Method Article

באמצעות מציאות מדומה כדי להעביר יכולות מוטוריות ידע מיד אחת לאחרת

DOI:

10.3791/55965

⸱

September 18th, 2017

 , 
1Sagol School of Neuroscience, Tel-Aviv University, 2School of Psychological Sciences, Tel-Aviv University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מתארים מציאות מדומה הרומן מבוסס ההתקנה המנצלת שליטה רצונית של יד אחת כדי לשפר את ביצועי המנוע-מיומנות וביד השנייה (שאינו מאומן). זו מושגת על-ידי מתן משוב החישה מבוססת על תנועה בזמן אמת כאילו היד הלא מאומן זז. גישה חדשה זו עשוי לשמש כדי לשפר את שיקום של חולים עם hemiparesis חד צדדית.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ככל רכישת מיומנויות מוטוריות הוא מודאג, הדרכה על ידי תנועת הגוף מרצון עדיפה כל צורות אחרות של הדרכה (למשל הדרכה על ידי התבוננות או פסיבית תנועה של הידיים של המתאמן על ידי מכשיר רובוטי). ברור מהווה אתגר גדול לשיקום איבר paretic מאז שליטה רצונית של תנועת הגוף היא מוגבלת. כאן, אנו מתארים את ערכת הדרכה הרומן פיתחנו שיש בה פוטנציאל לעקוף את זה אתגר מרכזי. אנו לנצל את שליטה רצונית של יד אחת, סיפק משוב בזמן-אמת מבוססות על תנועה מניפולציה חושית כאילו היד השנייה זז. מניפולציה חזותית דרך מציאות וירטואלית (VR) היה בשילוב עם מכשיר yokes השמאלי לאצבעות פסיבי לעקוב אחר תנועות ימין אצבע מרצון. במקצועות בריאות, נדגים משופרת בתוך-הפעלה הביצועים המשופרים של איבר בהיעדרו של אימון גופני מרצון. תוצאות במקצועות בריאות מראים כי אימון עם הגדרת VR ייחודי עשוי גם להיות מועיל עבור חולים עם הגפיים העליונות hemiparesis על ידי ניצול של שליטה רצונית של היד שלהם בריא לשיפור לשיקום היד שלהם מושפעת.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

התרגול הפיזי היא הצורה היעילה ביותר של אימון. אמנם גישה זו מבוססת היטב1, זה מאתגר מאוד במקרים בהם היכולת מוטוריים בסיסיים של היד הדרכה מוגבלת2. כדי לעקוף בעיה זו, גוף וגדל של ספרות בחן מגוון גישות עקיף של אימונים מוטוריים.

גישה עקיפה הדרכה אחת כזו משתמשת התרגול הפיזי עם יד אחת כדי להציג את הביצועים המשופרים וביד השנייה (שאינו מתורגל). תופעה זו, המכונה קרוס-חינוך (CE) או העברה intermanual, היה חקר בהרחבה 3,4,5,6,7,8,9 להשתמש כדי לשפר את הביצועים שונים פעילויות מוטוריות 10,11,12. למשל, ספורט מיומנות הגדרות, מחקרים הראו כי אימון כדורסל יזיל ריר ביד אחת מעבירה גדל יזיל ריר יכולות יד אחרים, מאומנת 13,14,15.

בגישה עקיפה נוספת, למידה מוטורית הוא הקל באמצעות משוב חזותי או חושית. בלמידה באמצעות התבוננות, זה הוכח כי ניתן להשיג הישגים משמעותיים בביצועים פשוט התבוננות מישהו אחר לבצע את המשימות16,17,18,19 פסיבי ,20. באופן דומה, הכשרה נראה שההתפתחות שלהם, שבו האיבר מועברת באופן. פסיבי, הוצגה גם כדי לשפר את הביצועים על פעילויות מוטוריות 12,21,22,23,24 , 25 , 26.

יחד, שורות אלה של המחקר מראים כי הקלט החושי ממלא תפקיד חשוב בלמידה. . הנה, נדגים כי מניפולציה משוב מקוון חושית (חזותי, נראה שההתפתחות שלהם) במהלך אימון גופני של איבר אחד מתבטא בביצועים מוגבר בהאיבר ההפוך. אנו מתארים משטר אימונים המניבה תוצאות ביצועים מיטביים ביד, בהיעדרו של אימון גופני מרצון שלה. החידוש המושגי של השיטה המוצעת שוכן העובדה כי היא משלבת את שלוש צורות שונות של למידה - כלומר, למידה על ידי התבוננות, לסה נ, תנועה פסיבית. כאן אנחנו בדקו אם אפשר לנצל את תופעת לסה נ, יחד עם משוב חזותי אמצעי אחסון שעברו שיקוף, תנועה פסיבית, כדי להקל על למידה במקצועות בריאות בהעדר מרצון התנועה הפיזית של האיבר הכשרה.

