Questo protocollo descrive come utilizzare analisi video frame-by-frame per quantificare idiosincratici portata da afferrare movimenti in esseri umani. Un'analisi comparativa delle raggiungendo nel avvistato contro adulti sani non vedenti viene utilizzato per illustrare la tecnica, ma il metodo può essere applicato anche allo studio di popolazioni cliniche e di sviluppo.
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Articolo metodologico
Analisi Video frame-by-Frame di idiosincratici Reach da afferrare movimenti in esseri umani
In questo articolo
Sommario
Abstract
Prensione, l'atto di raggiungere per afferrare un oggetto, è fondamentale per l'esperienza umana. La usiamo per nutrirci, sposo di noi stessi e manipolare oggetti e strumenti nel nostro ambiente. Tali comportamenti sono danneggiati da molti disturbi sensitivo-motorie, eppure la nostra comprensione corrente del loro controllo neurale è lungi dall'essere completo. Tecnologie attuali per inquirenti umani portata da afferrare movimenti spesso utilizzano i sistemi che possono essere costosi, richiedono il collegamento di sensori o marcatori alle mani, ostacolare i movimenti naturali e feedback sensoriale e fornire cinematica di tracciamento del movimento output che possono essere difficili da interpretare. Mentre generalmente efficace per studiare i movimenti stereotipati portata da afferrare di adulti sani avvistati, molte di queste tecnologie affrontare ulteriori limitazioni quando si cerca di studiare i movimenti di portata da afferrare imprevedibili e idiosincratici di neonati, adulti non vedenti e pazienti con i disordini neurologici. Così, vi presentiamo un protocollo romanzo, poco costoso e altamente affidabile ma flessibile per quantificare la struttura temporale e cinematica di idiosincratici portata da afferrare movimenti in esseri umani. Videocamere ad alta velocità catturare più visualizzazioni del movimento portata da afferrare. Analisi video frame-by-frame viene quindi utilizzato per documentare la tempistica e la grandezza degli eventi comportamentali pre-definiti come inizio movimento, collezione, altezza massima, apertura di picco, primo contatto e stretta finale. La struttura temporale del movimento è ricostruita da documentare il numero di telaio relativo di ogni evento, mentre la struttura cinematica della mano è quantificata utilizzando la funzione righello o misura in software di editing fotografico per calibrare 2 dimensionale lineare Distanze tra le due parti del corpo o tra una parte del corpo e la destinazione. Analisi video frame-by-frame in grado di fornire una descrizione quantitativa ed esauriente dei movimenti di portata da afferrare idiosincratici e permetteranno ai ricercatori di espandere la loro area di indagine per includere una gamma maggiore di naturalistico prensile comportamenti, guidati da una più ampia varietà di modalità sensoriali, sia sano e clinici popolazioni.
Introduzione
Prensione, l'atto di raggiungere per afferrare un oggetto, è utilizzato per molte funzioni quotidiane, tra cui l'acquisizione di prodotti alimentari per mangiare, toelettatura, manipolazione di oggetti, armati di strumenti e di comunicare attraverso il gesto e parola scritta. La teoria più importante relative al controllo di neurobehavioral di prensione, il Dual Channel Visuomotor teoria1,2,3,4, propone tale prensione è costituita da due movimenti - una portata che trasporta la mano nella posizione del bersaglio e una conoscenza che apre, forme e chiude la mano alle dimensioni e alla forma del bersaglio. I due movimenti sono mediati dai percorsi neurali dissociabili ma interagenti da visual alla corteccia di motore tramite il lobo parietale1,2,3,4. Supporto comportamentale per la teoria di Visuomotor Dual Channel è stato ambiguo, in gran parte a causa del fatto che il movimento di portata da afferrare appare come un unico atto senza giunte e si svolge con poco sforzo cosciente. Ciò nonostante, prensione è quasi sempre studiato nel contesto della prensione visivamente guidati in cui un partecipante sano raggiunge per afferrare un oggetto di destinazione visibile. In queste circostanze l'azione visualizzata come un singolo movimento che si svolge in modo prevedibile e stereotipata. Prima dell'inizio di raggiungere gli occhi fissano sul bersaglio. Come il braccio si estende le cifre aprire, preshape alla dimensione dell'oggetto e successivamente iniziano a chiudere. Gli occhi disinserire dalla destinazione appena prima del contatto con destinazione e stretta finale del target segue quasi immediatamente in seguito5. Quando viene rimossa la visione, tuttavia, la struttura del movimento è fondamentalmente diversa. Il movimento si dissocia nei suoi componenti costitutivi, tale che una portata a mano aperta viene utilizzata innanzitutto per individuare la destinazione toccando esso e poi aptici spunti associati guida contatto destinazione sagomatura e chiusura della mano per afferrare il6.
