MPI CyberMotion Simulator: la mise en œuvre d'un simulateur de mouvement Novel pour étudier l'intégration multisensorielle chemin en trois dimensions

L’objectif global de l’expérience suivante est de mesurer la navigation dans un chemin en trois dimensions tout en contrôlant l’entrée sensorielle visuelle et vestibulaire du participant. Ceci est accompli à l’aide d’une chaise robotique modifiée avec six degrés de liberté qui stimule le système vestibulaire assis dans la chaise. En déplaçant la chaise robotique et en modifiant simultanément le champ d’étoiles, le système fournit des repères visuels et vestibulaires au participant.

Les participants fournissent un retour d’information sur la navigation sur le chemin par la précision et la vitesse à laquelle ils peuvent revenir à la position de départ mémorisée. Les résultats montrent qu’une estimation inexacte du mouvement propre dépend du plan de mouvement et de l’angle selon lequel ils sont déplacés. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que les plates-formes de mouvement est que le simulateur MPI Cyber Motion dispose d’un grand espace de travail capable de déplacer les observateurs dans différentes dimensions, en particulier vers le bas.

Cette méthode peut répondre à des questions clés dans le domaine des neurosciences, par exemple si le cerveau représente également le mouvement propre dans différentes dimensions. Nous avons eu l’idée de ces expériences à partir d’une étude de notre collègue Manuel Vidal. Il a déplacé les gens à travers des masses virtuelles avec une présentation visuelle uniquement.

Ici, il a constaté que la navigation médicale est altérée lorsque les MACES incluent une composante verticale. Les implications de cette technique s’étendent au diagnostic de la désorientation spatiale car elles fournissent un point de référence pour la navigation dans le cerveau normal. Le stimulateur de mouvement NPI Cyber se compose d’un robot série à six articulations dans une configuration 3, 2, 1.

Il est basé sur un robot industriel avec une charge utile de 500 kilogrammes pour rendre le robot sûr pour l’expérimentation. Des modifications sont apportées à la fois au matériel et au logiciel : des profils qui combinent des mouvements latéraux avec des rotations sont possibles. Avec le simulateur de cybermouvement MPI.

Les axes un, quatre et six peuvent faire pivoter en continu quatre paires de matériel et les arrêts limitent les axes deux, trois et cinq dans les deux sens. L’amplitude maximale des mouvements linéaires dépend fortement de la position à partir de laquelle le mouvement commence. Avant d’effectuer toute expérience, chaque trajectoire de mouvement expérimentale doit subir une phase de test.

Les trajectoires sont programmées à l’aide d’un PC de bureau conçu par KUKA pour configurer le simulateur de cybermouvement MPI. Dans cette configuration en boucle ouverte, les trajectoires sont mises en coordonnées cartésiennes et sont converties en angles d’espace articulaire par cinématique inverse toutes les 12 millisecondes. Les positions actuelles de l’angle des articulations sont transmises du système de contrôle au simulateur de cybermouvement MPI via une connexion Ethernet où elles sont lues de manière incrémentielle et enregistrées sur le disque du robot.

Un siège de voiture de course équipé du système de ceinture de sécurité à cinq points est fixé à un châssis, qui comprend un repose-pieds. Le châssis est monté sur la bride du bras du robot. Les participants doivent porter des écouteurs antibruit, équipés d’un microphone pour une communication bidirectionnelle avec l’expérimentateur.

Ils doivent également être naïfs face à la configuration expérimentale. Un bruit continu est diffusé par les écouteurs, ce qui masque le bruit du robot. Les expériences sont également possibles en plaçant les participants dans une cabine fermée, car l’expérience est réalisée dans l’obscurité.

Les caméras infrarouges permettent une surveillance visuelle depuis la salle de contrôle. Plusieurs configurations de visualisation sont possibles, notamment un écran LCD, une projection frontale stéréo, une projection frontale mono ou un visiocasque. Dans cette expérience, des repères visuels pour l’auto-mouvement sont fournis par un écran LCD, placé à 50 centimètres devant les observateurs pour fournir des repères visuels.

Le logiciel présente un espace OID virtuel rempli de 200 000 points au participant. L’écran affiche des points correspondant à des angles visuels de 13 à 0,3 degré.

Ces points sont à une distance de 0,085 et quatre. Unités virtuelles du participant. Le mouvement du champ virtuel est synchronisé avec le mouvement physique via les trajectoires de mouvement de l’ordinateur de contrôle MPI pour créer une parallaxe entre le flux optique et le mouvement.

