햅틱 공유 제어는 근전위 보형물 사용 중 신경 효율성을 향상시킵니다.

Nov 02, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 484(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

임상 근전위 보철물은 일상 생활 활동을 효율적이고 정확하게 완료하는 데 필요한 감각 피드백과 충분한 민첩성이 부족합니다. 사용자에게 관련 환경 단서에 대한 햅틱 피드백을 제공하거나 보철물에 자율 제어 권한을 부여하는 것은 보철물 유용성을 향상시키는 것으로 별도로 나타났습니다. 그러나 공유 제어 패러다임에서 이 두 가지 접근 방식을 결합한 효과를 조사한 연구는 거의 없으며 신경 효율성(작업 수행과 뇌에서 직접 측정된 정신적 노력 사이의 관계)의 관점에서 이러한 접근 방식을 평가한 연구는 거의 없습니다. 이 작업에서 우리는 부서지기 쉬운 물체를 잡고 들어올리는 작업에서 절단 장애가 없는 참가자 30명의 신경 효율성을 분석했습니다. 여기에서는 파지력의 진동촉각 피드백과 파지의 자율 제어를 특징으로 하는 근전위 보철물을 진동촉각 피드백이 있거나 없는 표준 근전 보철물과 비교했습니다. 정신적 노력의 척도로서 우리는 실험 중에 기능적 근적외선 분광학을 사용하여 전두엽 피질 활동 변화를 포착했습니다. 햅틱 공유 제어를 갖춘 보철물은 표준 보철물에 비해 작업 성능과 정신적 노력 모두를 향상시킬 것으로 기대되었습니다. 결과는 햅틱 공유 제어 시스템만이 사용자가 높은 신경 효율성을 달성할 수 있게 했으며 진동촉각 피드백은 적절한 그립력으로 잡는 데 중요하다는 것을 보여주었습니다. 이러한 결과는 햅틱 공유 제어 시스템이 햅틱 피드백과 자율 컨트롤러의 이점을 시너지적으로 결합하고 근전위 보철 기술의 하이브리드 발전을 알릴 준비가 되어 있음을 나타냅니다.

의도적인 개체 조작 중에 생물학적 사지의 햅틱 감각(고유 감각, 운동 감각 및 촉각)을 사용하여 파악 수정을 수행하고 개체 및 환경의 내부 피드포워드 모델을 업데이트합니다1. 이 모델 개선은 후속 조작의 속도와 민첩성을 향상시키는 데 도움이 되므로 처음에는 알 수 없거나 깨지기 쉬운 물체와의 상호 작용이 더 많은 경험을 통해 더 부드럽고 효율적이 됩니다2,3. 감각 정보는 깨지기 쉬운 물체를 다루기 위해 그립력을 조정하는 데 특히 중요합니다. 쥐는 힘은 관성과 중력에 대응할 수 있을 만큼 커야 하지만, 물체를 부술 만큼 크지는 않습니다4. 이러한 햅틱 정보 지식은 감각 피드백을 제공하지 않는 일반적인 상지 의지에서는 손실됩니다.

지난 수십 년 동안 연구자들은 상지 보철물에서 햅틱 피드백을 복원하려고 시도해 왔습니다(Stephens-Fripp et al.5의 2018년 리뷰 참조). 특히 보철물 착용자에게 악력, 악력, 물체 미끄러짐과 같은 신호를 제공하기 위해 피부에 기계적 촉각 자극을 사용하는 데 상당한 노력이 기울여졌습니다6,7,8. 이전 연구에서는 근전위 보철물9,10,11,12을 사용하여 식별력 있고 민첩한 작업 수행을 향상시키는 데 있어 햅틱 피드백의 이점이 입증되었습니다. 특히, 진동촉각 피드백은 컴팩트한 크기와 낮은 전력 소비로 인해 보철물에서 햅틱 피드백의 간단하면서도 효과적인 방법으로 남아 있습니다.

상지 보철물, 특히 악력 조절10,11,19에 대한 촉각 피드백의 입증된 이점에도 불구하고 표준 근전 손을 일관되게 제어하는 ​​것은 여전히 ​​어려운 과제로 남아 있습니다. 가장 간단한 근전 방식인 직접 제어에서는 주동근-길항근 쌍의 전기적 활동량을 사용하여 단일 자유도 보철물 단말 장치를 제어합니다. 촉각 피드백에 대한 사용자의 해석과 그에 따른 근전 명령 사이의 고유한 지연으로 인해 의지적 움직임이 너무 느려질 수 있을 뿐만 아니라 인지적으로 요구될 수도 있습니다.