MPI CyberMotion Simulator: Implementación de un simulador de movimiento Novela encargado de investigar la integración multisensorial ruta en tres dimensiones

El objetivo general del siguiente experimento es medir la navegación por la ruta en tres dimensiones mientras se controla la información sensorial visual y vestibular del participante. Esto se logra utilizando una silla robótica modificada con seis grados de libertad que estimula el sistema vestibular sentado en la silla. Al mover la silla robótica y alterar simultáneamente el campo estelar, el sistema proporciona señales visuales y vestibulares al participante.

Los participantes proporcionan información sobre la navegación de la ruta por la precisión y la velocidad con la que pueden señalar la posición inicial recordada. Los resultados muestran que la estimación inexacta del movimiento propio depende del plano de movimiento y del ángulo a través del cual se mueven. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes como las plataformas de movimiento es que el simulador MPI Cyber Motion tiene un gran espacio de trabajo capaz de mover observadores en diferentes dimensiones, particularmente hacia abajo.

Este método puede responder a preguntas clave en el campo de la neurociencia, como si el cerebro representa por igual el movimiento propio en diferentes dimensiones. La idea de estos experimentos la obtuvimos de un estudio de nuestro colega Manuel Vidal. Movió a las personas a través de mazas virtuales solo con presentación visual.

Allí descubrió que la navegación de los medicamentos se ve afectada cuando los MACES incluyen un componente vertical. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el diagnóstico de la desorientación espacial, ya que proporcionan un punto de referencia para la navegación por caminos en el cerebro normal. El estimulador de movimiento NPI Cyber consta de un robot serie de seis articulaciones en una configuración de 3, 2, 1.

Se basa en un robot industrial con una carga útil de 500 kilogramos para que el robot sea seguro para la experimentación. Se realizan modificaciones tanto en el hardware como en el software: son posibles perfiles de movimiento complejos que combinen movimientos laterales con rotaciones. Con el simulador de movimiento cibernético MPI.

Los ejes uno, cuatro y seis pueden rotar continuamente cuatro pares de herrajes y los topes limitan los ejes dos, tres y cinco en ambas direcciones. El rango máximo de movimientos lineales depende en gran medida de la posición desde la que comienza el movimiento. Antes de realizar cualquier experimento, cada trayectoria de movimiento experimental debe someterse a una fase de prueba.

Las trayectorias se programan utilizando un PC de oficina diseñado por KUKA para configurar el simulador de movimiento cibernético MPI. En esta configuración de bucle abierto, las trayectorias se colocan en coordenadas cartesianas y se convierten en ángulos de espacio de unión a través de cinemática inversa cada 12 milisegundos. Las posiciones actuales de los ángulos de articulación se transmiten desde el sistema de control al simulador de movimiento cibernético MPI a través de una conexión Ethernet, donde se leen y registran incrementalmente en un disco en el robot.

Un asiento de coche de carreras equipado con el sistema de cinturón de seguridad de cinco puntos está unido a un chasis, que incluye un reposapiés. El chasis está montado en la brida del brazo del robot. Los participantes deben usar auriculares con cancelación de ruido, equipados con un micrófono para la comunicación bidireccional con el experimentador.

También deben ser ingenuos con respecto a la configuración experimental. El ruido continuo se reproduce a través de los auriculares, lo que enmascara el ruido del robot. Los experimentos también son posibles sentando a los participantes dentro de una cabina cerrada mientras el experimento se realiza en la oscuridad.

Las cámaras infrarrojas permiten la monitorización visual desde la sala de control. Son posibles múltiples configuraciones de visualización, incluida una pantalla LCD, una proyección frontal estéreo, una proyección frontal mono o una pantalla montada en la cabeza. En este experimento, las señales visuales para el movimiento propio son proporcionadas por una pantalla LCD, colocada a 50 centímetros frente a los observadores para entregar señales visuales.

El software presenta un espacio OID virtual lleno de 200.000 puntos para el participante.cada uno en el espacio se dibuja como un círculo blanco sobre un fondo negro. La pantalla muestra puntos correspondientes a ángulos visuales de 13 a 0,3 grados.