Quantificazione del movimento portata da afferrare più spesso è ottenuta utilizzando un sistema di rilevamento di moto tridimensionale (3D) 3. Questi possono includere sistemi di rilevamento a raggi infrarossi, elettromagnetici, sistemi di monitoraggio, o dei video basato su sistemi di tracciamento. Mentre tali sistemi sono efficaci per l'acquisizione di misure cinematiche di prensione a partecipanti adulti sani eseguendo movimenti stereotypical portata da afferrare verso gli oggetti di destinazione visibili, hanno una serie di svantaggi. Oltre ad essere molto costosi, questi sistemi richiedono il collegamento di sensori o marker sul braccio, mano e cifre del partecipante. Questi sono solitamente fissati utilizzando nastro medico, che può ostacolare il feedback tattile dalla mano, alterare il naturale comportamento motorio e distrarre i partecipanti7. Come questi sistemi generalmente producono output numerici relazionati a diverse variabili cinematiche come accelerazione, decelerazione e velocità anche non sono l'ideale per indagare come la mano contatti il bersaglio. Quando utilizzando questi sistemi, sensori aggiuntivi o attrezzature sono necessari per determinare quale parte della mano rende il contatto con il bersaglio, dove sul bersaglio avviene il contatto, e come potrebbe cambiare la configurazione della mano ordine di manipolare l'obiettivo. Inoltre, sistemi di rilevamento a raggi infrarossi, che sono il più comunemente impiegate, richiedono l'utilizzo di una macchina fotografica specializzata per monitorare la posizione dei marcatori sulla mano in uno spazio 3D6. Ciò richiede una linea diretta di vista tra la fotocamera e i sensori sulla mano. Come tale, qualsiasi idiosincrasie nel movimento rischiano di oscurare questa linea di vista e causare la perdita di dati critici di cinematici. Esistono, tuttavia, un numero elevato di istanze in cui idiosincrasie nel movimento portata da afferrare sono in realtà la norma. Questi includono durante lo sviluppo iniziale, quando i bambini stanno imparando a raggiungere e afferrare oggetti; Quando l'oggetto di destinazione non è visibile e tattile stecche devono essere utilizzati per guidare la portata e la stretta; Quando l'oggetto di destinazione è un forma strana o texture; e quando il partecipante si presenta con uno qualsiasi di una varietà di disturbi sensitivo-motorie come un ictus, malattia di Huntington, morbo di Parkinson, paralisi cerebrale, ecc In tutti questi casi, il movimento di portata da afferrare non è né prevedibile né stereotipo, né è necessariamente guidati da visione. Di conseguenza, la capacità di movimento 3D sistemi di monitoraggio per quantificare in modo affidabile la struttura temporale e cinematica di questi movimenti può essere fortemente limitata a causa di interruzioni in feedback sensoriale dalla mano, cambiamenti nel comportamento del motore naturale, perdita di dati, e/o difficoltà di interpretazione dell'output cinematica idiosincratico da questi dispositivi.
