下肢假肢的缺点之一是它们不能向使用者提供明确的体感反馈。电触觉刺激是恢复这种反馈的一种有吸引力的技术，因为它可以通过多个刺激点实现紧凑的解决方案。这允许刺激更大的皮肤区域同时提供更多的信息，并在空间和振幅上调制参数。然而，为了有效使用，触电刺激需要校准，并且在受试者坐着时执行该程序将是方便的。然而，振幅和空间感知可能受到残肢和窝之间的运动和/或物理耦合的影响。因此，在本研究中，我们评估并比较了多通道电触觉刺激在坐着和行走时对大腿/残肢的心理测量特性。

　　综合评价包括测量感觉和不适阈值(ST & DT)、刚好显著差异(JND)、明显间隔数(NDI)、两点辨别阈值(2PD)和空间辨别性能(SD)。实验涉及11名身体健全的参与者(4名女性，7名男性;29.2±3.8年)，经胫骨截肢3例，经股骨截肢3例。

　　在身体健全的参与者中，所有测量参数的结果都是一致的，他们表明，走路时振幅和空间感知都变差了。更具体地说，走路时ST和DT比坐着时显著增加(2.90±0.82 mA比2.00±0.52 mA;ST的p < 0.001，为7.74±0.84 mA vs. 7.21±1.30 mA;DT组p < 0.05)， JND组p < 0.05(22.47±12.21% vs. 11.82±5.07%;p < 0.01)， NDI降低(6.46±3.47∶11.27±5.18;p < 0.01)。在空间感知方面，步行时2PD更高(69.78±17.66 mm vs. 57.85±14.87 mm);p < 0.001)，而SD的性能显著低于前者(56.70±10.02% vs. 64.55±9.44%;p < 0.01)。对于下肢截肢的参与者，ST、DT和SD评估中的表现遵循在健全人群中观察到的趋势。然而，第二pd和第二nd的结果是不同的，并且是因人而异的。

　　所进行的评估表明，电触觉反馈应该在使用它的条件下进行校准(例如，在行走时)。坐着校准虽然更方便，但可能会导致对灵敏度的过度乐观(或在某些情况下悲观)估计。此外，结果强调，校准对于受下肢丧失影响的人尤其重要，以捕捉残肢和假体设置条件下的实质性变化。这些见解对于人工感觉反馈在下肢义肢中的应用具有重要意义。

　　下肢截肢是一个重大事件，对患者的生活质量有重大影响[1]。增加活动能力是下肢截肢患者经常表达的需求[2,3]，这促使了假肢技术的急剧改进[4,5,6]。然而，尽管发展了微处理器控制的无源和动力装置，假体使用者与一般人群在平衡和行走方面仍然存在重要差异[4,7,8,9,10,11,12]。这些差异至少部分是由于缺乏体感反馈:截肢后控制和体感通路的中断与摄动后快速步态调整能力降低和产生力的能力降低有关[7,8,9,10,11,12,13,14]。事实上，文献中的研究表明，人工体感反馈可以通过改善步态的对称性和正常性来改善行走和平衡，并促进体现感和减少幻肢疼痛[15,16]。

　　反馈可以提供使用侵入性[17,18,19,20日,21日,22日,23日,24日)或非侵入性刺激(25、26、27日28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46岁,47岁,48岁,49岁,50岁,51岁,52岁,53岁,54岁,55岁,56岁,57岁的58岁的59岁60)向用户传达假肢的状态(例如,膝角[17,18,19岁,30岁,39岁,40岁,41岁,56],脚接触[17,18、19、20、21、28、29、31、32、33、34、35、36、37、38、39岁,41岁,42岁,43岁,44岁,49岁,50岁,51岁,52岁,54岁,58岁的59岁60])。侵入性技术可以产生逼真的幻肢感觉，但需要额外的手术[17,18,19,20,21,22,23,24]。视觉和听觉界面具有高保真度，但仅限于实验室设置[45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60]。因此，振动触觉和电触觉接口通常用于紧凑的可穿戴解决方案[25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44]。在电触觉刺激中，触觉是通过传递低强度电流在局部皮肤中传播而引起的，以激活浅层皮肤传入神经，而不刺激深层组织(如肌肉)。这种方法特别适用于实现多通道接口，因为电极很薄，没有移动的机械元件，可以按照所需的形状、尺寸和配置打印，从而实现灵活紧凑的解决方案。多通道反馈尤为重要，因为它可以用来传达更多的反馈变量，也可以用更高的分辨率传达单个反馈变量[61,62,63,64,65,66,67,68,69]。

