Summary
В данной статье описан новый метод оценки проприоцептивную дрейф на 2D плоскости, используя зеркальную иллюзию и сочетающего психофизического процедуру с использованием анализа машинного обучения.
Introduction
В последние годы исследования о смысле или опыта самостоятельного тела, то есть, собственное тело, увеличилось в контексте воплощения. Вариант осуществления относится к идее или концепции, имеющие физический или виртуальный орган, который может взаимодействовать с окружающей средой, такие как достижение, хватания, и трогательно. Например, люди могут коснуться объекта или другого человека, расположенный в окружающей среде, перемещая их собственное тело, в этом случае их собственные руки и кисти. В настоящее время, это взаимодействие или общение не ограничивается использованием собственного естественного тела. Из-за изобретения и развития человеческого типа роботов или аватаров в виртуальном мире, естественное человеческое тело может быть заменен искусственным телом, такие как гуманоидов, робот дистанционного управления, электрический протезом или компьютерной графики аватара в виртуальной реальности. Например, исследователи разработали робота, оператор может "захватить" объект, помещенный в передней части робота через его механическое тело, даже если робот находится далеко от положения тела 1,2 оператора. Аналогично этому примеру, если человек может выполнить действие с помощью искусственного тела, какой орган будет проводить приписывание самостоятельного тела оператора?
Мы можем легко найти темы, связанные с этой дискуссии по атрибуции или проекции "Я" от собственного природного тела к искусственной, без плоти и костей тела. Одним из примеров можно найти в медицинской сфере; например, в области медицинской реабилитации, лечения, "трюк" само тело ощущение пациента с помощью зеркал в настоящее время изучаются для уменьшения боли и улучшения двигательной функции отсутствующего или парализованной конечности, называется зеркальной терапии 3-6. В этой терапии, зеркальная образ неповрежденную часть тела или конечности может ввести в заблуждение мозг пациента, полагая, что недостающее или парализованной конечности соответствует воспроизведенной в зеркале и привести к чувству, что она до сих пор в немs Первое условие (т.е. до аварии). Он все еще обсуждается, как эта иллюзия влияет на устойчивость мозга, связанные с представлением тела. В дополнение к этому типу обсуждения на нашем естественном теле, мы можем найти подобные обсуждения по варианту, в особенности вопросов проектирования взаимодействия человека-системы в области машиностроения. Самоощущение для искусственного или виртуального тела хорошо изучен в контексте телеприсутствия, интерфейс мозг-машина, и мозг-компьютерного интерфейса 1,2,7-9. Некоторые исследователи сообщили, что человекоподобный робот, который может передавать тактильные ощущения от его руки робота на руке оператора, может захватить смысл оператора собственного тела на робота, а также ощущение того, что в месте, где робот позиционируется а не там , где на самом деле существует оператор, который называется телеконвертора существование 1. Другие исследователи сообщили, что виртуальный аватар отражает движения тела оператора сильнымLY передает смысл оператора собственного тела от собственного тела оператора в виртуальном теле 9. Эти данные показывают, каким образом пользователи могут проецировать свое чувство собственного тела в искусственное тело, такие как гуманоидов, робот дистанционного управления, электрический протезом или компьютерной графики аватара в виртуальной реальности, даже если искусственное тело не напрямую связано с их мозг и тело.
Фундаментальные научные исследования по этому виду ощущения себя тела для не из плоти и крови, искусственные тела, как объекты были рассмотрены основные механизмы мозга для опыта самостоятельного тела с использованием резиновой руки иллюзию (RHI) и зеркало 10-13 иллюзия (MI) 14-16 в медицинских и инженерных областях, а также в психофизики и нейропсихологии. RHI это ощущение, что резиновая рука принадлежит к собственному телу и вызывается одновременным гладить видимую резиновую руку и затененное руку участника. В MI, рука IMAGE в зеркале, расположенной вдоль оси среднесагиттальных визуально фиксирует воспринимаемую позицию участника невидимого противоположной стороны. Кроме того, синхронные движения отраженной и невидимой рукой вызывают сильное ощущение, как будто отраженное изображение руки были невидимое противоположной рукой. Согласно исследованию на этих иллюзий, согласованность между мультимодальной информации и прогнозирования и сенсорной обратной связи о движениях тела, кажется, играет важную роль для суждения о присвоении самостоятельного тела. Таким образом, эти две иллюзии может быть простой, но мощный доказательства и инструменты для ученых, чтобы исследовать механизмы мозга, лежащие в основе нашего ощущения того, чтобы быть обманут или полагая, что некоторые искусственный объект или изображение может субъективно наша собственная часть тела, и что наше само тело ощущение делает не должны быть привязаны к нашему естественному физическому телу.
