non viene percepito in modo esplicito da un individuo. In genere questo è possibile grazie ai partecipanti caratterizzano una differenza percepita in sé ed esternamente-generato azioni, per esempio avendo i partecipanti segnalano la durata di tempo che hanno percepito a verificarsi tra un auto ed esternamente evento generato 17 , 28. durante l'esecuzione di azioni auto-generate, Agenzia implicitamente si manifesta come una compressione percettiva nel tempo tra le azioni e le loro conseguenze sensoriali, noti come intenzionale associazione28. Quando gli individui segnalare il tempo che hanno percepito si verificano tra un'azione e il suo esito, una minore durata percepita di tempo corrisponde a un senso più fortemente formato di agenzia29,30. Interessante, è stato dimostrato che misure esplicite e implicite non possono correlare direttamente come essi sono probabilmente che caratterizzano diversi meccanismi percettivi17 che informare insieme il senso dell'Agenzia. Come tale, che istituisce una comprensione più completa della formazione agenzia durante l'uso di protesi richiederà probabilmente protocolli sperimentali impiegando misure sia esplicite che implicite.
Questo lavoro descrive un quadro metodologico che può essere utilizzato per esplicitamente e implicitamente caratterizza il senso dell'Agenzia sviluppato sopra il controllo di NMI di sensate virtuale o robot protesi di mano. Sono evidenziati due tecniche per misurare agenzia durante l'esecuzione di un compito di afferrare oggetti sensorimotorio. Stabiliti questionari psico-fisico sono impiegati per catturare l'esperienza esplicita dell'Agenzia, mentre le stime di intervallo di tempo (associazione intenzionale) sono impiegate per misurare in modo implicito il senso dell'Agenzia.
L'ambito di questo protocollo è quello di valutare il senso dell'Agenzia nel contesto di un NMI che fornisce controllo motore attivo fisiologicamente rilevante e feedback cinestetico. Queste tecniche sono generalizzabili per sistemi protesici di NMI virtuali o fisici. Non ci sono restrizioni minime sulle popolazioni che possono essere reclutate per eseguire questo protocollo. Per esempio, la mobilità degli arti superiori del partecipante non può essere influenzata bilateralmente (devono avere un arto sano), e devono possedere la capacità cognitiva di esprimere giudizi basati sul tempo e articolare con esperienza sensazioni.

<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

Questo lavoro descrive un quadro metodologico che può essere utilizzato per esplicitamente e implicitamente caratterizza il senso dell'Agenzia ha sviluppato per il controllo di interfaccia neurale-macchina (NMI) della protesi virtuale o robotizzato sensate di mano. La formazione dell'Agenzia è fondamentale nel distinguere le azioni che realizziamo con le nostre membra come essendo nostro. Sforzandosi di incorporare avanzate protesi di arto superiore in questi stessi meccanismi percettivi, possiamo cominciare a integrare un arto artificiale più strettamente nel quadro conoscitivo esistente dell'utente per il controllo degli arti. Questo ha implicazioni importanti nel promuovere l'accettazione dell'utente, uso e controllo efficace delle protesi di arto superiore avanzati. In questo protocollo, i partecipanti controllano una protesi di mano virtuale e ricevere feedback cinestetico sensoriale attraverso loro NMIs preesistenti. Una serie di attività di afferramento virtuali vengono eseguite e perturbazioni sono sistematicamente introdotte per il feedback cinestetico e movimenti della mano virtuale. Sono impiegati due misure separate dell'Agenzia: stabilito questionari psico-fisico (per catturare l'esperienza esplicita dell'Agenzia) e un intervallo di tempo stimare il compito di catturare il senso implicito di agenzia (associazione intenzionale). Risultati di questo protocollo (questionario punteggi e intervallo di tempo stime) possono essere analizzati per misurare il limite di formazione Agenzia.

Il protocollo sperimentale è stato effettuato con tre partecipanti amputato di funzionamento un sensate protesi virtuale tramite loro NMI8 (Figura 1). Il programma di installazione utilizzato una mano virtuale partecipante-controllabile in movimento attraverso i profili cinematici preprogrammati utilizzando il motore di fisica MuJoCo HAPTIX31. La mano virtuale è stata visualizzata su un monitor orizzo...

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

Caratterizzazione del senso dell'Agenzia sulle azioni della protesi operati interfaccia neurale-macchina

Qui presentiamo un protocollo che caratterizza il senso dell'Agenzia ha sviluppato per il controllo delle protesi virtuale o robotizzato sensate di mano. Questionari psico-fisico sono impiegati per catturare l'esperienza esplicita dell'Agenzia, e le stime di intervallo di tempo (associazione intenzionale) sono impiegate per misurare in modo implicito il senso dell'Agenzia.