　　然而，触觉刺激需要经过校准的接口，以确保清晰的感知而不会感到不适。校准程序测量心理测量参数，以确定对幅度和/或位置变化的敏感性，然后使用获得的参数来控制空间和强度调制。例如，刺激通常在感觉(ST)和不适阈值(DT)之间进行调节。另一个重要参数是刚可注意差(JND)，因为它决定了反馈通道的有效分辨率，从而决定了受试者可以区分的幅度间隔的数量(NDI)。当使用空间编码时，通过改变位置(活动垫)来传递信息，需要评估两点辨别(2PD)阈值。2PD被定义为两个刺激位置之间的最小距离，使它们被视为独立的刺激(而不是单一的刺激)，因此，该参数表征了电触觉反馈的空间分辨率[70,71,72,73,74]。

　　众所周知，心理测量参数在受试者、刺激部位、皮肤状况、电极类型和波形之间存在差异[64,75]，甚至在不同研究之间也存在差异。例如，1970年，Solomonow等人系统地测量了一系列身体部位和刺激方式的2PD[70,71]。与其他身体部位相比，大腿是最大的2PD之一(9.88 mm)。其他研究通过使用不同的方案报道了更大的数值:24mm[72]、26mm[72]和43mm[73]。很少有研究使用振动触觉反馈来研究下肢截肢者残肢的空间心理测量特性[77,78,79,80]。通过改变反馈的频率和位置来评估坐着时的空间辨别能力[80]，结果表明插座和衬垫会影响感知能力[77,78,79]。总体而言，当振动马达位于内插座中时，参与者的定位误差更低，反应更快、更准确[78]。

　　对STs也进行了系统评估，与远端位置相比，它们在腿近端位置的感知较差[81]。一些研究测量了下肢截肢患者的STs[7,82,83,84]，表明皮肤敏感性也依赖于截肢的病因[82]。因血管异常而接受过经胫骨截肢的受试者，其残肢的ST降低，而创伤事件后接受截肢的受试者，其残肢出现超敏反应的几率更高[82]。

　　除了内在的可变性，心理测量的性质也取决于在测试期间进行的活动的类型。事实上，人类感知的研究表明，当身体部位参与运动时，感知能力会被调节[85,86,87,88,89,90]。更具体地说，运动引起知觉的减少(感觉阈值的增加)，也称为“感觉门控”，这在主动和被动运动中都有记录(手指[86,88]，手臂[85,86,89]和腿[87])。有趣的是，敏感性的降低似乎取决于运动强度[87]以及步态阶段[90]。然而，这些研究都是在健全的受试者身上进行的，运动对下肢丧失患者的敏感性的影响之前还没有研究过。

　　大多数评估反馈对下肢截肢患者影响的研究都没有校准刺激，或者没有明确指出已经使用了这样的程序[27,28,29,44]。在最近的研究中，反馈是在坐着时校准的，当感知不再最佳时，允许用户使用便携式设备自行微调反馈[39,40,41]。然而，反馈最初是在静止位置评估的，并没有在窝内的残肢上提供刺激。

　　因此，尽管一些研究表明，在评估反馈的条件下，校准是必要的[39,40,41,91]，但尚未对不同心理测量参数进行系统研究。此外，如上所述，以往的研究通常只关注单个参数(ST/DT [7, 81,82,83,84]， 2PD [70,71,72,73,74]， SD[77,78,79,80])，这些参数是在受试者正常放松和坐着时测量的，因此完全关注刺激。然而，单一的参数不足以表征感知，感知同时具有强度和空间维度。因此，在本研究中，我们对健全参与者和下肢截肢者在行走时的心理测量参数进行了全面评估，并将其与坐着时的估计结果进行了比较。心理测量参数评估使用电触觉刺激提供了一个16通道紧凑的刺激装置。我们通过测量ST、DT、JND、NDI、2PD和SD来评估表征振幅和空间分辨率的参数。假设是，与坐着相比，行走时的空间和幅度感知能力会更低，因为双重任务(行走时感知刺激)、肌肉和组织运动会对感知产生负面影响。此外，我们预计受截肢影响的参与者的窝将进一步影响感知，并有助于他们与健全参与者之间的差异。