הרעיון של תוכנית התקנה זו שונה מניסיונות ישירים להתאמן פיזית את היד. ברמת מתודולוגי - אנחנו מציגים מלכודת הרומן כולל טכנולוגיות מתקדמות כגון תלת-ממד מציאות מדומה, והתקני מותאם אישית הבנויה המאפשרות מניפולציה קלט חזותי נראה שההתפתחות שלהם בסביבה סביבה טבעית. הוכחת התוצאה משופרת באמצעות הכשרה המוצעת השלכות המפתח ללמידה בעולם האמיתי. לדוגמה, ילדים להשתמש משוב חושי בצורה שונה מזו של מבוגרים27,28,29 , כדי לייעל למידה מוטורית, ילדים עשויים לדרוש תקופות ארוכות יותר של תרגול. השימוש לסה"נ יחד עם משוב חושית מניפולציה עשויים להפחית את משך האימונים. יתר על כן, רכישת מיומנויות ספורט עשוי להקל באמצעות הסוג כזה של אימון מתוחכמות. בסופו של דבר, זה יכול להועיל לפיתוח גישה חדשה לשיקום חולים עם גירעונות מנוע חד צדדיים כגון שבץ.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בפרוטוקול הבא נערך בהתאם להנחיות אושרו על ידי ועדת האתיקה האנושית של תל-אביב University.The העבודה כוללת 2 ניסויים – אחד באמצעות מניפולציה חזותי ויזואלי אחר שילוב עם מניפולציה חושית נראה שההתפתחות שלהם. הנבדקים היו בריאים, זכות מסר (על פי אדינבורו יד השאלון), עם חזון נורמלי ולא דיווחו קוגניטיבית או בעיות נוירולוגיות. הם היו תמימים לצורך של המחקר וסיפק בכתב הסכמה מדעת להשתתף במחקר.

1-הגדרת הסביבה מציאות מדומה

  1. יש את הנושאים שב על כיסא עם הידיים קדימה ואת כפות הידיים.
  2. לשים על מציאות וירטואלית (VR) אוזניות עם נישאת על הראש מיוחדים המצלמה התלת-ממדית כדי לספק משוב חזותי מקוונות הסביבה אמיתי. ודא הוידאו מהמצלמה מוצג ב האוזנייה VR-
    הערה: הווידאו הוצג על ידי C# בסיס קוד תוכנה מותאמת אישית, שנבנתה מבוסס על מנוע רינדור 3D פתוח, בפלטפורמות.
  3. לשים על מר תואמי תנועה חישה הכפפות המאפשרים ניטור מקוון של flexure האצבע בודדים בכל יד. ודא כי התוכנה מטביע את הידיים וירטואלי במיקום מסוים בחלל כזה כי הנושאים רואה את הידיים וירטואלי רק כשאתה מביט לעבר המקום בו יהיה בדרך כלל את ידיהם אמיתי.
  4. לאורך כל הניסוי כולו, ודא כי התוכנה מתעדת את תצורת יד שמספק את הכפפות.
    הערה: תנועת יד וירטואלית מוטבע נשלטת על ידי תוכנה זהה המשתמשת ממשק התוכנה של יישומים מבוססי C (API) עבור גישה למידע ונתונים המחווה raw מכוילת הכפפות כולל הזוויות בין האצבעות ' המפרקים.
  5. למקם את הנושאים ' ידיים בתנועה מתמחה לשלוט התקן ואכה את האצבעות ימינה ושמאלה בנפרד כדי ה פיסטונס. ודא כי הנושאים ניתן להזיז את אצבעות יד ימין שלהם בנפרד.
    הערה: ה פיסטונס אצבע יד ימין הלאה פומפה נגד משתנה על פי מידת כיפוף שלהם. זה בתורו קובע מודול שקוראת את המיקום של נגד כל משתנה על כל אצבע של יד ימין והשאיר מנועים כוחות כי הדחיפה/משיכה המתאימה יד האצבע למיקום המתאים.
  6. לוודא כי התנועה הרצונית של האצבעות ביד שמאל הוגבל על-ידי בקשת הנושאים כדי להזיז את היד השמאלית שלהם בעוד הוא ממוקם בתוך המכשיר.
    הערה: מאז רק תנועת אצבע פעיל יד (מימין) מפעילה את המנועים, תנועת אצבע יד שמאל מרצון בלתי אפשרי כאשר המכשיר מופעל.

2. עורכים את הניסוי

הערה: ראו איור 1 לשלבים ניסיוני. כל נושא עברה שלוש פגישות ניסיוני הוראה-הערכה-הרכבת-דו ח הערכה. הפרטים של הוראות, שלבי ההערכה מסופקים במקטע תוצאות נציג.

  1. כבר נושאים ' הידיים מהמכשיר בקרת תנועה-
  2. יש את הנושאים לבצע תנועה רצף של 5 ספרות אצבע unimanual שוב ושוב כמו במדויק, במהירות האפשרית עם היד הלא-אימון במסגרת זמן מוגדרת מראש (למשל 30 s). כל כיפוף האצבע בודדים צריך להיות לפחות 90 מעלות.
    הערה: האצבעות ממוספרים מאינדקס (1) על האצבע הקטנה (4), בהתאם להוראות כוללים רצף חמש ספרות מסוים. אם הרצף 4-1-3-2-4, יש הנושאים להזיז את האצבעות שלהם לפי הסדר הבא: קטן-אינדקס-טבעת-התיכון-קטנה-
  3. לאחר האבחון (שלב 2.2), לקשור את הידיים של הנבדק למכשיר בקרת תנועה-
  4. קיו המטופל אל הבמה הכשרה הקרובה כדי לבצע את הרצף של תנועות אצבע ביד הפעילה באופן מקורסי.
  5. חוזר ההערכה שלבים 2.1-2.2 שוב.