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

La vera sostituzione degli arti richiede la sfocatura delle linee cognitive percettivo tra sé e la macchina. L'Agenzia è il ponte cruciale per percepire le azioni di un arto artificiale generate da sé e intenzionalmente. Questa tecnica fornisce approfondimenti unici sull'efficacia della comunicazione cognitiva percettiva tra l'utente umano e la macchina.Questo metodo potrebbe estendersi a qualsiasi esame degli effetti del feedback sull'agenzia, come con protesi mioelettriche o alimentate dal corpo, stimolazione corticale, ictus o persino trapianti di mano. A dimostrare questa procedura sono Dylan Beckler e Zachary Thumser, ingegneri di ricerca nel nostro laboratorio. Accompagna il partecipante nella sala prove e farli sedere davanti a un monitor.Inizia generando un percettore cinestetico a mano attraverso l'interfaccia della macchina neurale dei partecipanti, o NMI, e cattura la cinematica del movimento percepito facendo in modo che il partecipante dimostri ciò che sente usando la mano intatta. Utilizzare una simulazione virtuale della mano o della protesi per riprodurre la cinematica del percettore di movimento. Quindi, configura l'hardware per catturare i segnali intenzionali di controllo del movimento della mano dalla NMI del partecipante.Mappare questo segnale di controllo all'attività della protesi virtuale. Quindi, creare un programma di controllo master che coordina l'acquisizione del segnale di controllo NMI, il movimento della protesi virtuale e della generazione di feedback NMI cinestetico in tempo reale. Visualizzare la protesi virtuale sul monitor e regolarne le dimensioni e la posizione in modo che sia posizionata congruenza con la posizione dell'arto mancante.Quindi, eseguire il rendering degli oggetti, ad esempio le sfere mobili, nell'ambiente virtuale per eseguire il servizio dei punti di arresto per le posizioni vicine e aperte della mano. Infine, configura il programma di controllo master in modo che quando le cifre virtuali contattano i punti di arresto virtuali, viene riprodotto un tono uditivo dopo un ritardo di tempo regolabile. Prima di iniziare l'esperimento, creare un file di input per il programma di controllo master che specifichi le impostazioni per ogni versione di valutazione, nonché le condizioni di controllo e sperimentali.Programma condizioni aggiuntive progettate per analizzare i contributi all'agenzia di intenti motori, sensazione cinestetica e disallineamento temporale con la cinematica visualizzata della protesi virtuale. Ad esempio, prendi in considerazione l'utilizzo delle seguenti cinque condizioni, movimento opposto, troppo veloce, troppo lento, ritardo di insorgenza e nessun feedback. Per avviare ogni prova, premere il pulsante start sul programma di controllo master, che sposta la mano virtuale nella posizione iniziale, segnalando l'inizio della prova.Nella prima sessione di prove, fare in modo che il partecipante guidi la mano fino al punto finale del movimento e suoni il tono uditivo 1.000 millisecondi dopo che le cifre virtuali hanno raggiunto il punto di arresto virtuale per 10 prove. Nella seconda sessione di allenamento, di nuovo fare in modo che il partecipante guidi la mano verso il punto finale del movimento. Randomizzare i toni uditivi in modo che gli intervalli di ritardo di 300, 500 e 700 millisecondi siano presentati almeno cinque volte ciascuno.Registrare la stima verbalmente segnalata dai partecipanti dell'intervallo di ritardo. Infine, procedere con i set sperimentali di 15 prove per ogni condizione. Presentare le condizioni in ordine casuale e somministrare un questionario alla fine di ogni condizione.Qui, i risultati indicano il punteggio medio per le quattro domande dell'agenzia, nonché quattro domande di controllo per ogni partecipante e per ogni condizione di feedback. Un punteggio medio maggiore di uno indica un accordo con una determinata istruzione e zero indica la neutralità dell'accordo. Le differenze tra gli intervalli di tempo effettivi e percepiti sono state quindi calcolate in media tra i tre partecipanti e vengono presentate in relazione alla condizione di feedback di base.Differenze negative più grandi sono indice di un più forte senso implicito di agenzia, come con la condizione troppo veloce. Inoltre, questi risultati mostrano un confronto tra misure esplicite e implicite dell'agenzia. La condizione troppo veloce ha dimostrato la più forte formazione di agenzia, sia esplicitamente che implicitamente.Piccole modifiche potrebbero espandere le nostre tecniche per studiare ulteriori modalità dei sensori, come il tocco, e come hanno effetto sull'agenzia. Inoltre, l'aggiunta di misurazioni della proprietà degli arti potrebbe aiutarci a comprendere le interrelazioni tra agenzia e incarnazione. Questa tecnica ha permesso di esplorare il ruolo del feedback del movimento percettivo in un'interfaccia macchina neurale sul meccanismo intrinseco che il cervello usa per stabilire la paternità sui movimenti previsti.

Research

JoVE Journal

Behavior

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Iniezione stereotassica di microRNA-esprimono lentivirus al mouse Hippocampus CA1 regione e valutazione dei risultati Behavioral

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Ricerca

Comportamento

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