　　本实验招募了11名身体健全的S1-11(女性4名，男性7名，平均年龄29.2±3.8岁)，3名经胫骨截肢者TT01-03(男性3名，年龄分别为32岁、49岁和58岁)，3名经股骨截肢者TF01-03(女性2名，男性1名，年龄分别为56岁、70岁和43岁)。对于身体健全的参与者，纳入标准如下:年龄在18至70岁之间，没有影响认知能力和运动的疾病。下肢截肢患者的入选标准如下:(1)单侧下肢截肢;(2)年龄在18岁至70岁之间;(3)无影响认知能力的疾病;(4)能够连续行走至少5分钟。下肢截肢患者的信息见表1。每位参与者在实验开始前都通过一份信息小册子被介绍到实验中，并签署了一份知情同意书。实验方案经丹麦Nordjylland地区研究伦理委员会批准(批准号N-20210033)。

　　表1下肢截肢患者的概况

　　实验设置如图1所示。使用紧凑型刺激器(MaxSens, Tecnalia, Spain，图1B)提供电触觉刺激[61,62]。该设备是完全可编程的，可以通过可定制的柔性电极阵列通过独立可控的通道提供刺激(图2)。“电极”包含16个“衬垫”，由聚酯层、Ag/AgCl导电层和覆盖引线的绝缘涂层制成。为了改善电极与皮肤的接触，衬垫被导电水凝胶覆盖(AG730, Axelgaard，丹麦)。电极的设计和衬垫的配置与[61,62]中使用的相同，但引线更长，以便它可以连接到放置在插座外的刺激器。

　　图1

　　

　　实验设置。(A)放置在同侧(健全参与者)或假肢侧(下肢截肢参与者)鞋中的力感电阻(FSRs)，以及(B)放置在大腿中部/残肢的电触觉装置(16片电极)，如图所示为经股截肢参与者。fsr用于在步行条件下触发步态周期的特定时刻的刺激，而在坐着条件下的刺激时间是预定义的(参见“幅度感知评估”和“空间感知评估”部分)。

　　图2

　　

　　本研究采用16片电极。该电极由16个圆形活性阴极(直径0.95厘米，中心之间距离1.3厘米，称为“衬垫”)和一个公共阳极(长19厘米)组成。一根30厘米长的引线被设计用来连接放置在插座内的电极和连接在插座外的刺激器

　　该装置产生双相对称的电流控制脉冲，刺激参数由一台通过蓝牙链路连接到该装置的台式电脑控制。刺激参数，即脉冲宽度和幅度，可以对每个pad进行在线独立调制，而频率是所有通道共有的全局参数。更具体地说，脉冲宽度可以从50μs变化到1000μs，通过10μs的增量;频率从1到400hz，以1hz为步长;振幅从0到10毫安，以0.1毫安为增量。在本研究中，脉冲宽度和频率保持不变，分别设置为500μs和50 Hz，而脉冲幅度被调制以控制引起的感觉强度，而不超过硬件限制所施加的10 mA。脉冲宽度和频率参数先前已被用于提供电触觉刺激[61,62,92]，而本研究中使用的幅度范围在文献报道的范围内[93,94]。

　　为了根据步态阶段提供刺激的时间，将一个定制的传感器鞋垫与2个力感应电阻器(fsr - lusense, PS3, Standard 174，图1A)放置在受试者的同侧/假体一侧的鞋跟和第五跖骨下。数据采集板(NI-DAQ USB-6343, National Instruments)基于1000hz频率采集的FSR信号触发触电刺激。在MATLAB R2021b (Mathworks, USs)中实现了坐着和行走时的电触觉刺激控制。

　　概述

　　本研究旨在评估健全人大腿和下肢截肢者残肢在静坐和行走时的心理测量特性。实验方案的时间线如图3所示。该会议持续了大约2.5小时，包括设备的设置，测试和每个条件之间的休息。休息至少持续5分钟，以确保参与者得到休息，并且不会因条件的快速连续而引起感觉习惯化[93]。在坐着的情况下，参与者坐在椅子上，膝盖大约在。90°的弯曲，放松和专注于引起的触觉。下肢截肢的参与者穿着假肢的方式与他们在步行条件下穿着假肢的方式相同。在步行测试中，参与者在跑步机上以评估开始前确定的首选速度行走。在坐着和行走时进行的测试包括幅度(ST, DT, JND和NDI)和空间(2PD和SD)感知的评估。准备工作和个别测试将在以下各节中介绍。