3. ניתוח הנתונים ההתנהגותי וחישוב בביצועים

  1. אישית תוכנה שקוראת קבצי הנתונים של הכפפות שנרשם במהלך הניסויים, לחץ על ' לטעון נתונים יד שמאל ', בחר את הקבצים שנוצרו ב- ' ביד שמאל ללכוד את ' תיקיה תחת הנושא רלוונטי.
    הערה: ישנם אין תיקיות שונות עבור קדם והערכות פוסט. שמות הקבצים מכילים הערכה שלב הזיהוי.
  2. לחץ על ' לטעון נתונים יד ימין ', בחר את הקבצים שנוצרו ב- ' ללכוד את יד ימין ' תיקיה תחת הנושא רלוונטי.
  3. לחץ על ' ללכת ' החוזר, להמחיש את תנועות הידיים וירטואלי במהלך כל שלב ההערכה בהתבסס על הנתונים הקליט מן החיישנים בכפפה מעקב תנועה-
  4. עבור כל שלב ההערכה ועל כל נושא בנפרד, לספור את המספר להשלים וביצע רצפי האצבע הנכונה (P) עם היד הלא מאומן.
    הערה: תנועה האצבע נחשב תקף רק כאשר הזווית בין את פרק הפרוקסימלית של וה הגיע עיקול 90 ˚. רצף חמש ספרות נחשב שלם ומדויק רק אם כל תנועות האצבע היו חוקיים.
  5. ביצועי חישוב רווחי האינדקס (G) לפי הנוסחה הבאה:
    figure-protocol-1
    איפה P post_training/P pre_training מתאימות לנושא ' s ביצועים (מספר רצפי אצבע מלאה) באימון post/pre הערכה שלב בהתאמה.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

36 נושאים שני ניסויים הכשרה לביצוע רצף מהיר של תנועות אצבע יד ימין בעוד תומרנה. החישה משוב (חזותי/נראה שההתפתחות שלהם). האצבעות היו הממוספרים מ אינדקס (1) עד (4) על האצבע הקטנה, כל נושא התבקשה ללמוד שלושה רצפים שונים שלושה רצופים ניסיוני כגון: 4-1-3-2-4 4-2-3-1-4, 3-1-4-2-3. כל רצף/מושב היה מזוהה עם סוג הכשרה ספציפית, הקשר בין הרצף וסוג ההכשרה הייתה אוזנו על פני נושאים. בתחילת כל מפגש, נושאים הוצגו עם שקופיות ההוראה בה מתוארים שני יד איורים (ימינה ושמאלה) עם האצבעות ממוספרים, רצף מסוים מספר 5 מתחת, המייצג את הרצף של תנועות האצבע מה ללמוד (ראה איור 1). השקופית הוראות (12 s) בעקבות האימונים שלפני שלב ההערכה (30 s). בשלב זה, משוב חזותי המקוון כללה תצוגה של שתי ידיים וירטואלי תנועות האצבע שלו היו שעבר ב בזמן אמת לתנועות האצבע בפועל של הנבדקים (הידיים וירטואלי התבססו על מודל זמין בארגז כפפות 5DT). לפיכך, יד שמאל אמיתי התנועה לוותה משוב חזותי תנועת שמאל היד וירטואלי (קונגרואנטי). נושאים הונחו לבצע שוב ושוב את הרצף מהר, בצורה מדויקת ככל האפשר עם היד השמאלית שלהם. בשלב ההכשרה הבאים, נושאים הכשרה על הרצף תחת תנאי ניסויי ספציפי באופן בקצב אישי. השלב הכשרה הכיל 20 רחובות, כל בלוק אימון נמשך 15 s ולאחריו 9 s של מסך ריק צהוב, אשר שימש הסימן לנוח נקודה. השתמשנו 20 רחובות הדרכה, אשר במקרה שלנו היו מספיקות להשיג הבדלים משמעותיים בין תנאי. לבסוף, אימון שלאחר שלב הערכה זהה הכשרה טרום האבחון נערך. כל נושא עבר שלושה כאלה הוראה-הערכה-הרכבת-הערכה ניסיוני הפעלות. בכל מפגש ניסיוני שויכו רצף תנאי והאצבע האימון הייחודית. בניסוי 1, השווינו את ערכי אינדקס G על פני אימון בתנאים הבאים: (1) אימון באמצעות התבוננות - נושאים פסיבי נצפתה יד שמאל וירטואלי ביצוע הרצף בעוד שתי הידיים האמיתי שלהם היו משותק; (2) CE - נושאים פיזית התאמן עם יד ימין שלהם תוך קבלת משוב חזותי באינטרנט קונגרואנטי תנועת יד וירטואלית ממש; (3) לסה נ + חזותי מניפולציה (VM) - חשוב, הגדרת VR מאפשרת לנו ליצור תנאי ניסיוני 3d ייחודי שבו נושאים פיזית מאומן עם יד ימין שלהם תוך קבלת משוב חזותי מקוון של היד השמאלית (incongruent) וירטואלי תנועה (CE + VM תנאי). תנועת אצבע שמאל הידיים וירטואלי התבססה על אצבע יד ימין אמיתי תנועה שזיהה את הכפפות (שלב 1.4). בכל תנאי - הדקל ידיים של הנבדקים היו פונה כלפי מעלה. קצב תנועת אצבע יד וירטואלי באימון על ידי התבוננות תנאי (מצב 1) נקבע בהתבסס על הקצב הממוצע של הנושא בתקופת התנאים פעיל ימין (תנאי 2 ו- 3). במקרים שבו הסדר של תנאי אימונים בשל לניסיוני היה כה הכשרה על ידי התבוננות היה הראשון, הקצב נקבע בהתבסס על הקצב הממוצע של הנושא הקודם. כל ההשוואות אינדקס G בוצעו בתוך הנושא לזווג-אופנה מעבר לתנאי אימון שונים.

