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

Forfatterne vil gjerne takke Madeline Newcomb for hennes bidrag til figur generasjon. Dette arbeidet ble finansiert av amerikanske skattebetalere gjennom en NIH, kontor, felles fondet, Transformative R01 forskning Award (stipend #1R01NS081710-01) og Defense Advanced Research Projects Agency (kontraktnummeret N66001-15-C-4015 i regi av Biologi teknologi Office program manager D. Weber).

Denne protokollen er godkjent tidligere, og følger retningslinjene i Cleveland Clinics menneskelige forskning etikk.
1. maskinvare og programvare på NMI
<ol><li>Opprette hver enkelt deltaker NMI kontroll og tilbakemelding slik at når de prøver å utføre en bevegelse, de ser og føler en virtuell protese fullføre denne bevegelsen.<ol>
<li>Generere en hånd kinestetiske percept gjennom deltakerens NMI og fange kinematikken av oppfattet bevegelsen ved å ha deltakeren viser hva de føler ...

<ol>
	<li>Kuiken, T. A., Marasco, P. D., Lock, B. A., Harden, R. N., Dewald, J. P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redirection+of+cutaneous+sensation+from+the+hand+to+the+chest+skin+of+human+amputees+with+targeted+reinnervation.">Redirection of cutaneous sensation from the hand to the chest skin of human amputees with targeted reinnervation.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (50), 20061-20066 (2007).</li><li>Hebert, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+targeted+sensory+reinnervation+technique+to+restore+functional+hand+sensation+after+transhumeral+amputation.">Novel targeted sensory reinnervation technique to restore functional hand sensation after transhumeral amputation.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 22 (4), 765-773 (2014).</li><li>Tan, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+neural+interface+provides+long-term+stable+natural+touch+perception.">A neural interface provides long-term stable natural touch perception.</a> Science Translational Medicine. 257 (6), (2014).</li><li>Oddo, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraneural+stimulation+elicits+discrimination+of+textural+features+by+artificial+fingertip+in+intact+and+amputee+humans.">Intraneural stimulation elicits discrimination of textural features by artificial fingertip in intact and amputee humans.</a> eLife. 5 (MARCH2016), (2016).</li><li>Raspopovic, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioengineering:+Restoring+natural+sensory+feedback+in+real-time+bidirectional+hand+prostheses.">Bioengineering: Restoring natural sensory feedback in real-time bidirectional hand prostheses.</a> Science Translational Medicine. 6 (222), (2014).</li><li>Flesher, S. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracortical+microstimulation+of+human+somatosensory+cortex.">Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex.</a> Science Translational Medicine. 8 (361), (2016).</li><li>Tabot, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restoring+the+sense+of+touch+with+a+prosthetic+hand+through+a+brain+interface.">Restoring the sense of touch with a prosthetic hand through a brain interface.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (45), 18279-18284 (2013).</li><li>Marasco, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Illusory+movement+perception+improves+motor+control+for+prosthetic+hands.">Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands.</a> Science Translational Medicine. 10 (432), (2018).</li><li>Horch, K., Meek, S., Taylor, T. G., Hutchinson, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Object+discrimination+with+an+artificial+hand+using+electrical+stimulation+of+peripheral+tactile+and+proprioceptive+pathways+with+intrafascicular+electrodes.">Object discrimination with an artificial hand using electrical stimulation of peripheral tactile and proprioceptive pathways with intrafascicular electrodes.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 19 (5), 483-489 (2011).</li><li>Braun, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+senses+of+agency+and+ownership:+A+review.">The senses of agency and ownership: A review.</a> Frontiers in Psychology. 9 (APR), (2018).</li><li>Van Den Bos, E., Jeannerod, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sense+of+body+and+sense+of+action+both+contribute+to+self-recognition.">Sense of body and sense of action both contribute to self-recognition.</a> Cognition. 85 (2), 177-187 (2002).</li><li>Botvinick, M., Cohen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rubber+hands+&amp;#34;feel&amp;#34;+touch+that+eyes+see.">Rubber hands &amp;#34;feel&amp;#34; touch that eyes see.</a> Nature. 391 (6669), 756 (1998).</li><li>Gallagher, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Philosophical+conceptions+of+the+self:+Implications+for+cognitive+science.">Philosophical conceptions of the self: Implications for cognitive science.</a> Trends in Cognitive Sciences. 4 (1), 14-21 (2000).</li><li>Niedernhuber, M., Barone, D. G., Lenggenhager, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prostheses+as+extensions+of+the+body:+Progress+and+challenges.">Prostheses as extensions of the body: Progress and challenges.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 92, 1-6 (2018).