Estos puntos están a una distancia de 0,085 y cuatro. Unidades virtuales del participante. El movimiento del campo virtual se sincroniza con el movimiento físico a través de trayectorias de movimiento desde la computadora de control MPI para crear paralaje entre el flujo óptico y el movimiento.

Los puntos más profundos en el campo de visión se dibujan más pequeños independientemente de los movimientos del participante. cada uno se muestra durante dos segundos de forma asíncrona antes de ser reasignado aleatoriamente. Así, un total de cien mil puntos se mueven cada segundo.

Un joystick hecho a medida equipado con botones de respuesta permite a los participantes transmitir datos mediante una conexión Ethernet al sistema de control. La información sensorial puede ser manipulada proporcionando solo señales visuales del campo estelar de vida limitada. Solo señales cinestésicas vestibulares del movimiento pasivo del yo con los ojos cerrados del participante, o ambas señales con los ojos del participante abiertos.

En este experimento, las trayectorias de movimiento consistieron en dos longitudes de segmento. El primero es de 0,4 metros y el segundo es de un metro. El ángulo de dos segmentos de movimiento cualesquiera se transmite como 45 grados o 90 grados.

Por ejemplo, el movimiento en el plano horizontal consiste en un movimiento hacia adelante hacia la derecha de 90 grados hacia adelante, un movimiento hacia la derecha de 45 grados hacia la derecha, un movimiento hacia adelante de 90 grados o un movimiento hacia adelante hacia la derecha de 45 grados. Este tipo de movimientos también se realizan en los planos sagital y frontal. Las trayectorias se entregan como traducciones sin rotación.

Cada trayectoria es seguida por una secuencia de reposicionamiento, seguida de una pausa de 15 segundos para reducir cualquier posible interferencia del movimiento antes de cada prueba, y para garantizar que el sistema vestibular se pruebe desde un estado estacionario para proporcionar retroalimentación de su movimiento percibido, los participantes mueven una flecha con un joystick para indicar su movimiento en relación con su origen. El origen se presenta como un avatar desde tres puntos de vista, y la flecha siempre se coloca aleatoriamente antes del ajuste antes de las pruebas. Es vital capacitar al participante para que use el sistema de retroalimentación con precisión.

Deben ser capaces de apuntar la flecha a objetos de su entorno, como el joystick que descansa en su regazo durante la prueba. El movimiento del joystick está restringido al plano de trayectoria, y los participantes pueden usar cualquiera o todos los puntos de vista al recopilar datos. Cada condición experimental se repite tres veces y se presenta en orden aleatorio.

Se analizaron los datos de los 16 participantes. Uno. Las puntuaciones extremas de valores atípicos se emitieron, la modalidad y el ángulo no tuvieron un efecto significativo en el movimiento estimado. Sin embargo, los participantes subestimaron el tamaño del ángulo de movimiento en el plano horizontal en casi nueve grados y sobreestimaron el tamaño del ángulo en el plano frontal en unos cinco grados. Aquí.

Se encontró que el factor de ángulo interactuaba significativamente con el factor de plano frontal, de modo que las sobreestimaciones eran mayores para los movimientos de 45 grados que para los movimientos de 90 grados. Además, se encontró que la modalidad interactúa significativamente con el ángulo, de modo que las subestimaciones de la información vestibular sola para los movimientos a través de 90 grados fueron significativamente mayores en comparación con las condiciones visuales y combinadas. Tales discrepancias estaban ausentes para los movimientos a través de 45 grados.

Se encontró que el tiempo de respuesta era significativamente más lento cuando se proporcionó retroalimentación solo sobre las señales cinestésicas vestibulares en comparación con las condiciones visuales y combinadas. Los participantes también fueron significativamente más lentos cuando se movieron en el plano horizontal en comparación con otros planos. Estos resultados son realmente sorprendentes, ya que sugieren que la representación del espacio en el cerebro no es simétrica a través de las dimensiones.

Sabemos desde hace tiempo que las personas tienden a subestimar su movimiento en el plano horizontal aquí por primera vez, estamos demostrando que este no es el caso en la dimensión vertical. En el futuro, podremos usar estos métodos para construir caminos en las tres dimensiones, incluidas las curvas. Esto nos permitirá responder a preguntas adicionales, como cómo el cerebro es capaz de integrar el movimiento a través de los planos, así como cómo navega por los giros.