　　图3

　　

　　实验方案的时间表。术语“固定”表示评估和条件的固定顺序(灰线)，术语“随机”表示评估和条件的随机顺序(黑线)。在完成阈值评估后，参与者被随机分配到JND和NDI或2PD评估。对于所有的评估，坐姿(“S”)和行走(“W”)的条件是随机排序的，但最后一个区块的顺序是固定的(SD评估)。注释:“ST, DT”:感觉和不适阈值;“JND”:只是明显的差异;“NDI”:不同区间的个数;“2PD”:两点判别阈值;“SD”:空间歧视;“S”:坐;“W”:散步

　　条件(走路和坐着)的顺序和每种条件下的测试在参与者中随机化，如图3所示。唯一的例外是SD评估，它总是在最后进行，因为这项任务的表现可能取决于之前接触反馈的数量。在实验开始时，每个参与者都被口头介绍到刺激装置和每个心理测试。在每次测试之前，都会提供一个任务示例，以确保参与者正确理解口头描述。

　　准备

　　首先，使用酒精拭子清洁皮肤，并对水凝胶进行保湿，以改善电极-皮肤界面。然后，将电极放置在大腿/残肢前部(中长)，将中心垫与残肢长轴对齐。之所以选择这种定位，是因为大腿前部被认为是感知反馈的良好区域[80]，而中外侧定向先前在下肢假体中用于提供反馈[31]。对于经股骨截肢的参与者，除了具有骨整合系统的TF03外，电极按描述放置。对于经胫骨截肢的参与者，电极被放置在大腿上，在他们的衬垫下。在这两种情况下，将扁平连接器从套筒/尾管中拔出并连接到刺激器上，刺激器牢固地固定在套筒/尾管上。对于健全的参与者和TF03，电极被放置在大腿上，而刺激器被安全地附着在皮肤的近端。在所有病例中，电极和刺激器都用运动学胶带固定。对于TF03，电极放置在残肢上的位置略高于其他参与者，因为这是唯一可用的位置。为了优化放置，低强度脉冲通过每个垫(1 mA)传递，并逐渐增加到最大4 mA，以检查参与者在激活每个垫时是否感到不舒服或辐射感觉。如果他们报告这样的感觉，电极移动几毫米，重复测试，直到不希望的感觉消失。只有受试者S3和S7面临这个问题，通过轻微移动电极解决了这个问题。然后用运动学胶带固定电极，并将定制的足垫插入截肢者的假体一侧和健全者的同侧鞋中。

　　然后邀请参与者在跑步机上行走，以设置首选的行走速度和刺激时间。研究人员向参与者指出，首选的步行速度应该反映出以最小的努力以舒适的速度行走。为了确定首选速度，参与者开始以较慢的跑步机速度(0.14 m/s)行走，然后以0.028 m/s的增量增加速度。跑步机的显示器隐藏在视线之外，因此参与者不知道当前的步行速度。一旦参与者表明了他们的首选速度，0.42米/秒的值被增加，速度被降低到0.028米/秒，以重新建立首选速度。该过程重复3次，将确定的速度的平均值(四舍五入到最接近的小数点)作为首选速度[94]。

　　之后，参与者被要求在跑步机上以首选速度行走，并手动调整两种fsr的增益，以确保检测到脚跟撞击和脚趾偏离。然后，参与者被要求在跑步机上以首选速度行走，并记录15个步态周期，以确定在坐着的情况下实验中使用的刺激次数。这确保了时间与行走条件下使用的时间相当，在行走条件下，刺激是由步态事件动态触发的。记录的FSR信号用于确定足跟撞击、足平、脱跟和脱脚趾事件以及步态周期持续时间()、站立时间()和摇摆时间()。行走和坐位状态下使用的刺激时间如图4所示，用于JND/NDI评估，图5用于空间感知(2PD和SD)评估，并在本文后面详细解释。

　　图4

　　

　　定义行走(a)和坐位(b)时振幅(JND和NDI)评估的刺激序列。参数表示摆动阶段的持续时间。在行走状态下，刺激的激活和失效由步态事件触发，而在坐着时，时间是预先设定的，并与最初行走试验时的测量结果相对应(见“准备”)。STIM 1和STIM 2分别对应被试比较的第一和第二刺激，而STIM off则表示在此期间没有刺激发生。FSR 1和2是放置在脚底的两个力感电阻