</li><li>Marasco, P. D., Kim, K., Colgate, J. E., Peshkin, M. A., Kuiken, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+touch+shifts+perception+of+embodiment+to+a+prosthesis+in+targeted+reinnervation+amputees.">Robotic touch shifts perception of embodiment to a prosthesis in targeted reinnervation amputees.</a> Brain. 134 (3), 747-758 (2011).</li><li>Rognini, G., Blanke, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognetics:+Robotic+Interfaces+for+the+Conscious+Mind.">Cognetics: Robotic Interfaces for the Conscious Mind.</a> Trends in Cognitive Sciences. 20 (3), 162-164 (2016).</li><li>Dewey, J. A., Knoblich, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+implicit+and+explicit+measures+of+the+sense+of+agency+measure+the+same+thing.">Do implicit and explicit measures of the sense of agency measure the same thing.</a> PLoS ONE. 9 (10), (2014).</li><li>Edwards, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Adaptive and Autonomous Switching: Shared Control of Powered Prosthetic Arms Using Reinforcement Learning. , (2016).</li><li>Desai, M., Stubbs, K., Steinfeld, A., Yanco, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creating+trustworthy+robots:+Lessons+and+inspirations+from+automated+systems.">Creating trustworthy robots: Lessons and inspirations from automated systems.</a> Adaptive and Emergent Behaviour and Complex Systems - Proceedings of the 23rd Convention of the Society for the Study of Artificial Intelligence and Simulation of Behaviour, AISB 2009. , 49-56 (2009).</li><li>Lee, J. D., See, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trust+in+automation:+designing+for+appropriate+reliance.">Trust in automation: designing for appropriate reliance.</a> Human Factors. 46 (1), 50-80 (2004).</li><li>Moore, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+is+the+sense+of+agency+and+why+does+it+matter?.">What is the sense of agency and why does it matter?.</a> Frontiers in Psychology. 7 (AUG), 1-9 (2016).</li><li>Obhi, S. S., Hall, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sense+of+agency+in+joint+action:+Influence+of+human+and+computer+co-actors.">Sense of agency in joint action: Influence of human and computer co-actors.</a> Experimental Brain Research. 211 (3-4), 663-670 (2011).</li><li>Saha&#239;, A., Pacherie, E., Grynszpan, O., Berberian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Co-representation+of+human-generated+actions+vs.+machine-generated+actions:+Impact+on+our+sense+of+we-Agency?.">Co-representation of human-generated actions vs. machine-generated actions: Impact on our sense of we-Agency?.</a> 2017 26th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication (RO-MAN). , (2017).</li><li>Biddiss, E., Chau, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upper+limb+prosthesis+use+and+abandonment:+A+survey+of+the+last+25+years.">Upper limb prosthesis use and abandonment: A survey of the last 25 years.</a> Prosthetics and Orthotics International. 31 (3), 236-257 (2007).</li><li>Atkins, D. J., Heard, D. C. Y., Donovan, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidemiologic+overview+of+individuals+with+upper-limb+loss+and+their+reported+research+priorities.">Epidemiologic overview of individuals with upper-limb loss and their reported research priorities.</a> Journal of Prosthetics and Orthotics. 8 (1), 2-11 (1996).</li><li>Kalckert, A., Ehrsson, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moving+a+Rubber+Hand+that+Feels+Like+Your+Own:+A+Dissociation+of+Ownership+and+Agency.">Moving a Rubber Hand that Feels Like Your Own: A Dissociation of Ownership and Agency.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 6 (March), 1-14 (2012).</li><li>Caspar, E. A., Cleeremans, A., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+human+agency+and+embodiment.">The relationship between human agency and embodiment.</a> Consciousness and Cognition. 33, 226-236 (2015).</li><li>Haggard, P., Clark, S., Kalogeras, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voluntary+action+and+conscious+awareness.">Voluntary action and conscious awareness.</a> Nature Neuroscience. 5 (4), 382-385 (2002).</li><li>Engbert, K., Wohlschl&#228;ger, A., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Who+is+causing+what?+The+sense+of+agency+is+relational+and+efferent-triggered.">Who is causing what? The sense of agency is relational and efferent-triggered.</a> Cognition. 107 (2), 693-704 (2008).</li><li>Moore, J. W., Wegner, D. M., Haggard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulating+the+sense+of+agency+with+external+cues.">Modulating the sense of agency with external cues.</a> Consciousness and Cognition. 18 (4), 1056-1064 (2009).</li><li>Kumar, V., Todorov, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MuJoCo+HAPTIX:+A+virtual+reality+system+for+hand+manipulation.">MuJoCo HAPTIX: A virtual reality system for hand manipulation.</a> 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). , (2015).</li><li>Kuiken, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+reinnervation+for+enhanced+prosthetic+arm+function+in+a+woman+with+a+proximal+amputation:+a+case+study.">Targeted reinnervation for enhanced prosthetic arm function in a woman with a proximal amputation: a case study.</a> Lancet. 369 (9559), 371-380 (2007).</li></ol>