יד שמאל בביצועים בעקבות אימונים במצב 3 (CE + מניפולציה חזותי) גבוה באופן משמעותי ביחס הרווחים התקבלו בעקבות אימון באמצעות התבוננות יד שמאל (מצב 1; p < 0.01; דו-זנבית מזווגים t-test) או בעקבות נכון יד אימון עם משוב חזותי קונגרואנטי – הצורה המסורתית של CE (תנאי 2; p < 0.05; שני זנב למבחן t; איור 2 , טבלה 1). מעניין, האימונים עם משוב חזותי incongruent (CE + VM) הניב בביצועים גבוהים מסכום רווחים מתקבל על ידי שני סוגי הטירונות: אימון פיזי של יד ימין, והכשרה על ידי התבוננות השמאלי ללא פיזי תנועה. אפקט תוסף סופר זה מדגים כי בביצועים ביד שמאל ללא ליניארי משופרים בעת אימון יד ימין השלים עם משוב חזותי יד שמאל הנשלט על-ידי הנושא. זה מרמז כי CE ולמידה באמצעות התבוננות הם תהליכי אינטראקציה שניתן לשלב כדי ערכת לימוד חדשניים.

גם בדקנו ב קבוצה נוספת של 18 נושאים בריא אם התוספת של תנועת יד שמאל פסיבי יכול לשפר עוד יותר יד שמאל בביצועים. למטרה זו, לומדים 2, נושאים עבר פרוטוקול דומה עם 3 סוגי האימונים בזמן ידיהם הונחו בתוך המכשיר לפי הזמנה הנ ל (שלב 1.7) ששולט תנועת אצבע יד שמאל. בניסוי זה, נושאים הכשרה 10 רחובות. כל בלוק ההכשרה נמשך 50 s ואחריו 10 s של מסך ריק צהוב אשר שימש הסימן לנוח נקודה. סוגי אימון שלושה הבאים שימשו: (1) לסה נ + VM – צלב החינוך בליווי מניפולציות משוב חזותי (בדומה למצב 3 מן המחקר 1); (2) לסה נ + PM-סטנדרט קרוס-חינוך (כלומר תנועה פעיל ימין + משוב חזותי של תנועת הידיים ממש וירטואלי), יחד עם הולך לשעבד תנועה פסיבית (PM) של יד שמאל; (3) לסה נ + VM + PM-נושאים פיזית התאמן עם יד ימין שלהם בזמן קלט חזותי תומרנה כזה המתאים עזב תנועת הידיים וירטואלי הוצגה (בדומה למצב 3 השתמשו במחקר הראשון). עם זאת, בנוסף, יד ימין אצבע פעיל התנועה הביאה תנועת אצבע הולך לשעבד את יד שמאל פסיבי דרך המכשיר.

התוספת של תנועה פסיבית אצבע שמאל המניפולציה חזותי, הניב את הגבוה ביותר השמאלי בביצועים (איור 3 ו לטבלה 2), שהיו גבוה באופן משמעותי בביצועים בעקבות מניפולציה חזותי לבד (מצב 1; p < 0.01; דו-זנבית מזווגים t-test). יצוין, למרות התנאי הכשרה לסה נ + VM היה דומה לזה במחקר 1, מוחלטת G שהערכים אינם רק דומות על פני תנאים במסגרת אותו מחקר. זאת בשל העובדה כי עיצוב (1) אימון היה שונה במקצת (במחקר 2 כפות הידיים מול למטה, לא עלה עקב המכשיר, משך/מספר אחר של הדרכה רחובות) ו- (2) כל הניסוי נערך על קבוצה שונה של נושאים. חשוב, תוך כל המחקר, כל נושא שבוצעה כל שלושת סוגי אימון, מדדי G על פני תנאי מושווים אופנה לזווג.