Во всех этих исследованиях, перечисленных выше, обсуждение было основано на концепции "Я" consistiнг двух типов ощущений , предложенных философа Gallagher 17: чувство собственности и чувство агентства. Чувство собственности относится к ощущению, что наблюдаемая часть тела является родным. Чувство агентства соответствует ощущение, что движение тела является самообусловленным. Эти два ощущения определяются как минимальное себя, то есть непосредственное чувство самости 16. Согласно этой концепции, приписывание "Я" для естественных, поврежденных, виртуальных и механических тел могут быть оценены с помощью одних и тех же показателей: чувство собственности и агентства. Для того, чтобы использовать эту шумиху для научной оценки, возникает вопрос о том, как измерить чувство собственности и агентства робастно. В настоящее время оценка чувства собственности и агентства в основном опирается на вопросники, первоначально предложенная Botvinick 9. В дополнение к опросных листов, мы можем попытаться измерить их в количественном отношениях. Например, мошенник кожаответ кондактанса (SCR) , был использован в качестве физиологического показателя собственности в тех случаях , когда резиновая рука внезапно режут ножом 18. ОПЗ рассчитывается путем измерения электрических характеристик кожи и является чувствительным и действительным показателем для возбуждения 19. Так как этот метод обычно применяется для одиночных испытаний на каждого участника, измерения SCR не подходит в качестве физического индекса во время психофизических экспериментов, которые требуют повторных измерений в пределах участников. Одним из наиболее успешных поведенческих показателей для чувства собственности является проприоцептивная дрейф. Проприоцептивная дрейфа является изменение в воспринятой положение невидимого реального стороны в сторону положения объекта , который выглядит как рука, как, например резиновой производства протеза или компьютерная графика. 10-13 Так как это изменение может быть оценена и многократно робастно путем измерения расстояния между невидимой рукой и реальным визуальным изображением руки, проприоцептивные дрейф яса подходящий физический показатель для психофизических измерений. Тем не менее, это использование следует оценивать тщательно, потому что недавние обсуждения поставили под сомнение ли проприоцептивные дрейф всегда может быть использован в качестве поведенческого индекса собственности 12.
Как правило, проприоцептивные дрейф измеряется только в одном из трех направлений, таких как высота, ширина, или глубины. Проприоцептивная дрейф редко измеряется в нескольких направлениях из-за сложности оценки и визуализации многомерных данных. Этот метрологический ограничение не имеет решающего значения для фундаментальных исследований изучает механизмы, которые обрабатывают мультисенсорной информации, так как условия эксперимента могут быть легко спроектированы и контролировать, чтобы ограничить измеренные размеры. Тем не менее, в повседневной жизни, наши руки свободно двигаться в 3D, чтобы следовать наши намерения. В этой ситуации трудно и недостаточно, чтобы измерить поведение участника с опросных листов, что сильно ограничивает движение и позitions из рук. Таким образом, учитывая потенциальные заявки на чувство собственности и агентства в области машиностроения и реабилитации, измерения, которая включает несколько направлений и позволяет свободное движение рук необходимо оценить пространственное соотношение между визуальной и проприоцептивной обратной связи в ситуациях повседневной жизни. Если такое измерение было возможно, измеренное расстояние между реальным и наблюдаемым руки могут быть использованы в качестве ориентира для чувства собственного тела. Это может стать не только показателем прогресса реабилитации, но и критерием для пространственного сдвига между управляющей мишени на дисплее и операционной стороны. Остается открытым вопрос о том, как это измерение может быть осуществлено надежно и эффективно.
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, мы вводим новый метод оценки проприоцептивную дрейфа, что соответствует смещению от положения невидимой руки реального участника к тому, что видимой рукой, как O▪ Таблица, на 2D плоскости, используя зеркальную иллюзию путем объединения психофизического процедуры и анализ с помощью машинного обучения. По сравнению с резиновой рукой, рука изображение в зеркале сильно захватывает воспринимаемую позицию участника невидимого реальной руки. Кроме того, зеркальное изображение сразу отражает произвольные движения рук для размещения рук. Таким образом, зеркальное изображение было выбрано в качестве визуальной обратной стороны от участника. Кроме того, для измерения проприоцептивную дрейф, похожий на ситуациях повседневной жизни, участники расположены их Невидимая рука проб по-проб по их желанию, и было увеличено число испытаний. Хотя любое сочетание направлений могли бы быть использованы, сочетание высоты и глубины была выбрана из-за легкости размещения зеркала по вертикали. Для проверки соответствия между нашим методом и предыдущих исследований 13, были реализованы две визуальные условия: с и без визуальной обратной связи. В состоянии с визуальной обратной связью, зеркало W, как расположены вдоль среднесагиттальных плоскости, чтобы создать отраженное изображение с левой стороны, как будто это было видно, как правой рукой. В состоянии без визуальной обратной связи, матовая доска была использована для того, чтобы скрыть реальную правую руку участника. Мы оценивали эффективность этого нового метода, сравнивая результаты с результатами, полученными с помощью вопросника о смысле собственности и агентства.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все аспекты эксперимента были одобрены Комитетом по этике Токийского технологического института по.