　　图5

　　

　　定义行走(a)和坐位(b)时2PD和SD评估的刺激序列。参数表示步态周期的持续时间。在振幅感知评估中，刺激的激活和失活是由行走时的步态事件触发的，而在坐着时，时间是预先设定的，并与行走时事先测量的时间相对应(见“准备”)。FSR 1和2是放置在脚底的两个力感电阻

　　振幅知觉评定

　　振幅感知评估旨在评估受试者在坐着和行走时辨别刺激振幅变化的能力。这些信息对于设计依赖于调幅的编码方案(例如，通过刺激强度传递地面反作用力)非常重要。

　　阈值评估

　　系统设置完成后，确定了阈值。ST和DT分别对应于用户感知所引起的感觉所需的最小刺激幅度和感觉感到不舒服的强度。ST和DT采用极限上升法评估[95]。每个垫子都做一次，以0.1 mA的步骤增加脉冲振幅，直到参与者表示他/她感觉到刺激(ST)和刺激变得不舒服(DT)。坐/行走时的ST总是在DT前评估，以避免由于较高的刺激幅度而产生潜在的习惯。测试ST和DT时，将初始振幅分别设置为0 mA和ST。计算每个参与者的平均ST和DT，并将其用作该参与者的总体ST和DT。

　　中点振幅(MA)被定义为ST和DT之间的中点，选择这个值是为了产生清晰但不不舒服的感觉。一旦获得每个触控板的MA，就会对不同触控板的振幅进行微调，以确保每个触控板都能产生相似的感觉强度。微调过程包括依次激活两个相邻的触控板，并询问参与者是否感受到相同强度的感觉。如果不是这种情况，低感知强度的垫子的振幅会小步增加(0.1 mA)，直到参与者报告强度变得相同(反之亦然，对于高感知强度的垫子，取决于参与者更舒服)。然后对每一对相邻的垫子重复这个过程。

　　JND和NDI评估

　　JND对应于感知两个连续刺激之间的强度差异所需的最小幅度变化。NDI是使用JND计算的，它代表了参与者在整个动态范围内(即[ST, DT])可以区分的幅度级的数量，从而表征了感知的分辨率。

　　坐着和走路时的JND和NDI在相同的刺激范围内进行评估，该刺激范围定义为，其中坐着时评估。然后确定每个垫在坐着和行走时测量的该刺激范围与动态范围(即[ST, DT])重叠的百分比，然后根据最大重叠对垫进行排序。在坐着或行走时，定义的刺激范围大于动态范围的垫子被丢弃，因为这表明刺激既会达到ST以下，也会达到DT以上。然后根据排名选择剩余垫中最好的垫作为刺激通道，以确定JND和NDI。

　　对于选定的垫，我们使用双间隔强制选择任务中的常数方法将16个等间隔的振幅水平(8个高于参考，8个低于参考)与参考振幅()进行比较[95]。振幅从范围中选取，每次比较10次。在两个振幅上，刺激是按顺序和伪随机顺序传递的，参与者被要求报告哪个刺激(第一或第二)被认为更强。

　　刺激的时间和持续时间定义如图4所示。刺激持续时间对应于摆动时间()。在行走过程中，第一次刺激(STIM 1，见图4a)由脚跟撞击触发，第二次刺激(STIM 2，见图4a)由脚趾撞击触发。坐着时，第一次刺激(STIM 1，见图4b)由实验者触发并持续。然后在(STIM off，见图4a, b)期间关闭刺激，之后，进行第二次刺激(STIM 2，见图4b)。时间(和)是在最初的步行试验中确定的(如“准备”中所述)，因此，序列模仿了步行条件下的时间(图4)。刺激持续时间选择摆动时间()，因为它比站立时间()短。在坐着和行走时使用相同的时间进行刺激，以防止直接或由于相关现象(如习惯化)引起的不同刺激持续时间造成的潜在感知差异。

　　为了确定JND，使用s型函数来拟合通过比较16个振幅获得的归一化成功率[96]。主观相等点表示两个连续刺激被认为相等的幅度(似然范围的50%)。在75%的情况下，JND代表参与者感知到的最小幅度变化(占幅度范围的百分比)。因此，通过从似然范围的75%处获得的幅度中减去主观相等点来计算JND。