figure-results-1
איור 1. ניסוי עיצוב. איור סכמטי של טיפול ניסיוני אחד בלימוד 1. כל נושא ביצע 3 מפגשים כאלה. בכל הפעלה, רצף ייחודי של חמש ספרות הוצג יחד עם שרטוט של האצבעות ממופה. אחרי הוראות, הנבדקים ביצעו את רצף מהיר, מדויק ככל האפשר באמצעות היד השמאלית שלהם להערכה הראשונית של רמת ביצועים. בשלב הבא, נושאים הכשרה על הרצף על ידי אחד מסוגי האימונים (ראה תוצאות נציג) באופן מקורסי. לאחר הכשרה, נושאים חזר על הבמה הערכה עבור הערכה מחדש של רמת ביצועים. במחקר 2, העיצוב הכללי היה דומה, עם המשכים/כמות שונה של הדרכה בלוקים (מפורט בתוצאות נציג). הידיים באיור מייצגיםהיד הפעיל בלבד (משוב חזותי תמיד הכיל שתי ידיים וירטואלי). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-results-2
באיור 2. מחקר 1 – יד שמאל בביצועים. אימון גופני עם יד ימין תוך קבלת משוב חזותי באינטרנט כאילו יד שמאל עוברת (CE + מניפולציה חזותית; VM; אדום), גרמו יד שמאל בביצועים הגבוהה יחסית התנאים אימון אחרים שנבדקו: תצפית יד שמאל (צהוב), קרוס-חינוך ללא מניפולציה חזותי (כלומר יד ימין אימון + קונגרואנטי משוב חזותי של יד וירטואלית. תנועה; ירוק). קווי שגיאה מציינות SEM על פני 18 נושאים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-results-3
איור 3. מחקר 2 – יד שמאל בביצועים. השיפור בביצועים יד שמאל הגבוה ביותר התקבל כאשר חינוך לחצות עם מניפולציה החזותי היה בשילוב עם תנועת אצבע יד שמאל פסיבית על ידי המכשיר (CE + VM + PM; אור אדום). שיפור זה היה גבוה משמעותית מזה שהושג בעקבות חינוך לחצות עם מניפולציה חזותי (CE + VM; אדום) ו לחצות חינוך עם מניפולציה נראה שההתפתחות שלהם (CE + PM; ירוק). קווי שגיאה מציינות SEM על פני 18 נושאים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

figure-results-4
טבלה 1. במחקר נתונים 1- הביצועים של הנושא בודדים (P) בשלבים הערכה טרום והדרכה שלאחר במחקר 1. כל תא מייצג את מספר רצפי חמש ספרות מלאה בביצוע כראוי בתוך S ס' 30 – נושא מספר. אנא לחץ כאן כדי להוריד את השולחן הזה.

figure-results-5
בטבלה 2. במחקר נתונים 2. זהה טבלה 1 למחקר 2. שים לב כי אימון משך וכיוון היד בניסוי זה היו שונים ממה ניסוי 1 (ראה טקסט). אנא לחץ כאן כדי להוריד את השולחן הזה.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מתארים מלכודת הכשרה חדשניים, להדגים כיצד הטמעת משוב חושית וירטואלית סביבה בעולם האמיתי מייעל למידה מוטורית ביד זה לא מאומנת תחת שליטה רצונית. אנחנו מניפולציות משוב על שתי שיטות: חזותי, נראה שההתפתחות שלהם.

ישנם מספר צעדים קריטיים בפרוטוקול שהוצגו. ראשית, המערכת מורכבת ממספר רכיבים נפרדים (כפפות VR אוזניות, מצלמה, התקן תנועה פסיבית) צריכים להיות מחוברים היטב בעת הגדרת הסביבה VR. לשם כך, הנסיין צריך לשמור על הסדר המדויק תיאר בפרוטוקול ואמת הנוחות של הנבדקים.

השילוב של ועיבוד חזותי נראה שההתפתחות שלהם במהלך אימון הציג גבוה משמעותית בביצועים ביד שאינו מאומן ביחס סוגי אימונים קיימים אחרים כגון למידה על ידי התבוננות17ו- CE3 עם וללא יד פסיבי תנועות24,25,26.

. זה שאלה פתוחה אם ביצועים משופרים רווחי בהפגנה הנוכחי generalizes פעילויות אחרות, הדרכה המשכים, שיטות משוב או זהויות יד (משמאל ליד פעיל או דו-מדריך תנועות). המחקר הנוכחי הייתה מוגבלת לנושאים ימני באמצעות האצבע פשוט רצף פעילות. בנוסף, המניפולציה קינסטזיה ב הכיוונון הנוכחי מבוסס על מערכת המאפשרת תנועות מוגבל מאוד (כגון כיפוף אצבע/הרחבה) עבור אימון קצר יחסית. נדרשת עבודה נוספת להקים את generalizability של ההתקנה הציג לסוגים אחרים של התנהגויות.