1. Экспериментальная установка
- Материал и установка для измерения проприоцептивной Drift.
- Получить стенд , который может провести см пластину 100 х 100 по вертикали (рисунок 1).
- Получить стул, на котором участник может удобно сидеть во время эксперимента.
- Получают 100 х 100 см акриловый зеркало и матовый доске.
- Получить позицию трекера (например, SLC-C02, Cyverse) отслеживать правильное положение рук участника. Пространственное разрешение должно быть около 1,5 мм, чтобы обеспечить достаточное количество выборок, которые будут использоваться для машинного обучения.
- Получить инфракрасные маркеры LED и световозвращающие, которые будут использоваться для обозначения положения подставки и правую руку участника, соответственно (см шаги 1.1.11 и 3.2.6).
- Получите педаль для ответа участника. Создание заказных программа, которая может записывать и отображать одновременно отклика и правой позиции участника и играть звуковой сигнал в качестве обратной реакции участника при нажатии на педаль. В этих экспериментах, правая рука позиция участника была собрана с помощью устройства захвата двигателя и его заказные программу в соответствии с инструкциями производителя.
Примечание: Согласно предыдущей статье 16, программа была разработана с инструментария разработки программного обеспечения. Заказные программа, разработанная инструментарий разработки программного обеспечения может быть адаптирована для других марок устройств захвата движения. - Используйте метроном, чтобы обеспечить синхронизирующие сигналы для подготовки движения рук, то есть, нажав на поверхности зеркала или на доске. См шаг 3.1.1 для точных инструкций обучения.
- Используйте наушники с шумоподавлением, чтобы уменьшить вероятность того, что участник может слышать звуковые сигналы для положения руки.
- Для визуального состояния обратной связи, прикрепить зеркало к подставке. Для условия без визуальной обратной связи, прикрепить доску к стойке.
- Поместите инфракрасный светодиод в верхнем левом углу зеркала или доске.
- Материал и установка для измерения чувства собственности и Агентства.
- Повторите процедуру с шага 1.1.1 к шагу 1.1.11.
- Создать или получить анкету с оценкой чувства собственности и агентства (например, 10,13,16). В таблице 1 приведены примеры из этого вопросника , используемого в предыдущем исследовании 15.
- Используйте монитор или планшетный компьютер, чтобы отобразить вопросник участника.
2. Участники
- Набирать около 10 правые участников с нормальным или скорректированным к нормальному зрению.
Примечание: Количество участников может быть скорректирована в соответствии с экспериментальными целями и числа повторных испытаний на participмуравей. - Получить письменное информированное согласие на участие до начала эксперимента.
Процедура 3. Эксперимент
- Этап подготовки для движения рук.
- Поезд участников синхронно нажмите обеими руками на зеркале или на доске при определенном темпе, используя метроном. Попросите участников выполнить выстукивая движение, держа пятки руки в контакте с зеркалом или доски. В начале обучения, запустить метроном в темпе 60 ударов в минуту, а затем поручить участнику переместить обе руки синхронно в соответствии с звуком метронома.
- Убедитесь в том, что время движения руки участника близка к одному циклу в секунду (примерно 1 Гц), сравнивая его звук метронома через несколько минут после начала разговоров.
- Оценка проприоцептивной дрейфовать в Участника среднесагиттальном плоскости.
- Установите зеркало или доски, на стенде исходя из условий: с визуальной обратной связи, установите зеркало; без визуальной обратной связи, установить доску.
- Убедитесь в том, что участник сидит очень близко к зеркалу или доске, которая расположена вдоль плоскости среднесагиттальных участника (рисунок 1).
- Убедитесь, что участник может увидеть зеркальное отражение левой руки, но не может видеть реальную правую руку.
- Попросите участников обратить внимание на образ левой руки в зеркале во время эксперимента.
- Поместите световозвращающих маркеры на указательным пальцем участника и запястья.
- Поскольку маркеры ставятся только на правую руку участника, убедитесь, что тактильные ощущения правой руки участника в связи с прилагаемыми маркеров не изменяется существенно по сравнению с левой рукой, запрашиваяучастник в устной форме.
- Помещенный шумоподавления наушники по уши участника.
- Попросите участника, чтобы переместить левой рукой примерно 30 см по вертикали и 30 см по горизонтали от нижнего правого угла зеркала и сохранить эту левую позицию стороны в ходе эксперимента. Это положение устанавливается как происхождение поверхности 2D плоскости.
- Попросите участников, чтобы поместить правую руку по своему желанию на другой стороне зеркала или на доске и сохранить свою позицию до конца судебного процесса.
- Попросите участника о задаче следующим образом:
- В начале каждого испытания, поручить участнику нажать среднюю кнопку педали. В это время, система будет передавать звуковой сигнал через наушники в качестве обратной связи нажмите на педаль.
