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Enregistrement W4404591999 · doi:10.1088/1741-2552/ad94a7

Enhancing neuroprosthesis calibration: the advantage of integrating prior training over exclusive use of new data

2024· article· en· W4404591999 sur OpenAlexaff
Caleb J. Thomson, Troy N. Tully, Eric S. Stone, Christian B Morrell, Erik Scheme, David J. Warren, Douglas T. Hutchinson, Gregory A. Clark, Jacob A. George

Notice bibliographique

RevueJournal of Neural Engineering · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueMuscle activation and electromyography studies
Établissements canadiensUniversity of New Brunswick
Organismes subventionnairesEunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human DevelopmentNational Institute of Dental and Craniofacial ResearchDefense Advanced Research Projects AgencyDirectorate for Computer and Information Science and EngineeringAdvanced Research Projects AgencyNational Institutes of HealthNational Science FoundationNational Science Foundation Graduate Research Fellowship ProgramMeta Research
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligenceConvolutional neural networkCalibrationKalman filterMachine learningRegressionMean squared errorPattern recognition (psychology)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Objective. Neuroprostheses typically operate under supervised learning, in which a machine-learning algorithm is trained to correlate neural or myoelectric activity with an individual’s motor intent. Due to the stochastic nature of neuromyoelectric signals, algorithm performance decays over time. This decay is accelerated when attempting to regress proportional control of multiple joints in parallel, compared with the more typical classification-based pattern recognition control. To overcome this degradation, neuroprostheses and commercial myoelectric prostheses are often recalibrated and retrained frequently so that only the most recent, up-to-date data influences the algorithm performance. Here, we introduce and validate an alternative training paradigm in which training data from past calibrations is aggregated and reused in future calibrations for regression control. Approach. Using a cohort of four transradial amputees implanted with intramuscular electromyographic recording leads, we demonstrate that aggregating prior datasets improves prosthetic regression-based control in offline analyses and an online human-in-the-loop task. In offline analyses, we compared the performance of a convolutional neural network (CNN) and a modified Kalman filter (MKF) to simultaneously regress the kinematics of an eight-degree-of-freedom prosthesis. Both algorithms were trained under the traditional paradigm using a single dataset, as well as under the new paradigm using aggregated datasets from the past five or ten trainings. Main results. Dataset aggregation reduced the root-mean-squared error (RMSE) of algorithm estimates for both the CNN and MKF, although the CNN saw a greater reduction in error. Further offline analyses revealed that dataset aggregation improved CNN robustness when reusing the same algorithm on subsequent test days, as indicated by a smaller increase in RMSE per day. Finally, data from an online virtual-target-touching task with one amputee showed significantly better real-time prosthetic control when using aggregated training data from just two prior datasets. Significance. Altogether, these results demonstrate that training data from past calibrations should not be discarded but, rather, should be reused in an aggregated training dataset such that the increased amount and diversity of data improve algorithm performance. More broadly, this work supports a paradigm shift for the field of neuroprostheses away from daily data recalibration for linear classification models and towards daily data aggregation for non-linear regression models.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,783
Score d'incertitude au seuil0,396

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,045
Tête enseignante GPT0,262
Écart entre enseignants0,217 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations5
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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