ניתן להאריך את ההתקנה הנוכחית במספר דרכים. ראשית, חדש סוגי שיטות ניתן להוסיף לדוגמה, איגוד צלילים השמיעה שונים לתנועות האצבע שונים במהלך הפעילות רצף. התוצאה עלולה להיות תופעת העל-תוסף אשר יהיה עוד יותר לייעל למידה ביד מיומנת. שנית, העיצוב הנוכחי של המערכת מאפשרת החלפה קלה של בין היד לנוע מרצון (יד ימין בתיאור הנוכחי) את היד yoked פסיבי (יד שמאל). מחקרים עתידיים יכולים לנצל את גמישות זו כדי לבחון איך כיוון ההעברה (בין הידיים דומיננטי והדומיננטי3) ניתן לשנות את הרמה של בביצועים בעת שימוש המניפולציות חושית שהוצגו. לבסוף, הגדרת VR הייחודי שפיתחנו עשוי להיות מותאם כדי משימות מורכבות יותר (בניגוד לפעילות רצף אצבע פשוטה). יכול להיות מוטבע סימולציה וירטואלי של אובייקטים חיצוניים כגון ביצים, סיכות ולוחות הסביבה האמיתי שמספק חוויה הדרכה עשיר ומרתק.

עבור יישומים עתידיים, האפקט המתוארים במחקר זה יכול בקלות לשמש עם אוכלוסיות קליניים כגון חולים עם hemiparesis העליונה-האיבר היכרות עם אימון גופני עם היד בריא, מתן משוב חזותי כאילו על יד ימין מושפעת העברה. בהתחשב בכך שליטה רצונית של המשותק מוגבל אוכלוסיות כאלה, ערכת הדרכה זו יש הפוטנציאל של עקיפת האתגרים של פיזיותרפיה ישירה של היד המושפעת וכתוצאה מכך אולי יותר טוב שחזור המחירים30 ,31. גישה זו, מנצלים את התופעה של צלב-חינוך, ראי-טיפול, יחד עם פעילויות שיקום ומבוססת, לא קודם לכן נבדק בחולים קליני, יש הפוטנציאל למתן שיקום יעיל יותר המשטר. בסופו של דבר, מאז תוכנית התקנה זו היא חלקית מר תואם, היא מאפשרת את השימוש כל-מוח הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) כדי לחקור את המעגלים העצביים הרלוונטיים העוסקים במהלך אימון כזה12.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה נתמך על ידי אני-ליבת התוכנית של התכנון, ועדת תקציב הקרן הלאומית למדעים (גרנט מס 51/11) לבין קרן המדע ישראל (מעניקה מס 1771/13 ו- 2043/13) (חומרי גלם); מילגה סגול של יוסף על חקר המוח את המלגה כבוד הנשיאותי הישראלי למחקר מדעי המוח, לאחווה סגול של ספר מדעי המוח (O.O.). התורמים שחיים היה אין תפקיד תכנון המחקר, איסוף נתונים, ניתוח, ההחלטה לפרסם או אופן ההכנה של כתב היד. המחברים תודה קגן א א חכים לעזרה עם חדרי קירור והקפאה, ליהי שדה, יובל Wilchfort עם הצילומים, התקנה, ו O. לוי, י' סימן-טוב ממערכת Rehabit-טק למתן גישה להתקן תנועה פסיבית.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
ערכת פיתוח Oculus 1Oculus VRה-Oculus Rift DK1 היא אוזניות מציאות מדומה שפותחו ומיוצרות על ידי Oculus VR, ומכילות ערכת פיתוח.
כפפת נתונים 5DT 14 MRI ימני ושמאליטכנולוגיות מימד חמישי100-0009 ו-100-0010כפפת הנתונים 5DT Ultra נועדה לספק את הדרישות המחמירות של אנשי מקצוע מודרניים ללכידת תנועה ואנימציה. הוא מציע נוחות, קלות שימוש, גורם צורה קטן ומנהלי התקנים מרובים של יישומים. איכות הנתונים הגבוהה, המתאם הצולב הנמוך וקצב הנתונים הגבוה הופכים אותו לאידיאלי עבור אנימציה מציאותית בזמן אמת.
מצלמת PlayStation EyeSonyה-PlayStation Eye (סימן מסחרי PLAYSTATION Eye) הוא מכשיר מצלמה דיגיטלית, הדומה למצלמת אינטרנט, עבור הפלייסטיישן 3. הטכנולוגיה משתמשת בראייה ממוחשבת ובזיהוי מחוות כדי לעבד תמונות שצולמו על ידי המצלמה.
מערכת שיקום REHABIT-TECRehabit-Tecwww.rehabit-tec.comמערכת השיקום Rehabit-Tec היא מערכת שיקום שנועדה לאפשר לנפגע אירוע מוחי לקדם שיקום עצמי על בסיס תנועות מראה