- Услышав звуковой сигнал, инструктировать участника, чтобы начать коснувшись обеими руками синхронно с частотой 1 Гц на плате, которая является зеркалосостояние с визуальной обратной связи или доске в состоянии без визуальной обратной связи.
- После более чем шести движений рук, поручить участнику, чтобы остановить движение в предпочтительное время и ответить на вопрос о правильном положении рук, нажав на правую или левую кнопку на педаль. Правая кнопка является да и левая это нет. Вопрос заключается в том, "Вы чувствуете, что правая и левая рука находятся в том же положении делать?" В этот момент, участник раздается звуковой сигнал в качестве обратной связи для печати педаль снова.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если участники спрашивают о значении "той же позиции," сказать им, что "то же положение" означает, что субъективное по высоте и глубине правой руки эквивалентны тому, что в левой руке. - Попросите участника, чтобы переместить правую руку на другую позицию по своему выбору. Затем начать судебный процесс снова. Этот цикл будет продолжаться до 200 испытаний на каждое условие.
- Во время выполнения этой задачи, проверить, что время нарезании резьбы участника остается приблизительно 1 Гц, рассматривая движение по сравнению с метрономом.
Примечание: Звук метронома можно услышать только экспериментатором. - После окончания около 100 испытаний, пусть участник сделать перерыв.
- Выполните эксперимент для других условий (с или без визуальной обратной связи) на отдельные дни.
- Оценка чувства собственности и Агентства в Зеркальном Состояние.
- Определить позиции правой руки для сбора ответов участника на вопросник о смысле собственности и агентства. Например, в предыдущей публикации 16, было 13 приставкой правильные позиции рук. Эти точки были расположены через каждые 7 см до ± 21 см от начала координат.
- Выполните ту же процедуру для абОве оценка, как указано в шаге 3.2.2 к этапу 3.2.7.
- Попросите участника не поместить правую руку следуя руководство экспериментатора и сохранить свои позиции до окончания одного судебного процесса.
- Попросите участника о задаче следующим образом:
- В начале процесса, нажмите среднюю кнопку педали. В это время, участник будет услышать звуковой сигнал в качестве обратной связи нажмите на педаль.
- Затем начинают коснитесь правой и левой руки синхронно с частотой 1 Гц.
- После более чем в шесть раз выстукивать, нажав остановки, когда экспериментатор указывает. Затем, ответьте на вопросы о смысле собственности и агентства отображается на мониторе с помощью шкалы Лайкерта 7-балльной с оценками в пределах от -3 ( "категорически не согласен") до +3 ( "полностью согласен") с указанием 0 ни согласия, ни несогласия ( "неопределенными").
- Переместить правую руку к той позиции, что экспериментатор указывает. Затем запустите пробную версиюеще раз. Этот цикл будет продолжаться до числа правых позиций, что экспериментатор определяет.
- Убедитесь в том, что участник может понять задачу и попросить участника, чтобы запустить задачу.
Анализ 4. Данные
- Анализ проприоцептивной дрейфовать в Участника среднесагиттальном плоскости.
- Получите статистический инструмент , который содержит приложение машинного обучения, особенно опорных векторов (например, R, MATLAB). Использование опорных векторов (SVM) в качестве классификатора для извлечения границ ответов участника. В предыдущей публикации дается объяснение алгоритмов классификатора (см главу 7) 20. В этой статье мы объясним метод, используя R (версия 3.1.2).
- Установите пакет с именем "kernlab" 21, в котором содержится анализ с использованием SVM в приложении R.
- Отметьте область, которая показывает proprioceptiве дрейф вручную следующим образом (рис 2 описывает схематическое представление потока данных анализа). См дополнительный программный код и выборку данных для дальнейшего объяснения этого анализа данных.
- Вычислить относительные правильные позиции руки от начала координат. Откажитесь данные с ошибками (например, отсутствующие данные о местоположении или ответов участника) из анализа.
- Сделать вероятностную модель "да" ответов участника в 2D пространстве с помощью SVM. Используйте данные из ответов как символическое описание модели. Используйте данные правого положения руки в качестве параметров модели. Используйте часто используемые функции ядра радиального базиса в качестве ядра для SVM. Для того , чтобы избежать произвольного анализа, расчета сигмы (то есть, параметр , используемый для изменения веса каждой точки данных) с помощью автоматической оценки сигмы.
- Убедитесь в том, что модель правильно установлена, проверяя, что е местое ошибки обучения модели находятся под 0,2. Используя вероятностную модель, определить область, в которой оценивалась р-значение "да" ответов участника, чтобы быть более 0,5.
- Усредненные данные каждого участника, чтобы сделать область, которая показывает проприоцептивную дрейф.
