Los métodos para explorar la influencia de arriba hacia abajo Procesos Visuales en Comportamiento Motor
April 16th, 2014
No está claro cómo las señales de arriba hacia abajo de la corriente visual ventral afectan al movimiento. Hemos desarrollado un paradigma para probar el comportamiento del motor hacia un objetivo en una ilusión inversión de la profundidad 3D. Las diferencias significativas se registraron en ambos movimientos deliberados dirigidos a un objetivo y las acciones automáticas en condiciones de visión ilusoria y verídicos.
El objetivo general de este procedimiento es desarrollar una metodología que utilice una ilusión de inversión de profundidad 3D para aclarar el papel de los procesos visuales de arriba hacia abajo en la acción motora. Esto se logra construyendo primero un aparato que presenta un estímulo robusto de perspectiva inversa 3D para realizar alcances en diferentes estados perceptuales. El segundo paso del procedimiento es configurar un sistema de captura de movimiento para registrar la interacción de un participante con este estímulo.
El tercer paso es crear una plataforma que permita a los participantes llegar a donde percibieron por última vez un objetivo ubicado en el estímulo sin correcciones visuales en línea o retroalimentación háptica. El paso final es analizar tanto los datos de alcance hacia adelante como la retracción no instruida del brazo para construir un modelo integral del comportamiento visomotor en este contexto. En última instancia, los resultados pueden mostrar cambios en la dinámica de alcance bajo diferentes estados perceptivos a través de la evaluación cinemática proporcionada en este paradigma.
La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como los que utilizan la ilusión de la cara hueca, es que el estímulo respectivo permite diferencias máximas de casi 90 grados en la orientación de la superficie en estados perceptivos verticales e ilusorios. Este nuevo método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la ciencia perceptual y comenzar a construir hacia una ciencia psicológica más objetiva con nuevas técnicas que van más allá de los autoinformes verbales humanos o las pulsaciones de teclas, las predicciones muy diferentes de las dos hipótesis. En otras palabras, si el sistema de control motor está influenciado o no por la ilusión nos permite probar esta hipótesis.
Demostrando el procedimiento hoy estarán Jay Val, CD pathak y R Sadik, quienes son asistentes de investigación en nuestros laboratorios. Primero construya una plataforma móvil de 65 por 55 centímetros y se mueva sobre una pista deslizante de 55 centímetros de largo. Los diversos estímulos se colocarán en la plataforma.
Los estímulos deben presentarse a la altura de los ojos a un participante sentado, por lo que la pista debe asegurarse a la altura adecuada. La plataforma debe tener un mecanismo de resorte retráctil. Conecte este mecanismo a una placa de circuito que sincronice varios eventos detrás del asiento del participante.
Configure lámparas para iluminar uniformemente la plataforma. Conecte las lámparas a la misma placa de circuito debajo de los reposamanos del asiento del participante. Asegure una caja de interruptores que se presione fácilmente cuando el participante levante la mano.
Conecte el interruptor a la placa de circuito en la placa de circuito. Conecte los pines de salida a los pines del microcontrolador para la activación del estímulo. La plataforma debe retraerse y la luz debe apagarse cuando el participante presiona la caja del gatillo con el brazo hacia afuera.
Utilice MATLAB para controlar el microcontrolador para registrar la secuencia de prueba e indicar al experimentador qué condiciones de visualización se necesitan para cada prueba. Ahora construya el estímulo de perspectiva adecuado y construya el estímulo de perspectiva inversa. Aunque parece que el edificio central es convexo, es físicamente cóncavo a la derecha de la línea media en ambos estímulos.
Coloque un disco plano rojo. Construye los dos estímulos de entrenamiento a partir de paneles rectangulares en cada panel. Representa una de las superficies derechas aisladas del edificio central con el disco rojo.
Un panel es para el estímulo de perspectiva inversa y el otro para el estímulo de perspectiva adecuada. Primero, pruebe la estereopsis de los participantes usando una prueba estéreo de puntos Rand. También determine su dominio ocular.
A continuación, configure el sistema de captura de movimiento compuesto por 14 sensores electromagnéticos a 240 hercios y software de seguimiento de movimiento. Coloque 12 de los 14 sensores en el participante usando bandas deportivas. Fíjelos a la cabeza, el tronco, los dos hombros, la parte superior de los brazos, los antebrazos y el dedo índice y pulgar de la mano que opera el interruptor.
