神经机器接口控制假肢动作的自主控制感表征

真正的肢体替代需要模糊自我与机器之间的认知感知界限。代理感是将假肢动作感知为由自我产生且具有意图的关键桥梁。该技术为人类使用者与机器之间认知感知交流的有效性提供了独特的见解。

该方法可拓展应用于任何关于反馈对能动性影响的研究，例如肌电假肢或体能驱动假肢、皮层刺激、中风，甚至手部移植等情境。本实验操作由本实验室的研究工程师 Dylan Beckler 和 Zachary Thumser 进行示范。引导受试者进入测试房间，并让其坐在显示器前方。

首先通过参与者的神经机器接口（NMI）产生手部本体感觉感知，并让参与者使用其健全的手部演示所感知到的运动，以捕捉感知运动的运动学特征。利用虚拟手部或假肢模拟系统重现该感知运动的运动学过程。接下来，搭建硬件系统以采集参与者NMI中的手部主动运动控制信号。

将该控制信号映射到虚拟假肢的活动。然后，创建一个主控程序，用于实时协调神经肌肉接口（NMI）控制信号的采集、虚拟假肢的运动以及本体感觉NMI反馈的生成。在显示器上显示虚拟假肢，并调整其大小和位置，使其与受试者缺失肢体的位置相匹配。

然后，在虚拟环境中渲染物体（例如漂浮的球体），用于表示手部开合位置的虚拟限位点。最后，配置主控程序，使得当虚拟手指接触到虚拟限位点时，经过可调节的时间延迟后播放提示音。在开始实验前，为主控程序构建一个输入文件，用于设定每次试验的参数，以及对照和实验条件。

设置额外的实验条件，以分别解析运动意图、本体感觉以及与虚拟假肢显示运动学参数之间的时间不匹配对主体性感知的贡献。例如，可考虑采用以下五种条件：反向运动、过快、过慢、启动延迟和无反馈。每次试验开始时，按下主控程序上的启动按钮，虚拟手将移动至起始位置，提示试验开始。

在第一次练习环节中，让受试者将手驱动至运动终点，并在虚拟手指到达虚拟停止点后 1,000 毫秒播放听觉音调，共进行 10 次试验。在第二次练习环节中，再次让受试者将手驱动至运动终点。随机化听觉音调的呈现，使 300、500 和 700 毫秒的延迟时间间隔各自至少出现五次。

记录参与者口头报告的时间延迟间隔估计值。最后，对每种条件进行15次试验的实验组。以随机顺序呈现各条件，并在每种条件结束后发放问卷。

此处结果表示每位参与者在四种代理问题和四种控制问题上的平均得分，以及每种反馈条件下的得分情况。平均评分大于1表示同意某一陈述，等于0表示中立。实际时间间隔与感知时间间隔之间的差异在三名参与者中取平均值，并相对于基线反馈条件进行呈现。

更显著的负向差异表明更强的内隐性代理感，例如在过快条件下所表现出的情况。此外，这些结果展示了显性与内隐性代理感测量指标的对比。在过快条件下，无论在显性还是内隐性层面，均表现出最强的代理感形成。

稍加改进，我们的技术还可用于研究其他感觉模式（如触觉）及其对主体性的影响。此外，增加肢体归属感的测量有助于我们理解主体性与具身性之间的相互关系。该技术使得研究者能够探索感知运动反馈在神经机器接口中对大脑确立意图运动控制权的内在机制所起的作用。