Her vises en metodiske rammeverk betegner opplevelsen av byrået dannet under drift sensate proteser via NMIs. I denne sammenheng er byrået særlig relevant som den bygger fysisk handling i bakgrunnen kognitive prosesser som forme oppfatning. Gjennom en deltakers protesen og NMI, vi har direkte tilgang til en rekke viktige elementer som etablerer følelsen av Byrået: hensikt og motoren bevegelse sensasjon. Viktig for avansert protese lemmer kontroll, verktøyene i dette arbeidet utnytte denne direkte tilgang f...

Så robotic proteser blitt stadig mer avansert, vil viktigheten av relevante sensorisk feedback fortsette å vokse. Sensorisk feedback påvirker hvordan mennesker oppfatter, samhandle med og selv integrere maskiner i kroppen skjema. Siste NMI teknikker kan gi protese lemmer brukerne intuitiv kontroll og oppnå opplevelser knyttet trykk1,,2,,3,,4,,5,,6 , 7 og kinesthesia (bevegelse forstand)8,9 i manglende lemmer. Når denne sensoriske informasjonen er sammenkoblet med visuelle informasjonen ved å se kunstig lem under drift, har vi tilgang til viktige elementer som informerer æren av selv -versus-andre. Å utnytte denne tilgangen kan bidra til å bringe protese lemmer brukere et skritt nærmere å opererer en kunstig lem som en del av kroppen, i stedet for bare et verktøy.
Kroppsbevissthet og følelse av å være nedfelt oppstår fra etableringen av byrået (en opplevelse av over en lem handlinger) og eierskap (følelsen av at en lem er en del av kroppen)10,11. Eierskap er hovedsakelig mediert gjennom integrering av touch og visuell informasjon12. Byrået framgår av integrering av hensikt, bevegelse sensasjon (kinesthesia), visuell informasjon og prediktiv kognitive modeller11. Under utførelsen av en frivillig handling, blir byrå dannet når sensoriske konsekvensene av handlingen justere med utøveren hensikt og spådommer fra utøveren interne modeller13. Agency er separat og distinkt fra eierskap. Begrepet lem eierskap har vært studert ofte i protese litteratur14. En følelse av lem eierskap skjemaer i NMI deltakere når touch tilbakemelding passer romlig og timelig, som målte eksplisitt gjennom spørreskjemaer eller implisitt gjennom endringer i gjenværende lemmet temperatur eller temporal dommer15. Imidlertid eksistert færre muligheter for å utforske byrå i sammenheng med NMI16. Nylige arbeider med NMI deltakere har vist at etaten kan fremmes målbevisst og er atskilt fra opplevelsen av eierskap8.
Byrået er spesielt viktig i driften av robot proteser som det er en kognitiv link til kontroll av kunstig lems fysiske handlinger gjennom erfaringer kausalitet, følelsen av kontrollere kunstig lem eller forårsaker noe skje17. Robotic protesene er avanserte datastyrt maskiner som brukeren må samarbeide med å effektivt fullføre oppgaver. Noen protese lemmer har innarbeidet autonome funksjoner, som grep-slip deteksjon og korrigering; men har disse systemene sett begrenset adopsjon som funksjonalitet kjører utenfor brukerens kontroll kan vises like frustrerende hvis ikke riktig implementert8,18. Dette gir en grunnleggende utfordring som er ekko gjennom programmer av menneskelig samarbeid med autonome maskiner. Det vil si mennesker stole ofte på sine egne handlinger over de som følge av et samarbeid med datamaskiner eller maskiner, og denne klareringen påvirker direkte en operatør er sannsynligheten for å bruke den autonome funksjoner19,20. Som mennesker stole vi innately på oss selv og våre organer for å utføre handlinger vil vi; Når dette er oppnådd, etablere vi en indre følelse av byrået. Interessant, er dannelsen av byrået påvirket i kooperativ menneske-maskin-handlinger. Under