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 consiste en medir la navegación de trayectorias en tres dimensiones mientras se controla la entrada sensorial visual y vestibular del participante. Esto se logra mediante una silla robótica modificada con seis grados de libertad que estimula el sistema vestibular del participante sentado en la silla. El participante observa un campo estelar virtual. Al mover la silla robótica y alterar simultáneamente el campo estelar, el sistema proporciona al participante señales visuales y vestibulares.

Los participantes proporcionan retroalimentación sobre la navegación de trayectoria mediante la precisión y la velocidad con las que pueden señalar nuevamente hacia 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 desplazan. La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes como las plataformas de movimiento es que el simulador MPI Cyber Motion dispone de un espacio de trabajo amplio, capaz de mover a los observadores en diferentes dimensiones, particularmente hacia abajo.

Este método puede responder preguntas clave en el campo de la neurociencia, como si el cerebro representa de manera equitativa el movimiento propio en diferentes dimensiones. Obtuvimos la idea para estos experimentos a partir de un estudio realizado por nuestro colega Manuel Vidal. Él movió a personas a través de mazas virtuales con presentación únicamente visual.

Aquí descubrió que la navegación espacial 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 de trayectorias en el cerebro normal. El estimulador cibernético de movimiento NPI consiste en un robot serial de seis articulaciones en una configuración 3, 2, 1.

Se basa en un robot industrial con una carga útil de 500 kilogramos para hacer 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 combinan movimientos laterales con rotaciones. Con el simulador de movimiento cibernético del MPI.

Los ejes uno, cuatro y seis pueden girar continuamente; cuatro pares de topes mecánicos 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 cual comienza el movimiento. Antes de realizar cualquier experimento, cada trayectoria de movimiento experimental debe pasar por una fase de prueba.

Las trayectorias se programan utilizando una PC de oficina diseñada por KUKA para configurar el simulador de movimiento cibernético del MPI. En esta configuración de bucle abierto, las trayectorias se introducen en coordenadas cartesianas y se convierten en ángulos del espacio articular mediante cinemática inversa cada 12 milisegundos. Las posiciones angulares actuales de las articulaciones se transmiten desde el sistema de control al simulador de movimiento cibernético del MPI a través de una conexión ethernet, donde se leen y registran incrementalmente en el disco del robot.

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

También deben ser ingenuos respecto al montaje experimental. Se reproduce un ruido continuo a través de los auriculares, lo cual enmascara el ruido del robot. Los experimentos también son posibles colocando a los participantes dentro de una cabina cerrada, ya que el experimento se realiza en la oscuridad.

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

El software presenta al participante un espacio virtual de OID relleno con 200 000 puntos. 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 se encuentran a una distancia de 0,085 y cuatro unidades virtuales del participante. El movimiento del campo virtual se sincroniza con el movimiento físico mediante 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 asincrónica antes de ser reasignado aleatoriamente. Así, un total de cien mil puntos se mueven cada segundo.

Un joystick personalizado equipado con botones de respuesta permite a los participantes transmitir datos mediante una conexión ethernet al sistema de control. La información sensorial puede manipularse proporcionando únicamente indicaciones visuales del campo de estrellas de duración limitada, únicamente indicaciones cinestésicas vestibulares del movimiento pasivo del propio cuerpo con los ojos cerrados del participante, o ambas indicaciones con los ojos abiertos del participante.

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

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

Cada trayectoria va seguida de una secuencia de reposicionamiento, seguida de una pausa de 15 segundos para reducir cualquier interferencia posible provocada por el movimiento anterior a cada prueba, y para asegurar que el sistema vestibular se evalúe desde un estado estable. Para proporcionar retroalimentación sobre su movimiento percibido, los participantes mueven una flecha con una palanca de control para indicar su desplazamiento respecto al origen. El origen se presenta como un avatar desde tres puntos de vista, y la flecha siempre se posiciona aleatoriamente antes del ajuste previo a las pruebas. Es fundamental entrenar al participante para que utilice el sistema de retroalimentación con precisión.

Deben poder apuntar la flecha hacia objetos en su entorno, como el joystick que descansa sobre su regazo durante el ensayo. El movimiento del joystick está restringido al plano de la trayectoria, y los participantes pueden utilizar 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. Se eliminaron puntuaciones extremas atípicas. La modalidad y el ángulo no tuvieron un efecto significativo en la estimación del movimiento. Sin embargo, los participantes subestimaron el tamaño del ángulo de movimiento en el plano horizontal en casi nueve grados y sobrestimaron el tamaño del ángulo en el plano frontal en aproximadamente cinco grados. Aquí.

Se encontró que el factor ángulo interactúa significativamente con el factor del plano frontal, de tal manera que las sobreestimaciones fueron mayores para movimientos de 45 grados que para movimientos de 90 grados. Además, se encontró que la modalidad interactúa significativamente con el ángulo, de modo que las subestimaciones a partir de la información vestibular exclusivamente para movimientos de 90 grados fueron significativamente mayores en comparación con las condiciones visual y combinada. Dichas discrepancias estuvieron ausentes para movimientos de 45 grados.

Se descubrió que el tiempo de respuesta era significativamente más lento cuando la retroalimentación se proporcionaba únicamente sobre las señales cinestésicas vestibulares en comparación con las condiciones visual y combinada. Los participantes también fueron significativamente más lentos cuando se movían en el plano horizontal en comparación con otros planos. Estos resultados son realmente sorprendentes, ya que sugieren que la representación del espacio por parte del cerebro no es simétrica a través de las dimensiones.

Hace ya algún tiempo que se sabe que las personas tienden a subestimar su movimiento en el plano horizontal; por primera vez aquí, demostramos que este no es el caso en la dimensión vertical. En el futuro, podremos utilizar estos métodos para construir trayectorias en las tres dimensiones, incluyendo aquellas que son curvas. Esto nos permitirá responder preguntas adicionales, como cómo el cerebro es capaz de integrar el movimiento entre planos, así como cómo realiza la navegación en las curvas.