Примечание: Поскольку трудно усреднить границу "да" и "нет" зоны ответа оценивается р-значений ответов в 2D пространстве, рекомендуется использовать два типа среднего. Одним из методов является усреднение Р-значения для ответов участника в 2D пространстве, которое является метод, используемый до оценки границы. Другой метод заключается в среднем размер области, которая используется после оценки границы.
- Анализ данных анкеты и Площадь помещений.
- Получить статистический инструмент для оценки значимости позиции категории вопросника (например, SPSS или R) и.
- Оценка нормального distributioп всех данных с помощью теста Шапиро-Wilk, и применить соответствующий непараметрический тест , когда один или несколько соответствующих наборов данных не отвечают критериям для нормального распределения (например, Критерий Уилкоксона, Фридман тест).
Примечание: Если непараметрический метод, который подходит для эксперимента отсутствует, используется параметрический метод и объяснить рассуждения. В предыдущем исследовании 16, двухсторонняя повторных измерений ANOVA проанализировали данные анкеты, так как не было непараметрический заменой для этого анализа.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Типичные результаты предыдущего исследования представлены для иллюстрации метода 16. Фигура 3А показывает , что формы площадь , где участник не может обнаружить пространственное смещение между левым и правым положением руки отличались между условиями с (зеркалом) и без (доске) визуальный . Обратная связь на фиг.3В показано , что размеры площадь в состоянии с визуальной обратной связью значительно больше , чем в состоянии без визуальной обратной связи (Уилкоксона-ранговый критерий: Z = -2.803, p = 0,005). Эти результаты свидетельствуют о том, что требуемое смещение между визуальной и проприоцептивной обратной связи для поддержания проприоцептивная дрейфа примерно 10 см , и это значение изменения по направлению (Рисунки 3 и 4). Вертикальное смещение оказалось больше, чем горизонтальное смещение. На рисунке 5, вертикального и горизонтального пространственного распределения вопросника оценка Fили владение телом и агентство показало одномодальное распределение. Их вершины были в начале координат, где правая рука участника была почти в том же положении, что и в зеркальном изображении руки. В противоположность этому, пространственное распределение для десятков операторов управления был почти плоским и под -1. Двусторонний повторных измерений ANOVA показали главные эффекты для категорий и позиций, что участники, указанные в анкетах (по горизонтали: Категория: F (3,27) = 11.12, р <0,001; Position: F (6,54) = 10,27, р <0,001; по вертикали: Категория: F (3,27) = 24,21, р <0,001, вакансии: F (6,54) = 7,298, р <0,001). Взаимодействие между категорией и позиции были также значимыми (по горизонтали: F (18162) = 9,42, р <0,001; вертикальная: F (18162) = 8,00, р <0,001). Эти результаты означают, что чувство собственности и агентства уменьшается, когда пространственное смещение между реальным участника затемняется правую руку и зеркальная руки изображение увеличено. В Fi6 фигура, сравнение визуализации проприоцептивными дрейфа и анкетных результатов для чувства собственности и агентства показывает , что смещенные участки для поддержания эти явления являются концентрическими и почти перекрываются.
Рисунок 1:. Обзор установки Экспериментальная установка включает в себя стенд , который содержит либо зеркало или к доске, стул, устройство ответа (ножной педали) и записывающие устройства для положения рук участника. На верхнем рисунке показано схематическое изображение установки от направления, в котором участник может увидеть зеркальное отражение его / ее левой рукой. Нижний рисунок показывает вид на обратной стороне зеркала. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 2: Анализ потока данных (A) Пример ответа участника и правильные позиции рук. (Б) Схематическое представление "да" модели отклика оценивается SVM. (C) Результат анализа границ. (D) Средние площади по всему участников. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3: Сравнение Area форм и размеров между условиями с и без визуальной обратной связи (A) Сравнение замкнутых фигур.. Происхождение графика является положение с левой стороны, то есть положение миrrored руки изображение в визуальном состоянии обратной связи. Вертикальные и горизонтальные оси показывают правильное положение рук участника в качестве проприоцептивной обратной руки. (B) Сравнение размеров площади. Вертикальная ось показывает размеры площадь, где участники не могли обнаружить пространственные смещения между левым и правым положением рук. Горизонтальная ось показывает состояние с или без зеркального изображения рук в качестве визуальной обратной связи (справа: с визуальной обратной связью, слева: без визуальной обратной связи). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 4: Индивидуальные данные Для большинства участников, форма границы в состоянии зеркала было больше , чем в состоянии доске. Это говорит о том, что метод визуализации с использованиемSVM удалось показать эффект визуального захвата изображением тела в зеркале. В отличие от этого , для участников D, H и J, было мало различий в отношении условий, указывая , что там могут быть индивидуальные различия для эффекта визуального захвата. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 5: Результаты опроса (A) Пространственное распределение баллов вопросника по вертикальной оси.. (B) Пространственное распределение баллов вопросника по горизонтальной оси. Право собственности и агентства оценки были самыми высокими в начале координат относительно вертикальной и горизонтальной позиции. Плеаза нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 6: Сравнение классификации и вопросника (A) Пространственное распределение анкетного баллов для владения и агентства по горизонтальной оси.. (B) Пространственное распределение анкетного баллов для владения и агентства по вертикальной оси. (С) Предполагаемая площадь , где участники не смогли обнаружить смещение между зеркальным изображением руки и скрывало реальное правой рукой. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