menneske-menneske samarbeidende aktiviteter, kan en felles oppfatning av byrået dannes over bevegelse21; Likevel, antyder litteraturen at delte etaten er beheftet under menneske-maskin samarbeid22,23. Disse utfordringene gjenspeiles i protese øvre lem bruk og avvisning utbredelsen av robotsveising enheter fortsatt høy, med 23% – 39% av brukerne nedlagte deres bruk24. Faktisk foretrekke mange protese brukernes fremdeles kroppen-powered systemer25. Disse systemene fjerne datastyrt maskinen fra kontroll sløyfen og mer par intimt brukerens kroppsbevegelse til protesen bevegelse via wire kabler. Dette ytterligere forsterker betydningen av kognitiv integrering i bruk av avansert protese enheter. Vi foreslår at NMI systemer kan gi en rekke nødvendige sensoriske og motor brikkene til å flytte kunstige lemmer nærmere til å etablere en felles følelse av byrået, og dette vil være medvirkende til å fremme aksept og sann integrering av disse datastyrt maskiner med brukerne.
Byrået kan måles på flere måter. De enkleste tiltakene bruker psykofysiske spørreskjemaer eller skalaer som eksplisitt be deltakerne hvem eller hva de attributtet en hendelse17,26,27. Dette er avhengig av en persons eksisterende oppfatning av "selvbetjening" ved å kreve deltakerne gjøre inferential dommer for selvstendig henvisning (dvs.å eksplisitt bedømme om "Jeg" eller en annen enhet var ansvarlig for en handling eller hendelse). Implisitt tiltak gir innsikt i bakgrunnen kognitive prosesser som oppstår under motor action og sensoriske hendelser. Denne visningen av byrået forsøker å måle som ikke eksplisitt oppfattes av en enkeltperson. Vanligvis gjøres dette ved at deltakerne karakterisere en oppfattet forskjell i selv - og eksternt-genererte handlinger, for eksempel at deltakerne rapportere tidsperioden de oppfattet oppstår mellom en selv og eksternt-genererte hendelsen 17 , 28. under utførelsen av selv-generert handlinger, byrået implisitt manifesterer seg som en perseptuell komprimering mellom handlinger og deres sensoriske konsekvenser, kjent som forsettlig bindende28. Når enkeltpersoner rapporterer tid de oppfattet oppstår mellom en handling og resultatet, tilsvarer kortere oppfattet tidsvarighet en sterkere dannet følelse av byrået29,30. Interessant, har det vært vist at eksplisitte og implisitte tiltak ikke kan direkte samsvarer som de er sannsynlig karakterisere ulike perseptuell mekanismer17 som sammen informere betydningen av byrået. Som sådan, vil å etablere en mer omfattende forståelse av byrået formasjon under protese bruk trolig kreve eksperimentelle protokoller ansette tydelig og umerkbar tiltak.
Dette verket beskriver en metodiske rammeverk som kan brukes til å eksplisitt og implisitt karakterisere følelsen av byrået utviklet over NMI kontrollen sensate virtuelle eller robotic protese hender. To teknikker å måle byrået under utførelsen av et sensorimotor objekt-fatte aktiviteten er uthevet. Etablerte psykofysiske spørreskjemaer er ansatt å fange eksplisitt opplevelsen av byrået, mens intervall estimater (tilsiktet bindende) er ansatt implisitt måle følelse av byrået.
Omfanget av denne protokollen er å evaluere følelsen av byrået i sammenheng med en NMI fysiologisk aktuelle aktiv motorstyring og kinestetisk tilbakemelding. Disse teknikkene er generalizable virtuelle eller fysiske protese NMI-systemer. Det er minimale begrensninger på bestander som kan bli rekruttert til å utføre denne protokollen. For eksempel mobilitet i deltakerens øvre lemmer bilateralt påvirkes ikke (de må ha en lyd lem), og de må ha kognitive muligheten til å gjøre tidsbaserte dommer og artikulere erfarne opplevelser.