　　最后，使用JND计算参与者在坐着和行走时可以感知到的NDI。NDI可以用递推公式计算[97]:

　　（1)

　　式中为刺激幅度，为电平计数器。该参数初始赋值为1，并依次对应st，根据JND和上一级计算下一级振幅，迭代直至达到刺激上限(DT)。当递归停止时，参数对应于NDI。

　　空间知觉评估

　　这项评估旨在确定受试者对所传递刺激位置变化的感知能力。在使用空间编码传递反馈变量时，这一点非常重要。例如，每个焊盘可以与一系列值相关联，然后由当前活动通道指示反馈信号的瞬时值。为了使这种方法成功，使用者需要能够识别和区分放置在残肢不同位置的刺激通道。

　　2 pd评估

　　2PD被定义为两个触点之间的最小距离，当它们同时被激活时，受试者可以感知到它们。该参数决定了触觉反馈可以实现的最大空间分辨率，因此在设计电极(例如，垫之间的最小距离)和编码方案(例如，跳过多少个垫以产生可辨别的变化)时是重要的信息。为了确定2PD，使用双间隔强制选择任务中的常数方法，参考垫(电极中间)与“被测”垫同时被激活(图5)，该“被测”垫被伪随机地选择为距离参考垫1到7个垫(图5)。每对垫子(共14个)向参与者展示10次，并询问他们是否在一个或两个位置感觉到感觉。然后计算每个垫子组合的同时刺激被认为来自两个不同垫子的试验的百分比。

　　刺激时间如图5所示。将脉冲振幅设置为，刺激持续一个完整的步态周期()。在行走过程中，这种刺激是由脚后跟撞击或脚趾脱落伪随机触发的，一旦再次检测到同样的事件，这种刺激就会消失。引入伪随机激活以消除特定步态阶段可能对感知产生的混淆效应，因此，一半的试验从脚跟着地开始，一半从脚趾着地开始。在坐着时，刺激由实验者触发，并持续到在最初的步行试验中预先测量的时间(如“准备”中所述)。每次刺激完成后，参与者报告答案，并由实验者记录下来。

　　为了确定2PD，计算每个垫间距的平均感知垫数(1或2)。然后从该平均值中减去值1以获得标准化值(0-1)，表示感知2个单独垫子的可能性。分数越接近1，就越有可能被参与者以2分(而不是1分)的形式感知到刺激。随后，运用logistic回归对实验数据进行s型拟合[98]:

　　（2)

　　其中为拟合的s型函数，参数指的是距离，从而表示参与者等可能报告一个或两个点的距离。参数表示在此距离处的斜率，而以mm为单位的距离。该技术先前已用于评估2PD[99,100]。坐着和走路的2PD阈值被定义为对应的值，对应于75%的情况下参与者报告他们在两点上感受到刺激的距离。

　　SD评估

　　进行SD评估以评估参与者区分单个垫子的能力。为确保任务具有挑战性但可行，每隔一段时间就会纳入可持续发展评估。该测试包括三个阶段:熟悉、强化学习和评估。熟悉和强化学习在坐着时进行，而评估在坐着和走路时进行，以平衡的伪随机顺序进行。行走状态下的刺激在整个步态周期中随机传递，遵循与2PD测试相同的方案。在坐位状态下，刺激持续时间等于并由实验者触发。

　　在熟悉阶段，首先按顺序(从#1到#8)激活这些垫子，然后按随机顺序让参与者熟悉每个垫子引发的感觉。实验者告诉被试哪个键盘被激活了。在此之后，进行强化学习阶段:垫子被随机激活，参与者被要求猜测位置(活动垫子)。之后，由实验者提供正确答案。在一个区块中，通过随机顺序激活每个pad 3次，进行24次试验。参与者至少玩5个积木，最多玩10个积木。当准确度达到~ 80%时，强化学习停止，对应于5个缺失定位。如果参与者在10个区块后仍未达到目标准确度，则记录最高表现作为训练后的基线。最后一个阶段是按照强化学习期间的相同程序进行的评估，但没有向参与者提供关于正确答案的口头反馈。在这一阶段，参与者进行了80次试验(10次演示× 8次垫)。