L'articolo attuale descrive una nuova tecnica per quantificare idiosincratici portata da afferrare movimenti nelle diverse popolazioni umane che è conveniente, non ostacolano il feedback sensoriale dalla mano o il naturale comportamento del motore ed è affidabile ma può essere flessibilmente modificato per soddisfare una varietà di paradigmi sperimentali. La tecnica prevede l'utilizzo di più videocamere ad alta velocità per registrare il movimento di portata da afferrare da più angolazioni. Il video viene poi analizzato offline progredendo attraverso i fotogrammi video uno alla volta e utilizzando ispezione visiva per eventi comportamentali chiave documento che, insieme, forniscono una descrizione quantificata della organizzazione temporale e cinematico del reach-a-stretta movimento. L'articolo attuale descrive un'analisi comparativa di visivamente - versus nonvisually-Guida di movimenti di portata da afferrare in soggetti adulti sani6,8,9,10 , al fine di dimostrare l'efficacia della tecnica; Tuttavia, le versioni modificate della tecnica sono state utilizzate anche per quantificare le azioni di portata da afferrare dei neonati umani11 e12di primati non umani. I risultati completi di analisi video frame-by-frame da questi studi sono tra i primi a fornire prove comportamentali a sostegno della teoria di Visuomotor Dual Channel di prensione.
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Protocollo
Tutte le procedure che coinvolgono i partecipanti umani sono state approvate dal comitato di ricerca Università di Lethbridge umano soggetti e Thompson Rivers University Research Ethics per Consiglio di soggetti umani.
1. i partecipanti
- Raggiungere il consenso informato degli adulti che hanno visione normale o corretto--normale e sono di buona salute senza la storia di disturbi neurologici o sensorimotorie (a meno che l'obiettivo è quello di indagare una particolare popolazione clinica).
2. organizzazione sperimentale
- Selezionare i mirtilli, palle di ciambella e fette d'arancia per servire come raggiungere gli obiettivi. Misurare un sottoinsieme di dieci di ciascuno degli obiettivi tra loro asse più lungo per determinare la lunghezza media di ogni destinazione.
Nota: Utilizzare gli obiettivi che sono di forma e dimensioni uniformi. La dimensione media degli obiettivi mirtillo era 12.41 ± 0.33 mm, la dimensione media degli obiettivi palla ciambella era 28.82 ± 1,67 mm e la dimensione media degli obiettivi fetta d'arancia era 60.53 ± 0,83 mm. - Determinare il numero di prova e l'ordine per l'esperimento. Informare i partecipanti che sarà il completamento di un totale di 60 raggiungendo studi separati in 4 blocchi (2 isolati nella condizione di visione) e a 2 isolati nella visione No con ogni blocco composto da 15 raggiungendo prove (5 ripetizioni per ogni oggetto di 3 destinazione). Informare il partecipante che per ogni blocco di oggetti di destinazione saranno presentati in un ordine casuale come determinato da un generatore di numeri casuali. Assicurarsi che l'ordine di presentazione di blocco è controbilanciata da altra parte i partecipanti.
- Il partecipante in una sedia senza braccioli fisso in una camera tranquilla e ben illuminata, libera dalle distrazioni del sedile. Raccontare il partecipante di stare seduto dritto sulla sedia con piedi in appoggio piatta e la piazza sul pavimento e le mani aperte di riposo e verso il basso sulle cime delle loro cosce.
- Regolare l'altezza di un piedistallo autoportante, ad altezza regolabile alla lunghezza del tronco di seduta del partecipante affinché la parte superiore del piedistallo si trova a metà strada tra la parte superiore dell'anca del partecipante e sterno del partecipante. Posizionare il piedistallo direttamente di fronte alla linea mediana del partecipante.
- Dica al partecipante di estendere la loro mano dominante direttamente verso la parte superiore del piedistallo. Regolare la posizione del piedistallo in modo che è posizionato al midline del partecipante, ma ad una distanza equivalente a braccio completamente esteso e la mano del partecipante tale che il partecipante tese dito medio contatti il bordo distale del piedistallo. Dopo aver posizionato il piedistallo, chiedere al partecipante di restituire loro mano tesa al loro giro.