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Motor learning and control for practitioners. , Routledge. (2017).">Coker, C. A. Motor learning and control for practitioners. , Routledge. (2017).
  2. Constraint-induced movement therapy in the treatment of the upper limb in children with hemiplegic cerebral palsy. Cochrane Database Syst Rev. 18 (2), (2007).">Hoare, B. J., Wasiak, J., Imms, C., Carey, L. Constraint-induced movement therapy in the treatment of the upper limb in children with hemiplegic cerebral palsy. Cochrane Database Syst Rev. 18 (2), (2007).
  3. Interlimb transfer of visuomotor rotations: independence of direction and final position information. Exp Brain Res. 145 (4), 437-447 (2002).">Sainburg, R. L., Wang, J. Interlimb transfer of visuomotor rotations: independence of direction and final position information. Exp Brain Res. 145 (4), 437-447 (2002).
  4. Is interlimb transfer of force-field adaptation a cognitive response to the sudden introduction of load? J Neurosci. 24 (37), 8084-8089 (2004).">Malfait, N., Ostry, D. J. Is interlimb transfer of force-field adaptation a cognitive response to the sudden introduction of load? J Neurosci. 24 (37), 8084-8089 (2004).
  5. Neurophysiological mechanisms involved in transfer of procedural knowledge. J Neurosci. 27 (5), 1045-1053 (2007).">Perez, M. A., Wise, S. P., Willingham, D. T., Cohen, L. G. Neurophysiological mechanisms involved in transfer of procedural knowledge. J Neurosci. 27 (5), 1045-1053 (2007).
  6. Limited transfer of learning between unimanual and bimanual skills within the same limb. Nat Neurosci. 9 (11), 1364-1366 (2006).">Nozaki, D., Kurtzer, I., Scott, S. H. Limited transfer of learning between unimanual and bimanual skills within the same limb. Nat Neurosci. 9 (11), 1364-1366 (2006).
  7. Contralateral effects of unilateral strength training: evidence and possible mechanisms. J Appl Physiol. 101 (5), 1514-1522 (2006).">Carroll, T. J., Herbert, R. D., Munn, J., Lee, M., Gandevia, S. C. Contralateral effects of unilateral strength training: evidence and possible mechanisms. J Appl Physiol. 101 (5), 1514-1522 (2006).
  8. Neuro-physiological adaptations associated with cross-education of strength. Brain Topogr. 20 (2), 77-88 (2007).">Farthing, J. P., Borowsky, R., Chilibeck, P. D., Binsted, G., Sarty, G. E. Neuro-physiological adaptations associated with cross-education of strength. Brain Topogr. 20 (2), 77-88 (2007).
  9. Neural adaptations to resistive exercise: mechanisms and recommendations for training practices. Sports Med. 36 (2), 133-149 (2006).">Gabriel, D. A., Kamen, G., Frost, G. Neural adaptations to resistive exercise: mechanisms and recommendations for training practices. Sports Med. 36 (2), 133-149 (2006).
  10. Asymmetrical intermanual transfer of learning in a sensorimotor task. Exp Brain Res. 202 (4), 927-934 (2010).">Kirsch, W., Hoffmann, J. Asymmetrical intermanual transfer of learning in a sensorimotor task. Exp Brain Res. 202 (4), 927-934 (2010).
  11. Inter-manual transfer and practice: coding of simple motor sequences. Acta Psychol (Amst). 131 (2), 99-109 (2009).">Panzer, S., Krueger, M., Muehlbauer, T., Kovacs, A. J., Shea, C. H. Inter-manual transfer and practice: coding of simple motor sequences. Acta Psychol (Amst). 131 (2), 99-109 (2009).
  12. Neural Network Underlying Intermanual Skill Transfer in Humans. Cell Reports. 17 (11), 2891-2900 (2016).">Ossmy, O., Mukamel, R. Neural Network Underlying Intermanual Skill Transfer in Humans. Cell Reports. 17 (11), 2891-2900 (2016).
  13. Acquisition of a complex basketball-dribbling task in school children as a function of bilateral practice order. Res Q Exerc Sport. 82 (2), 188-197 (2011).">Stockel, T., Weigelt, M., Krug, J. Acquisition of a complex basketball-dribbling task in school children as a function of bilateral practice order. Res Q Exerc Sport. 82 (2), 188-197 (2011).
  14. Brain lateralisation and motor learning: selective effects of dominant and non-dominant hand practice on the early acquisition of throwing skills. Laterality. 17 (1), 18-37 (2012).">Stockel, T., Weigelt, M. Brain lateralisation and motor learning: selective effects of dominant and non-dominant hand practice on the early acquisition of throwing skills. Laterality. 17 (1), 18-37 (2012).
  15. Mirror Visual Feedback Training Improves Intermanual Transfer in a Sport-Specific Task: A Comparison between Different Skill Levels. Neural Plasticity. 2016, (2016).">Steinberg, F., Pixa, N. H., Doppelmayr, M. Mirror Visual Feedback Training Improves Intermanual Transfer in a Sport-Specific Task: A Comparison between Different Skill Levels. Neural Plasticity. 2016, (2016).
  16. Sequence learning by action and observation: evidence for separate mechanisms. Br J Psychol. 94 (Pt 3), 355-372 (2003).">Kelly, S. W., Burton, A. M., Riedel, B., Lynch, E. Sequence learning by action and observation: evidence for separate mechanisms. Br J Psychol. 94 (Pt 3), 355-372 (2003).