　　为了分析SD评估中的表现，计算了每个参与者在最佳强化学习试验中的混淆矩阵，以及坐着和行走时的评估。因此，计算每个垫子的成功率，即正确猜测与错误猜测的比率，并且每个参与者的平均得分被定义为8个垫子的平均成功率。

　　由于受下肢截肢影响的参与者的样本量较小，因此仅对健全组进行了统计分析。使用Shapiro-Wilk检验评估数据的正态性，检验未显示非正态性的证据(p > 0.05)。因此，采用配对t检验来比较坐着和行走条件下获得的心理测量参数。差异有统计学意义的阈值为p < 0.05。使用Matlab (R2021b, Mathworks, Natick, MA, USA)进行数据分析，使用SPSS 28 (IBM, Armonk, NY, USA)进行统计检验。

　　摘要

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　　结果

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　　致谢

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　　肢体健全者的平均步行速度为1.02±0.12 m/s，下肢截肢者的平均步行速度为0.73±0.20 m/s。健全人的平均步态周期时间为1.19 s±0.09 s，平均站立时间为0.74±0.08 s，平均摇摆时间为0.44±0.04 s。下肢截肢者的平均步态周期时间为1.38±0.20 s，平均站立时间为0.80±0.10 s，平均摆动时间为0.58±0.12 s。站立百分比(相对于步态周期时间的站立时间)在健全者为62.5±3.3%，在下肢截肢者为58.48±3.1%。

　　图6显示了坐着和醒着时ST和DT的结果。健全组步行时ST和DT均显著高于坐着组(2.90±0.82 mA vs 2.00±0.52 mA;ST的p < 0.001，为7.74±0.84 mA vs. 7.21±1.30 mA;DT值p < 0.05)。对于下肢截肢的参与者，走路时ST也比坐着时高(图6c)。然而，DT的变化是特定于受试者的。与坐着相比，步行时的DT要么更高(TF02, TT02)，要么相等(TF01, TF03)，要么稍低(TT01, TT03)(图6d)。在健全组中，DT也存在类似的变异性(图6c)。TF01和TF03在两种情况下都达到了刺激系统的最大容量(9.5 mA)，这解释了两种情况下的感知值相等且没有变化。

　　图6

　　

　　阈值评估(ST和DT)。坐着(青色)和行走(橙色)时的感觉(ST)和不适阈值(DT)的总结结果。对于身体健全的参与者(n=11)， ST (a)和DT (b)结果使用箱形图显示，而对于下肢截肢的参与者，每个参与者使用属性标记单独显示。每个参与者在走路和坐着之间的ST (c)和DT (d)变化百分比用条形图显示。灰色为健全人，黑色为健全人的平均值±标准差，经股骨和经胫骨截肢者分别为紫色和深蓝色。正值表明步行时阈值高于坐着时阈值(反之亦然)。注释:“AB”=身体健全的参与者;“s#”=身体健全的参与者，后面跟着数字;“TF#”=经股骨截肢的参与者，后面跟着数字;“TT#”=胫骨截肢的参与者，后面跟着数字;“ST”:感觉阈值;“DT”:不适阈值;*p < 0.05， ***p < 0.001

　　JND和NDI的结果如图7所示。在身体健全的参与者中，行走时的JND(图7a)明显高于坐着时的JND(22.47±12.21% vs 11.82±5.07%;P < 0.01)，说明在行走过程中，被试对刺激幅度变化的敏感性较低。有趣的是，两名下肢截肢的参与者(TT01和TT02)在行走过程中JND的增加趋势相同，分别为8.78%和3.04%，而其他参与者的趋势相反，他们在行走过程中JND下降了- 5.64% (TF01);?8.23% (tf02);?6.85% (tf03);和?0.77% (TT03)，图7c)。因此，在这些情况下，步行提高了检测振幅变化的灵敏度。

　　图7

　　

　　JND和NDI评估。(a)刚可注意到的差异(JND)和(b)不同间隔(NDI)的数量在坐(青色)和走(橙色)时的总结结果。箱形图总结了健全参与者的结果(n=11)，而每个下肢截肢的参与者使用属性标记单独显示。柱状图显示了每个参与者在步行和坐着之间的(c) JND和(d) NDI的变化。灰色为健全人组，黑色为健全人组的平均值±std，紫色为经股骨和经胫骨截肢者，深蓝色为经股骨和经胫骨截肢者。正值表明步行时比坐着时变量更高(反之亦然)。注释:“AB”=身体健全的参与者;“s#”=身体健全的参与者，后面跟着数字;“TF#”=经股骨截肢的参与者，后面跟着数字;“TT#”=胫骨截肢的参与者，后面跟着数字;“JND”:刚刚明显的差异;“NDI”:不同区间的个数;*p < 0.05， **p < 0.01