| категория | |
| Владение | 1. Я чувствовал, как будто я был Lookiнг на моей правой руке. |
| 2. Я чувствовал, как будто рука в зеркале была частью моего тела. | |
| 3. Казалось, будто я почуяв движение моей правой руки в том месте, в котором рука в зеркале перемещается. | |
| 4. Я чувствовал, как будто рука в зеркале была моя рука. | |
| Владение контроль | 5. Я чувствовал, как будто моя настоящая правая рука превращается в руку в зеркале. |
| 6. Казалось, что у меня было больше, чем одну правую руку. | |
| 7. Оказалось, как будто рука в зеркале дрейфует к моей реальной руки. | |
| 8. не чувствовал, как будто у меня было больше не правой рукой, как будто исчезла моя правая рука. | |
| Агентство | 9. Рука в зеркало перемещается так же, как я хотел, чтобы мой правую руку, как будто это были повинуясь моей воле. |
| 10. Я чувствовал, как будто я контролировал движение руки в зеркале, как я хотел бы контролировать, что моей правой рукой. | |
| 11. Я чувствовал, как будто я, вызывая движение, созданное рукой, что я видел, как моя правая рука. | |
| 12. Всякий раз, когда я переехал мою правую руку, я ожидал, что рука в зеркале, чтобы двигаться таким же образом. | |
| Агентство контроль | 13. Я чувствовал, как будто рука в зеркале контролировал мою волю. |
| 14. Я чувствовал, как будто рука в зеркале контролировал мои движения. | |
| 15. Я мог ощутить движение где-то между моей реальной правой рукой, и рука в зеркале. | |
| 16. Казалось, будто рука в зеркале было своей собственной волей. |
Справочная файлов. Пример кода и набора данных для метода анализа с использованием SVM. Этот код может быть осуществлена с использованием R (версия 3.1.2) и провести такой же анализ , как и в текущей работе. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы загрузить этот файл.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Мы демонстрируем метод для оценки проприоцептивную дрейф в 2D плоскости во время зеркальной иллюзии с помощью SVM и сравнить результат с ответами на вопросник для чувства собственности и агентства. Этот новый метод показал, что требуемое смещение между визуальной и проприоцептивной обратной связи для поддержания проприоцептивная дрейфа составляет около 10 см, и что это смещение тесно пересекается со смещением требуется для поддержания чувства собственности и агентства.
Следует отметить, что наиболее важным шагом этого метода описана в разделе 3.2.5, инструкцию участникам об их внимания. В предыдущем экспериментальном исследовании 16, эффект визуального захвата зеркальным изображением руки редко наблюдается , когда участники субъективно сообщали , что они уделяли больше внимания к их телу. До сих пор неясно, способствует ли внимание к этому явлению. Взаимосвязь между вниманием и чувством собственности и агентства редкообсуждался в связи с трудностью контроля или измерения внимание участников. Насколько нам известно, есть только одно исследование 22 , которые непосредственно исследовали влияние внимания на чувства собственности. Чтобы избежать сложных дискуссий о том, как контролировать и измерять внимание, тщательный инструктаж относительно внимание участников требуется.
Другой критической точкой является то, что участники могут выбрать положение рук для следующего суда по собственному желанию в сеансе измерения проприоцептивную дрейф. В традиционных психофизических, степень свободы поведения участников, как правило, ограничены, и контролировать, чтобы сделать эксперимент более надежным и воспроизводимым. Например, в экспериментах по измерению проприоцептивную дрейф и чувство собственности и агентства с помощью резиновой руки иллюзия парадигмы 10-13, точки отбора проб положение рук участников были заранее определены по одному из трех направленииs, такие как высота, ширина, глубина или, чтобы избежать трудностей измерения и визуализации многомерных данных. Тем более , что опросники требуют времени для каждой точки отбора проб из - за количества категорий (например, заявления собственности, агентства и управления), число точек выборки более ограничены по сравнению с методами записи человеческого поведения. В этом методе, в целях обеспечения согласованности с другими исследованиями, измерение чувства собственности и агентства с помощью вопросника был ограничен и приставкой, а также. Это ограничение связано с поведением участников не имеет решающего значения для проведения фундаментальных исследований, исследуя механизм мозга чувства собственности и агентства, потому что можно проектировать и контролировать условия эксперимента точно и воспроизводимо путем включения этих ограничений в экспериментальных условиях. Тем не менее, принимая во внимание потенциальные заявки на чувство собственности и агентства в области техники и реабилитации, это ограничениеможет иметь решающее значение для оценки человеческого поведения в 3D при повседневных условиях жизни. В этих условиях, где участники могут двигаться руку и выбрать свою позицию более свободно, то трудно оценить проприоцептивную дрейф с использованием традиционных психофизических методов. Чтобы преодолеть эту проблему, А.Н. SVM, тип машинного обучения, был принят для оценки и визуализации проприоцептивной дрейфа. Этот метод может собирать и анализировать большие массивы данных, такие как многомерные данные, содержащие ответы участников и ручные позиции в 2D с свободным выбором. Используя эту технику, ответы участников «выборочные в различных положениях руки были классифицированы и проанализированы площадь, где участники не заметили, расстояние между зеркальным отражением левой руки и скрытой фактической правой руки.
