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Accès ouvert déclaré 2026 article

A neurophysiology-constrained joint network for multi-finger force estimation from surface electromyogram

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Rattachement africain : cn. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Decoding multi-finger forces from surface electromyogram (sEMG) is critical for dexterous prosthetic hand control. While recent deep learning-based end-to-end decoders have shown promising performance, they often lack physiological interpretability. Conversely, motor unit (MU) firing information provides a more accurate characterization of forces but is challenging to integrate effectively. Therefore, this study proposes a neurophysiology-constrained joint network (NCJ-Net), which explicitly integrates MU firing information by coupling a gated recurrent unit (GRU)-based decomposition network that estimates MU firing-rate representations with a temporal force regression network. A stage-wise training strategy, featuring initial pretraining followed by joint fine-tuning and MU quality-aware supervision on intermediate decomposition representations, was adopted to tightly couple the two subnetworks beyond a mere structural cascade. High-density sEMG and multi-finger forces were recorded from ten healthy participants performing multi-finger, multi-level isometric force tasks. The proposed NCJ-Net achieved the best performance (root mean squared error = 3.59 ± 0.82 % MVC (maximum voluntary contraction); coefficient of determination = 0.947 ± 0.031) and significantly outperformed all other baseline methods. An additional preliminary test involving one bilateral upper-limb amputee with visually presented target trajectories as surrogate reference outputs showed that NCJ-Net achieved the best overall performance. These results demonstrate that embedding neurophysiological hierarchy into a jointly optimized architecture can improve multi-finger force estimation while preserving the network's interpretability aligned with the neurophysiology prior of descending motor control pathway. Overall, the proposed framework offers a principled route toward intelligent and physiologically grounded decoding systems for human-machine interface applications such as dexterous prosthetic hand control.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
A neurophysiology-constrained joint network for multi-finger force estimation from surface electromyogram
Date Crossref
01/11/2026
Éditeur
Elsevier BV
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Xi'an Jiaotong University Department of Hand Surgery pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Xi'an Honghui Hospital pays non établi dans la notice
    Établissement de santé
  • School of Mechanical Engineering State Industry-Education Integration Center for Medical Innovations pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

Department of Hand Surgery — Xi'an Jiaotong University, Xi'an Honghui Hospital et State Industry-Education Integration Center for Medical Innovations — School of Mechanical Engineering.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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