　　NDI的结果反映了JND的结果(图7b)。一般来说，身体健全的参与者只能区分ST和DT之间的几个水平，走路时的NDI比坐着时低(平均损失4.81个间隔;p < 0.01)。对于两名下肢截肢且行走时JND较高的参与者，NDI也有所下降(TT01: - 11间隔;而在其他参与者中，与坐着相比，步行时NDI增加了1 (TT03)、4 (TF03)、5 (TF01)和13 (TF02)水平(图7d)。健全人群坐着和行走时的平均心理测量函数，以及每个参与者的个体心理测量函数，显示在附加文件1:图S1中，拟合优度结果显示在附加文件1:表S1中。

　　2PD的结果如图8所示。在身体健全的受试者中，走路时的2PD阈值明显高于坐着时的2PD阈值(69.78 mm比57.85 mm;p < 0.001)，这表明在行走时必须考虑两个垫子之间更大的距离，以便同时活动的垫子被单独感知(图8a)。步行和坐着时阈值的平均差值为11.94 mm，大致相当于1个垫的距离(图8b, c)。与健全人的结果相反，大多数下肢截肢参与者(TF01, TT01, TT02, TT03)在步行时感知到的2个单独的点距离比坐着时短(图8d)。例外情况是TF02，其结果与健全参与者相当，TF03在两种情况下都没有达到75%的2PD阈值。健全人群坐着和行走时2PD的平均心理测量函数以及每个参与者的个体心理测量函数显示在附加文件1:图S2中，拟合优度结果显示在附加文件1:表S2中。

　　图8

　　

　　2 pd评估。(a)坐着(青色)和行走(橙色)时两点辨别(2PD)的总结结果。箱形图总结了健全参与者的结果(n=11)，而每个下肢截肢的参与者使用属性标记单独显示。在电极图上显示了健全参与者坐着(b)和行走(c)的平均2pd。条形图显示了每个参与者在走路和坐着之间的2PD (d)变化。灰色为健全人组，黑色为健全人组的平均值±std，紫色为经股骨和经胫骨截肢者，深蓝色为经股骨和经胫骨截肢者。正值表明步行时比坐着时变量更高(反之亦然)。注释:“AB”=身体健全的参与者;“s#”=身体健全的参与者，后面跟着数字;“TF#”=经股骨截肢的参与者，后面跟着数字;“TT#”=胫骨截肢的参与者，后面跟着数字;“2PD”:两点辨别;***p < 0.001

　　在健全组中，行走时SD的表现(图9a)明显低于坐着时的表现(56.70% vs. 64.55%;p < 0.01)。因此，参与者在行走时更难以准确识别活动垫的位置。6名下肢截肢的参与者中有5人表现出类似的趋势(TF02, TF03, TT01, TT02, TT03)，表现分别下降了- 40%，- 8.75%，- 8.75%，- 32.5%，- 13.75%(图9b)。然而，与坐着相比，TF01在步行时表现更好，成功率提高了8.75%。附加文件1:图S3显示了健全人群在坐着和行走时SD的平均混淆矩阵，以及每个参与者的个体混淆矩阵。

　　图9

　　

　　SD评估。(a)坐着(青色)和行走(橙色)时的空间辨别(SD)总结结果。箱形图总结了健全参与者的结果(n=11)，而每个下肢截肢的参与者使用属性标记单独显示。条形图显示了每个参与者在走路和坐着之间的标准差(b)变化百分比。灰色为健全人组，黑色为健全人组的平均值±std，紫色为经股骨和经胫骨截肢者，深蓝色为经股骨和经胫骨截肢者。正值表明步行时比坐着时变量更高(反之亦然)。注释:“AB”=身体健全的参与者;“s#”=身体健全的参与者，后面跟着数字;“TF#”=经股骨截肢的参与者，后面跟着数字;“TT#”=胫骨截肢的参与者，后面跟着数字;“SD”:空间歧视;**p < 0.01

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