Coloque los otros dos sensores en la parte posterior de los dos estímulos detrás de los discos rojos. El participante no debe ver los estímulos antes de la prueba. Apague todas las luces excepto las lámparas utilizadas para iluminar la plataforma de estímulo.
Atenúe las pantallas de las computadoras y manténgalas alejadas de la configuración experimental. Informe al participante sobre el flujo experimental y cómo activará la caja de interruptores. Demuestre cómo el participante solo debe agarrarse a la plataforma donde es visible.
Ahora, realice una prueba de práctica para un estímulo. Envíe solo una pizarra con un poste para colgar objetos. Pídale al participante que alcance el poste y vuelva a descansar la mano.
Haga esto tres veces al ritmo cómodo del participante. Comience las pruebas de iniciación utilizando los dos estímulos de entrenamiento. Haga que el participante cierre los ojos después de cada prueba para que no vea que se intercambian los estímulos.
El software establece aleatoriamente el orden de mostrar los dos estímulos cuatro veces cada uno. Ahora comiencen los ensayos experimentales. Estos ensayos constan de tres condiciones.
Una es ver la especificación inversa bajo una percepción ilusoria. La siguiente condición es ver la perspectiva inversa bajo percepción vertical. La tercera, por supuesto, es la perspectiva adecuada.
Presente primero el estímulo de perspectiva inversa y pregunte si el participante puede estabilizar la percepción ilusoria del edificio central que sobresale. Si el participante no puede estabilizar la ilusión jugando una lente de desenfoque en el ojo no dominante, si se necesita la lente, utilícela para cada prueba ilusoria retrospectiva. El orden para el resto de los ensayos debe ser aleatorio.
Se presentan un total de 12 ensayos para cada condición, lo que da como resultado 36 ensayos experimentales. El número total de ensayos es de 47. Esto incluye la práctica, el entrenamiento y los ensayos experimentales.
Dé instrucciones verbales para cada ensayo para el ensayo ilusorio retrospectivo y el ensayo de perspectiva adecuada instruye al participante a ver el edificio del medio como emergente para el espectador. Las pruebas verticales instruyen al participante a ver el edificio del medio como derrumbándose. Siempre pida al participante que se comunique solo una vez que la percepción se haya estabilizado.
La parte más crítica del protocolo es garantizar que el participante mantenga la percepción ilusoria o vertical durante toda la duración del ensayo. Permitimos que el participante se tome su tiempo para lograrlo y, si hay dudas, se repite la prueba. La estadística de la prueba de Wilkes Lambda es una métrica utilizada para el análisis.
Datos de la ruta de la mano para un representante. El sujeto mostró diferencias significativas en los perfiles de trayectoria de la mano para los tramos del sujeto realizados bajo la percepción vertical en verde y la percepción ilusoria en azul del estímulo respectivo. Esta diferencia en la curvatura de la trayectoria de la mano bajo percepción vertical e ilusoria también se ve en la retracción no instruida de los brazos.
Comparando la perspectiva propia vertical espectiva, los datos revelaron como esperados diferencias significativas tanto para la extensión del alcance hacia adelante como para la retracción de la mano Las discusiones sobre las estadísticas se detallan en el protocolo de texto al examinar la orientación de la mano durante el acercamiento a los estímulos. Los vectores de aproximación manual bajo el estímulo vertical spectivo inverso en verde diferían de las otras dos condiciones de estímulo. Vectores de aproximación manual en mano.
Las orientaciones fueron marcadamente similares. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en aproximadamente una hora si se realiza correctamente. Mientras asiste a este procedimiento, es muy importante recordar registrar un movimiento completo continuo del brazo, incluido el movimiento de alcance de la mano hacia adelante hacia el objetivo y la retracción espontánea de la mano.
La escalera se realizó automáticamente sin ninguna instrucción después de su desarrollo. Esta técnica puede allanar el camino para que los investigadores en el campo de la neurociencia exploren la relación entre el control de arriba hacia abajo y el procesamiento sensorial motor tanto en poblaciones patológicas como en desarrollo típico.
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Visión General
Este estudio investiga cómo los procesos visuales de arriba hacia abajo provenientes de la corriente visual ventral influyen en las acciones motoras. Utilizando una ilusión de inversión de profundidad en 3D, la investigación examina movimientos deliberados y automáticos bajo diversas condiciones perceptivas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la Ciencia
- Neurociencia
- Psicología del Comportamiento
- Percepción Visual
Antecedentes
- Las señales de arriba hacia abajo juegan un papel crucial en el procesamiento visual.