Этот метод имеет критическое ограничение, которое является то, что средняя площадь, показывающая проприоцептивную дрейф через участников в настоящее время не отображается Individual различия. Это связано с ограничением метода визуализации для отображения более трехмерных данных на 2D поверхности. Данные по средней площади, показывая проприоцептивную дрейф будет содержать 2D данные о местоположении, вероятность ответа участника, а также индивидуальные различия. Чтобы включить индивидуальные различия, метод визуализации, который может показать четырехмерные данные не потребуется.
Будущее направление этого метода заключается в расширении размеров из 2D в 3D и включить временные функции. Хотя все еще существуют некоторые трудности в методе визуализации для более трехмерных данных, эти разложения с дополнительными измерениями поможет понять, как мозг обрабатывает мультисенсорной информацию из нескольких методов, таких как зрение и проприоцепции. Для достижения этой экспансии, требуется проведение дальнейших исследований.
С точки зрения применения, этот метод может помочь Энгиneers стратегически дизайн удобство или чувство управления для управления системами в режиме реального времени, таких как роботы, хирургических роботизированных систем и систем виртуальной реальности. В этих системах, ощущение пользователя во время работы часто оценивается с помощью вопросников , постфактум. Поэтому сложно реализовать ощущения пользователя во время работы при создании прототипа системы. Если бы мы могли выявить ограничение пространственно-временного расхождения между мультисенсорной обратной связи для поддержания чувства собственности и агентства, это помогло бы обеспечить правила о мультисенсорной обратной связи от систем машин для поддержания самостоятельного тела, как удобство использования, в котором операторы контролировать системы, как если бы они контролировать свое собственное тело. Этот метод показывает пространственное смещение между зрительной и проприоцептивной обратной связи для поддержания чувства собственности и агентства. На основании этого результата, чувства участника по отношению к зеркальному изображению руки можно управлять с помощью манипулированиярасстояние между рукой изображением и скрытой реальной руки. Изменение пространственно-временного отношения через мультисенсорной обратной связи от различных действий, станет первым шагом на пути к стратегически контролировать чувство пользователя во время работы.
Эта идея может быть принята не только для техники, но и для реабилитации. Несколько исследовательские усилия направлены на улучшение двигательных функций и боли у людей с отсутствующими или парализованных конечностей. Однако, поскольку главной темой традиционной реабилитации для пациентов, чтобы восстановить функцию в своей повседневной жизни, мало этого исследования удалось улучшить ощущения пациентов в отсутствующим или парализованной конечности. Учитывая влияние на качество жизни пациентов, улучшение их ощущений имеет решающее значение для жизни с отсутствующим или парализованной конечности. Этот метод может дать количественную оценку о смысле собственности и агентства в отсутствующим или парализованной конечности путем измерения смещения между су пациентовЕЛЬ положение конечности и положение реальной или видимой конечности. Это помогло бы физиотерапевт количественно оценить чувство пациентов своих конечностей.
В заключение, этот документ предусматривает новый способ визуализировать пространственное смещение между зрительной и проприоцептивной обратной связи для поддержания проприоцептивную дрейф вдоль среднесагиттальных плоскости. На основе предыдущих исследований с использованием этого метода 15, пространственное смещение , что участники не смогли обнаружить продлен до приблизительно 10 см. Кроме того, это значение соответствует диапазону, где участники чувствуют чувство собственности и агентства по руке изображения в зеркале. Эти результаты помогут для дальнейшего изучения механизмов, лежащих в основе чувства собственности и агентства из точки зрения комбинированном сенсорной информации. Кроме того, этот метод может предоставить инструмент для восстановления отсутствующих или парализованных конечностей, а также для разработки систем управления в реальном времени, как количественного indicatoг показано пространственное смещение между зрительной и проприоцептивной обратной связи для поддержания самостоятельного тела как ощущение или удобство использования. Таким образом, развитие вычислительной техники, таких как машинное обучение, позволяет строить оценки и визуализации методы, которые ранее были невозможны из-за обычных статистических ограничений. Этот тип метрологической прогресс может выявить человеческое поведение и механизмы мозга , продуцирующих ощущение себя в более естественных условиях.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acric mirror | |||
| Matte blackboard | |||
| custom-made stand | e.g. wood pole or PVC(poly vinyl chloride) pipe | ||
| Chair | |||
| Foot pedal | P.I. Engineering | Classic X-keys USB, and PS/2 Foot Pedals | Other response device can be avaliable. |
| Position sensor | CyVerse | SLC-C02 | Other position sensor can be avaliable. |
| Custom-made retroreflectivemarker | The marker provided by the motion capture vendor can be available. | ||
| Noise canselling head phone | bose | Quiet Comfort 3 | Other head phone can be avaliable. |
| PC | Mouse computer | NG-N-i300GA | Other PC can be available. |
References
- Alimardani, M., Nishio, S., Ishiguro, H. Humanlike robot hands controlled by brain activity arouse illusion of ownership in operators. Sci. Rep. 3, 2396 (2013).