  17. Motor learning by observing. Neuron. 46 (1), 153-160 (2005).">Mattar, A. A., Gribble, P. L. Motor learning by observing. Neuron. 46 (1), 153-160 (2005).
  18. Sequence learning by action, observation and action observation. Br J Psychol. 96 (Pt 3), 371-388 (2005).">Bird, G., Osman, M., Saggerson, A., Heyes, C. Sequence learning by action, observation and action observation. Br J Psychol. 96 (Pt 3), 371-388 (2005).
  19. Action observation with kinesthetic illusion can produce human motor plasticity. Eur J Neurosci. 41 (12), 1614-1623 (2015).">Nojima, I., Koganemaru, S., Kawamata, T., Fukuyama, H., Mima, T. Action observation with kinesthetic illusion can produce human motor plasticity. Eur J Neurosci. 41 (12), 1614-1623 (2015).
  20. Activity in superior parietal cortex during training by observation predicts asymmetric learning levels across hands. Scientific reports. , (2016).">Ossmy, O., Mukamel, R. Activity in superior parietal cortex during training by observation predicts asymmetric learning levels across hands. Scientific reports. , (2016).
  21. Perceptual learning in sensorimotor adaptation. J Neurophysiol. 110 (9), 2152-2162 (2013).">Darainy, M., Vahdat, S., Ostry, D. J. Perceptual learning in sensorimotor adaptation. J Neurophysiol. 110 (9), 2152-2162 (2013).
  22. Can proprioceptive training improve motor learning? J Neurophysiol. 108 (12), 3313-3321 (2012).">Wong, J. D., Kistemaker, D. A., Chin, A., Gribble, P. L. Can proprioceptive training improve motor learning? J Neurophysiol. 108 (12), 3313-3321 (2012).
  23. Structure of plasticity in human sensory and motor networks due to perceptual learning. J Neurosci. 34 (7), 2451-2463 (2014).">Vahdat, S., Darainy, M., Ostry, D. J. Structure of plasticity in human sensory and motor networks due to perceptual learning. J Neurosci. 34 (7), 2451-2463 (2014).
  24. Experiencing a reaching task passively with one arm while adapting to a visuomotor rotation with the other can lead to substantial transfer of motor learning across the arms. Neurosci. Lett. 638, 109-113 (2017).">Bao, S., Lei, Y., Wang, J. Experiencing a reaching task passively with one arm while adapting to a visuomotor rotation with the other can lead to substantial transfer of motor learning across the arms. Neurosci. Lett. 638, 109-113 (2017).
  25. Direct-effects and after-effects of visuomotor adaptation with one arm on subsequent performance with the other arm. J Neurophysiol. 114 (1), 468-473 (2015).">Wang, J., Lei, Y. Direct-effects and after-effects of visuomotor adaptation with one arm on subsequent performance with the other arm. J Neurophysiol. 114 (1), 468-473 (2015).
  26. The combined effects of action observation and passive proprioceptive training on adaptive motor learning. Neuroscience. 331, 91-98 (2016).">Lei, Y., Bao, S., Wang, J. The combined effects of action observation and passive proprioceptive training on adaptive motor learning. Neuroscience. 331, 91-98 (2016).
  27. Externally guided control of static grip forces by visual feedback-age and task effects in 3-6-year old children and in adults. Neurosci. Lett. 271 (1), 41-44 (1999).">Blank, R., Heizer, W., Von Voß, H. Externally guided control of static grip forces by visual feedback-age and task effects in 3-6-year old children and in adults. Neurosci. Lett. 271 (1), 41-44 (1999).
  28. Spatial-temporal analysis of movements in children: Motor programs versus feedback in the development of reaching. J Mot Behav. 11 (3), 189-200 (1979).">Hay, L. Spatial-temporal analysis of movements in children: Motor programs versus feedback in the development of reaching. J Mot Behav. 11 (3), 189-200 (1979).
  29. Children's and adults' learning of a visuomanual coordination: role of ongoing visual feedback and of spatial errors as a function of age. Percept Mot Skills. 77 (2), 659-669 (1993).">Fayt, C., Minet, M., Schepens, N. Children's and adults' learning of a visuomanual coordination: role of ongoing visual feedback and of spatial errors as a function of age. Percept Mot Skills. 77 (2), 659-669 (1993).
  30. Constraint-induced movement therapy. Stroke. 35 (11 Suppl 1), 2699-2701 (2004).">Grotta, J. C., et al. Constraint-induced movement therapy. Stroke. 35 (11 Suppl 1), 2699-2701 (2004).
  31. Constraint-Induced Movement Therapy: a new family of techniques with broad application to physical rehabilitation--a clinical review. J Rehabil Res Dev. 36 (3), 237(1999).">Taub, E., Uswatte, G., Pidikiti, R. Constraint-Induced Movement Therapy: a new family of techniques with broad application to physical rehabilitation--a clinical review. J Rehabil Res Dev. 36 (3), 237(1999).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Virtual Reality TrainingMotor Skill LearningCross EducationSensory FeedbackPassive Movement DeviceUpper Limb HemiparesisMotion Tracking GlovesVisual ManipulationProprioceptive InputPerformance Gains

Related Articles