- Comprender el comportamiento motor en respuesta a estímulos visuales es esencial.
- Las ilusiones pueden alterar la percepción e influir en las acciones motoras.
- Estudios previos han demostrado efectos variados del contexto visual en el movimiento.
Propósito del Estudio
- Aclarar el papel de los procesos visuales de arriba hacia abajo en la acción motora.
- Evaluar cómo la percepción afecta la dinámica del alcance.
- Desarrollar una metodología para estudiar las interacciones visuales-motoras.
Métodos Utilizados
- Construcción de un aparato de ilusión de inversión de profundidad en 3D.
- Implementación de un sistema de captura de movimiento para la interacción de los participantes.
- Creación de una plataforma para alcanzar sin correcciones visuales.
- Análisis de los datos del alcance y la retracción del brazo para modelar el comportamiento visual motor.
Resultados Principales
- Diferencias significativas en los movimientos bajo condiciones ilusorias versus verdaderas.
- Se observaron variaciones en la dinámica del alcance según los estados perceptuales.
- Tanto las acciones deliberadas como las automáticas se vieron afectadas por la ilusión.
- Los resultados contribuyen a la comprensión de la integración visual-motora.
Conclusiones
- Los procesos visuales de arriba hacia abajo influyen significativamente en las acciones motoras.
- Las ilusiones pueden proporcionar información sobre la percepción visual y el comportamiento motor.
- La investigación futura puede basarse en estos hallazgos para explorar más implicaciones.
Preguntas Frecuentes
Executive Industry Relevance
This methodology enables mechanistic de-risking of target validation by isolating top-down visual influences on motor behavior, providing quantitative readouts for perceptual-motor integration. It supports predictive confidence in early discovery by modeling how perceptual states alter spontaneous and deliberate actions, informing assay design for neuroscience target engagement. The approach enhances translational biomarker alignment through objective kinematic assessment, reducing reliance on subjective reports in preclinical validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by testing whether motor output is driven by perceptual illusion or veridical percept, clarifying target engagement mechanisms.
- Operational Value: Enables biological de-risking through standardized isolation of perceptual variables in motor response assays.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying how top-down processes modulate reach dynamics under controlled perceptual states.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing reproducible reach-to-grasp paradigms under defined perceptual conditions.
- Quantitative Outputs: Delivers kinematic metrics (hand path curvature, approach vectors) enabling compound effect comparison across perceptual states.
- Platform Reuse: Scalable motion capture framework supports high-throughput screening of neuromodulators targeting visual-motor pathways.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models perceptual distortions in neuropsychological disorders, aligning with translational biomarker strategies for conditions like schizophrenia or Parkinson’s.
- Preclinical Continuity: Bridges discovery to validation by capturing both deliberate and spontaneous motor components under perceptual manipulation.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by revealing perceptual confounds that could distort motor endpoint interpretation in vivo.
Pipeline & Workflow Integration
Positions the method within early discovery to lead identification, where perceptual confounds in motor assays must be de-risked before compound screening.
- Discovery Biology: Tests hypothesis that motor behavior reflects perceptual state rather than reflexive response, reducing mechanistic ambiguity in target validation.
- Screening: Ensures assay readiness by standardizing reach initiation and retraction phases without online visual correction, improving data reliability.
- Analytics: Uses Wilkes Lambda test statistic and kinematic profiling to compare conditions, enabling statistical rigor in perceptual-motor effect detection.
- Translational Research: Connects to preclinical work by modeling how perceptual alterations in disease models affect naturalistic motor output.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable neuromotor assessment platform adaptable across disease areas involving sensory integration deficits.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by dissociating perceptual from motor contributions to action, reducing false target signals.
- Operational Value: Delivers standardization through fixed platform geometry, synchronized stimulus timing, and motion capture protocols.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by identifying perceptually confounded assays early, preventing late-stage attrition due to unmodeled cognitive biases.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on robustness of effect across perceptual states.
Implementation Considerations
- Requires expertise in perceptual neuroscience, motion capture systems, and experimental psychology paradigms.
- Dependent on electromagnetic motion tracking infrastructure and stimulus presentation hardware (platform, lighting, switch synchronization).
- Necessitates cross-team standardization of perceptual state verification (e.g., participant report, lens correction) to ensure trial validity.
- Adaptation across model systems may require modification of reach tasks and perceptual inducers while preserving dissociation of deliberate and spontaneous components.
- Practical limitation: Participant susceptibility to illusion must be screened, potentially reducing cohort size and increasing screening overhead.