- Fernando, C. L., et al. Design of TELESAR V for transferring bodily consciousness in telexistence. Intelligent Robots and Systems (IROS), 2012 IEEE/RSJ International Conference, Vilamoura, , 5112-5118 (2012).
- Ramachandran, V. S., Rogers-Ramachandran, D. C. Synaesthesia in phantom limbs induced with mirrors. Proc. Biol. Sci. 263, 377-386 (1996).
- Chan, B. L., et al. Mirror therapy for phantom limb pain. N.Engl.J.Med. 357 (21), 2206-2207 (2007).
- Michielsen, M. E., et al. Motor recovery and cortical reorganization after mirror therapy in chronic stroke patients: a phase II randomized controlled trial. Neurorehabil. Neural Repair. 25 (3), 223-233 (2010).
- Lamont, K., Chin, M., Kogan, M. Mirror box therapy: seeing is believing. Explore (NY). 7 (6), 369-372 (2011).
- Becker-Asano, C., Gustorff, S., Arras, K. O., Nebel, B. On the effect of operator modality on social and spatial presence during teleoperation of a human-like robot. Third Intl. Symposium on New Frontiers in Human-Robot Interaction at AISB50, , (2014).
- Rosén, B., et al. Referral of sensation to an advanced humanoid robotic hand prosthesis. Scand. J. Plast. Reconstr. Surg. Hand Surg. 43 (5), 260-266 (2009).
- Limerick, H., Coyle, D., Moore, J. W. The experience of agency in human-computer interactions: a review. Frontiers Hum. Neurosci. 8, 643 (2014).
- Botvinick, M., Cohen, J. Rubber hands 'feel' touch that eyes see. Nature. 391 (6669), 756-756 (1998).
- Tsakiris, M., Haggard, P. The rubber hand illusion revisited: visuotactile integration and self-attribution. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 31 (1), 80-91 (2005).
- Rohde, M., Di Luca, M., Ernst, M. O. The rubber hand illusion: feeling of ownership and proprioceptive drift do not go hand in hand. PloS One. 6 (6), e21659 (2011).
- Kalckert, A., Ehrsson, H. H. Moving a rubber hand that feels like your own: a dissociation of ownership and agency. Frontiers Hum. Neurosci. 6, 40 (2012).
- Holmes, N. P., Crozier, G., Spence, C. When mirrors lie: 'visual capture' of arm position impairs reaching performance. Cog. Affect. Behav. Neurosci. 4 (2), 193-200 (2004).
- Snijders, H. J., Holmes, N. P., Spence, C. Direction-dependent integration of vision and proprioception in reaching under the influence of the mirror illusion. Neuropsychologia. 45 (3), 496-505 (2007).
- Tajima, D., Mizuno, T., Kume, Y., Yoshida, T. The mirror illusion: does proprioceptive drift go hand in hand with sense of agency. Front. Psychol. 6, 200 (2015).
- Gallagher, S. Philosophical conceptions of the self: implications for cognitive science. Trends Cog. Sci. 4 (1), 14-21 (2000).
- Farmer, H., Tajadura-Jiménez, A., Tsakiris, M. Beyond the colour of my skin: how skin colour affects the sense of body-ownership. Conscious. Cogn. 21 (3), 1242-1256 (2012).
- Boucsein, W. Electrodermal Activity. , Springer. New York. (2012).
- Bishop, C. M. Pattern recognition and machine learning. , Springer. New York. (2006).
- Karatzoglou, A., Smola, A., Hornik, K., Zeileis, A. kernlab - An S4 Package for Kernel Methods in R. J. Stat. Software. 11 (9), 1-2 (2004).
- Jenkinson, P. M., Haggard, P., Ferreira, N. C., Fotopoulou, A. Body ownership and attention in the mirror: insights from somatoparaphrenia and the rubber hand illusion. Neuropsychologia. 51 (8), 1453-1462 (2013).
