Voluntary human motion is the product of muscle activity that results from upstream motion planning of the motor cortical areas. We show that muscle activity can be artificially generated based on motion features such as position, velocity, and acceleration. For this purpose, we specifically develop an approach based on a recurrent neural network trained in a supervised learning session; additional neural network architectures are considered and evaluated. The performance is evaluated by a new score called the zero-line score. The latter adaptively rescales the loss function of the generated signal for all channels by comparing the overall range of muscle activity and thus dynamically evaluates similarities between both signals. The model achieves a remarkable precision for previously trained motion while new motions that were not trained before still have high accuracy. Further, these models are trained on multiple subjects and thus are able to generalize across individuals. In addition, we distinguish between a general model that has been trained on several subjects, a subject-specific model, and a specific pre-trained model that uses the general model as a basis and is adapted to a specific subject afterward. The subject-specific generation of muscle activity can be further exploited to improve the rehabilitation of neuromuscular diseases with myoelectric prostheses and functional electric stimulation.


翻译:人体自愿运动是运动皮层区域上游运动规划产生的肌肉活动产物。我们显示肌肉活动可以人工产生,其根据是运动特征,如位置、速度和加速。为此,我们专门根据在监督的学习课程中受过训练的经常性神经网络开发一种方法;考虑和评价更多的神经网络结构。性能由称为零线分的新分来评价。后者通过比较肌肉活动的整体范围,对所有渠道生成信号的损失功能进行适应性调整,从而动态地评估两种信号之间的相似性。该模型对以前受过训练的运动实现了惊人的精确性,而以前没有受过训练的新运动则仍然具有很高的精确性。此外,这些模型是针对多个主题的培训,因此能够对个人加以普及。此外,我们区分了在几个主题上受过训练的一般模型,即一个主题特定模型,以及一个将一般模型用作基础并随后适应特定主题的具体经过训练的模式。可进一步利用特定对象的肌肉活动组来改进神经肌肉疾病的康复和功能性电动模型。

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