Les points plus profonds dans le champ de vision sont dessinés plus petits, quels que soient les mouvements du participant. est affiché pendant deux secondes de manière asynchrone avant d’être réattribué de manière aléatoire. Ainsi, un total de cent mille points se déplacent chaque seconde.

Un joystick construit sur mesure et équipé de boutons de réponse permet aux participants de transmettre des données par connexion Ethernet au système de contrôle. Les informations sensorielles peuvent être manipulées en fournissant uniquement des repères visuels à partir du champ d’étoiles à durée de vie limitée. Juste des indices kinesthésiques vestibulaires du mouvement propre passif avec les yeux du participant fermés, ou les deux indices avec les yeux du participant ouverts.

Dans cette expérience, les trajectoires de mouvement étaient constituées de deux longueurs de segment. Le premier mesure 0,4 mètre et le second un mètre. L’angle de deux segments de mouvement quelconques est transmis à 45 degrés ou à 90 degrés.

Par exemple, le mouvement dans le plan horizontal consiste soit en un mouvement vers l’avant de 90 degrés vers l’avant, soit un mouvement vers la droite de 45 degrés vers la droite, soit un mouvement vers l’avant de 90 degrés ou un mouvement vers la droite de 45 degrés. Ces types de mouvements sont également effectués dans les plans sagittal et frontal. Les trajectoires sont livrées sous forme de translations sans rotation.

Chaque trajectoire est suivie d’une séquence de repositionnement, suivie d’une pause de 15 secondes pour réduire toute interférence possible due au mouvement avant chaque essai, et pour s’assurer que le système vestibulaire est testé à partir d’un état stable afin de fournir une rétroaction de leur mouvement perçu, les participants déplacent une flèche avec un joystick pour indiquer leur mouvement par rapport à leur origine. L’origine est présentée sous la forme d’un avatar de trois points de vue, et la flèche est toujours positionnée au hasard avant d’être ajustée avant les essais. Il est essentiel de former le participant à l’utilisation précise du système de feedback.

Ils doivent être capables de pointer la flèche vers des objets qui se trouvent dans leur environnement, tels que le joystick posé sur leurs genoux pendant l’essai. Le mouvement du joystick est limité au plan de trajectoire, et les participants peuvent utiliser n’importe quel point de vue ou tous les points de vue lors de la collecte de données. Chaque condition expérimentale est répétée trois fois et présentée dans un ordre aléatoire.

Les données des 16 participants ont été analysées. Un. Des scores extrêmes de valeurs aberrantes ont été émis et l’angle n’a pas eu d’effet significatif sur le mouvement estimé. Cependant, les participants ont sous-estimé la taille de l’angle de mouvement dans le plan horizontal de près de neuf degrés et surestimé la taille de l’angle dans le plan frontal d’environ cinq degrés. Ici.

On a constaté que le facteur d’angle interagissait de manière significative avec le facteur du plan frontal, de sorte que les surestimations étaient plus importantes pour les mouvements à 45 degrés que pour les mouvements à 90 degrés. De plus, on a constaté que la modalité interagissait de manière significative avec l’angle, de sorte que les sous-estimations des seules informations vestibulaires pour les mouvements à 90 degrés étaient significativement plus importantes par rapport aux conditions visuelles et combinées. De tels écarts étaient absents pour les mouvements à 45 degrés.

Le temps de réponse s’est avéré significativement plus lent lorsque la rétroaction était fournie sur les indices kinesthésiques vestibulaires seuls par rapport aux conditions visuelles et combinées. Les participants étaient également significativement plus lents lorsqu’ils se déplaçaient dans le plan horizontal par rapport aux autres plans. Ces résultats sont vraiment surprenants car ils suggèrent que la représentation de l’espace par le cerveau n’est pas symétrique entre les dimensions.

Nous savons depuis un certain temps que les gens ont tendance à sous-estimer leur mouvement dans le plan horizontal ici pour la première fois, nous montrons que ce n’est pas le cas dans la dimension verticale. À l’avenir, nous pourrons utiliser ces méthodes pour construire des trajectoires dans les trois dimensions, y compris celles qui sont courbes. Cela nous permettra de répondre à des questions supplémentaires telles que la façon dont le cerveau est capable d’intégrer le mouvement entre les plans, ainsi que la façon dont il navigue dans les virages.