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

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

Dette verket beskriver en metodiske rammeverk som kan brukes til å eksplisitt og implisitt karakterisere følelsen av byrået utviklet over neural-maskin-grensesnitt (NMI) kontrollen sensate virtuelle eller robotic protese hender. Dannelsen av byrået er grunnleggende i atskillende handlingene som vi utfører med våre lemmer som våre egne. Ved å innlemme avanserte øvre lem proteser i disse samme perseptuell mekanismer, kan vi begynne å integrere en kunstig lem nærmere i brukerens eksisterende kognitive rammeverk for lem kontroll. Dette har viktige implikasjoner fremme brukeraksept, bruk og effektiv kontroll over avanserte øvre lem proteser. Denne protokollen, deltakerne kontrollere en virtuell kunstig hånd og motta kinestetiske sensorisk feedback gjennom sine eksisterende NMIs. En rekke virtuelle fatte oppgaver utføres og forstyrrelser introdusert systematisk til kinestetiske tilbakemeldinger og virtuelle håndbevegelser. To separate mål av byrået er ansatt: etablert psykofysiske spørreskjemaer (å fange eksplisitt opplevelsen av byrået) og et tidsintervall anslå oppgave å fange implisitt følelsen av byrået (tilsiktet bindende). Resultatene av denne protokollen (spørreskjema score og tidsintervallet anslår) kan analyseres for å kvantifisere omfanget av byrået formasjon.

Eksperimentell protokollen ble utført med tre amputert deltakere opererer en sensate virtuelle protese via deres NMI8 (figur 1). Oppsettet brukes en deltaker kontrollerbare virtuelle hånden beveger seg gjennom forhåndsprogrammerte Kinematisk profiler som bruker MuJoCo HAPTIX fysikk motor31. Den virtuelle hånden ble vist på en horisontal skjerm foran deltakerne et sted romlig sammenfallende med dere...

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

Karakteristikk av følelsen av byrået over handlingene til Neural-maskin-grensesnitt-opererte proteser

Her presenterer vi en protokoll som preger følelsen av byrået utviklet over kontrollen av sensate virtuelle eller robotic protese hender. Psykofysiske spørreskjemaer er ansatt å fange eksplisitt opplevelsen av byrået, og intervallet estimater (tilsiktet bindende) er ansatt implisitt måle følelse av byrået.

