Characterizing Motor Control of Mastication With Soft Actor-Critic
Notice bibliographique
Résumé
The human masticatory system is a complex functional unit characterized by a multitude of skeletal components, muscles, soft tissues, and teeth. Muscle activation dynamics cannot be directly measured on live human subjects due to ethical, safety, and accessibility limitations. Therefore, estimation of muscle activations and their resultant forces is a longstanding and active area of research. Reinforcement learning (RL) is an adaptive learning strategy which is inspired by the behavioral psychology and enables an agent to learn the dynamics of an unknown system via policy-driven explorations. The RL framework is a well-formulated closed-loop system where high capacity neural networks are trained with the feedback mechanism of rewards to learn relatively complex actuation patterns. In this work, we are building on a deep RL algorithm, known as the Soft Actor-Critic, to learn the inverse dynamics of a simulated masticatory system, i.e., learn the activation patterns that drive the jaw to its desired location. The outcome of the proposed training procedure is a parametric neural model which acts as the brain of the biomechanical system. We demonstrate the model's ability to navigate the feasible three-dimensional (3D) envelope of motion with sub-millimeter accuracies. We also introduce a performance analysis platform consisting of a set of quantitative metrics to assess the functionalities of a given simulated masticatory system. This platform assesses the range of motion, metabolic efficiency, the agility of motion, the symmetry of activations, and the accuracy of reaching the desired target positions. We demonstrate how the model learns more metabolically efficient policies by integrating a force regularization term in the RL reward. We also demonstrate the inverse correlation between the metabolic efficiency of the models and their agility and range of motion. The presented masticatory model and the proposed RL training mechanism are valuable tools for the analysis of mastication and other biomechanical systems. We see this framework's potential in facilitating the functional analyses aspects of surgical treatment planning and predicting the rehabilitation performance in post-operative subjects.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».