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

Ekte lemerstatning krever uskarphet de kognitive perseptuelle linjene mellom selv og maskin. Agency er den avgjørende broen for å oppfatte handlingene til en kunstig lem som generert av seg selv og tilsiktet. Denne teknikken gir unik innsikt i effektiviteten av den kognitive perseptuelle kommunikasjonen mellom den menneskelige brukeren og maskinen.Denne metoden kan strekke seg inn i enhver undersøkelse av effekten av tilbakemeldinger på byrået, for eksempel med myoelektriske eller kroppsdrevne proteser, kortikal stimulering, hjerneslag eller til og med håndtransplantasjoner. Viser denne prosedyren er Dylan Beckler og Zachary Thumser, forskningsingeniører i laboratoriet vårt. Eskorter deltakeren inn i testrommet, og få dem til å sitte foran en skjerm.Begynn med å generere en hånd kinestetisk percept gjennom deltakerne nevrale maskingrensesnitt, eller NMI, og fange kinematikk av oppfattet bevegelse ved å ha deltakeren demonstrere hva de føler ved hjelp av sin intakte hånd. Bruk en virtuell hånd- eller protesesimulering til å reprodusere kinematikken i bevegelsespersepsjonen. Deretter konfigurerer du maskinvare for å fange opp de tilsiktede håndbevegelseskontrollsignalene fra deltakerens NMI.Tilordne dette kontrollsignalet til aktiviteten til den virtuelle protesen. Deretter oppretter du et hovedkontrollprogram som koordinerer oppkjøpet av NMI-kontrollsignalet, bevegelsen av den virtuelle protesen og generering av kinestetiske NMI-tilbakemeldinger i sanntid. Vis den virtuelle protesen på skjermen og juster størrelsen og plasseringen slik at den er plassert sammen med plasseringen av deres manglende lem.Deretter gjengir du objekter, for eksempel flytende baller, i det virtuelle miljøet for å betjene stopppunkter for de nære og åpne posisjonene til hånden. Til slutt konfigurerer du hovedkontrollprogrammet slik at når de virtuelle sifrene kontakter de virtuelle stopppunktene, spilles en auditiv tone etter en justerbar tidsforsinkelse. Før du starter eksperimentet, kan du bygge en inndatafil for hovedkontrollprogrammet som angir innstillingene for hver prøveversjon, samt kontroll- og eksperimentelle forhold.Programmer flere forhold som er utformet for å analysere bidragene til byrået for motorisk hensikt, kinestetisk følelse og timelig mismatch med de viste kinematikkene i den virtuelle protesen. Vurder for eksempel å bruke følgende fem forhold, motsatt bevegelse, for fort, for treg, forsinkelse og ingen tilbakemelding. Hvis du vil starte hver prøveversjon, trykker du på startknappen på hovedkontrollprogrammet, som flytter den virtuelle hånden til startposisjonen, og signaliserer begynnelsen av prøveperioden.I den første treningsøkten, be deltakeren kjøre hånden til bevegelsessluttpunktet og spille den auditive tonen 1000 millisekunder etter at de virtuelle sifrene når det virtuelle stopppunktet for 10 forsøk. I den andre treningsøkten, igjen har deltakeren kjøre hånden til bevegelsen sluttpunktet. Randomiser hørselstonene slik at 300, 500 og 700 millisekund forsinkelsesintervaller presenteres minst fem ganger hver.Registrer deltakerne muntlig rapportert estimering av tidsforsinkelsesintervallet. Til slutt fortsetter du med de eksperimentelle settene med 15 studier for hver tilstand. Presenter betingelsene i en randomisert rekkefølge, og administrer et spørreskjema på slutten av hver betingelse.Her indikerer resultatene gjennomsnittlig poengsum for de fire byråspørsmålene, samt fire kontrollspørsmål for hver deltaker, og etter hver tilbakemeldingsbetingelse. En gjennomsnittlig vurdering som er større enn én, indikerer en avtale med en gitt erklæring, og null indikerer nøytralitet i avtalen. Forskjellene mellom de faktiske og oppfattede tidsintervallene ble deretter gjennomsnittlig på tvers av de tre deltakerne, og presenteres i forhold til den grunnleggende tilbakemeldingstilstanden.Større negative forskjeller er en indikasjon på en sterkere implisitt følelse av handlefrihet, for eksempel med for rask tilstand. Videre viser disse resultatene en sammenligning av eksplisitte og implisitte byråtiltak. Den for raske tilstanden demonstrerte den sterkeste dannelsen av byrå, både eksplisitt og implisitt.Mindre modifikasjoner kan utvide våre teknikker for å studere flere sensormodaliteter, for eksempel berøring, og hvordan de påvirker byrået. Også, legge lem eierskap målinger kan hjelpe oss å forstå sammenhengene mellom byrå og legemliggjøring. Denne teknikken gjorde det mulig å utforske rollen som perseptuelle bevegelsestilbakemeldinger i et nevrale maskingrensesnitt på den indre mekanismen som hjernen bruker til å etablere forfatterskap over tiltenkte bevegelser.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Stereotaktisk Injeksjon av MikroRNA-uttrykker Lentiviruses til Mouse Hippocampus CA1 Region og vurdering av Behavioral Outcome

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

Comprehensive Analysis of Transcription Dynamics from Brain Samples Following Behavioral Experience

Omfattende analyse av transkripsjon Dynamics fra Brain Samples Etter 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

Bruk av Puzzle Box som et middel for vurdering av effektiviteten i miljøberikelse

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

Kvantifisere læring i små spedbarn: Tracking Leg Handlinger Under en Discovery-læring Oppgave

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

An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses

En instrumenterte Pull-Test for å karakterisere Postural svar

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

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

Vurdering av sammenhengen av foreldrenes korte fortellinger angående deres barn bruke fem-minutters tale eksempel prosedyre

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

Undersøke endringer i PULSVARIASJON og følelser etter Artmaking med tre forskjellige kunst materialer

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

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

Vurdering av midline lingual punkt-trykk somatosensation ved hjelp av Von Frey Hår Monofilamenter

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

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

Evaluering av kognitiv ytelse av hypertensive pasienter med stille cerebrovaskulære lesjoner

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

A Standardized Method for Measurement of Elbow Kinesthesia

En standardisert metode for måling av albue kinestesi

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