- Posizione 1 videocamera ad alta velocità sagittale al partecipante, sullo stesso lato come la mano non dominante del partecipante ad una distanza di 1 m dal piedistallo per registrare una vista di portata laterale della mano dominante del partecipante. Regolare la posizione e lo zoom della fotocamera fino alla parte superiore della testa del partecipante, la posizione iniziale della mano sulla parte superiore della coscia, e il bersaglio raggiungendo sul piedistallo sono chiaramente visibili da questa angolazione.
- Posizionare una seconda videocamera 1 m davanti al basamento di catturare una vista anteriore del partecipante. Regolare la posizione e lo zoom della fotocamera fino a quando la parte superiore della testa del partecipante, la posizione iniziale della mano sulla coscia, e il bersaglio raggiungendo sul piedistallo sono chiaramente visibili da questa angolazione.
Nota: Ulteriori videocamere può essere posizionati sopra, sotto o davanti il partecipante e il piedistallo come desiderato. - Impostare ogni fotocamera per registrare video alla massima risoluzione possibile ad un tasso di 60, 120 o 300 fotogrammi al secondo con una velocità di scatto di 1/250th (o fino a 1/1000th se il movimento verrà eseguito molto rapidamente) di secondo. Impostare entrambe le fotocamere per memorizzare ogni file video come file di un AVI, MP4 o MOV. Utilizzare una lampada forte contenente luci LED cool (che generano calore trascurabile) per illuminare l'area di partecipante e test. Impostare ogni fotocamera per concentrarsi sul centro del piedistallo.
Nota: Questi frame rate elevati e tempi di posa una lampada forte è necessaria per illuminare l'area di partecipante e test. Ciò garantirà che i singoli fotogrammi video sono sufficientemente illuminato e privo di artefatti da movimento. - Istruire il partecipante per iniziare ogni prova raggiungendo con le loro mani aperte, rilassato e riposa palmo verso il basso sul dorsum della loro parte superiore delle cosce.
- Dire il partecipante che all'inizio di ogni prova, lo sperimentatore sarà posto un oggetto di destinazione – un mirtillo, una palla di ciambella o una fetta d'arancia – sul piedistallo e che il partecipante è di aspettare fino a quando lo sperimentatore fornisce un verbale 1, 2, 3 , Andare ' comando di raggiungere con la mano dominante, afferrare l'oggetto di destinazione e quindi inserire l'oggetto di destinazione nella loro bocca, come se hanno intenzione di mangiarlo.
- Dire il partecipante che devono eseguire il compito nel modo più naturale possibile, ma che non in realtà hanno a mangiare l'oggetto di destinazione. Istruire il partecipante che dopo aver piazzato l'oggetto di destinazione in bocca che poi dovrebbero usare la mano non dominante per recuperare l'obiettivo dalla loro bocca e metterla in un contenitore di smaltimento situato al piano adiacente alla mano non dominante del partecipante. Istruire il partecipante per poi tornare entrambe le mani alla posizione iniziale sulla loro parte superiore delle cosce in preparazione per la prossima prova.
- Selezionare una benda sugli occhi che non è ingombrante ma occludere visione sia foveal e periferica di destinazione. Fornire questa benda a tutti i partecipanti all'inizio di tutti i blocchi di prova di visione No e garantire che si indossano prima che l'oggetto di destinazione viene collocato sul piedistallo.
Nota: Quando il completamento di blocchi di prova di visione No, i partecipanti sono bendato prima che inizia la prima visione di No prova. Così, essi sono bendati prima che un oggetto di destinazione viene posizionato sul piedistallo che assicura che il partecipante non vedere quali oggetti possibile bersaglio è posto sul piedistallo per qualsiasi dato prova di visione di No. - Premere il tasto 'record' entrambi videocamere prima di iniziare l'esperimento e assicurarsi che la posizione e la posizione di ogni telecamera non cambia per tutta la durata dell'attività sperimentale per un determinato partecipante.
3. raccolta dei dati
- Iniziare l'esperimento toccando rapidamente la superficie centrale superiore del piedistallo con il dito indice.
Nota: Al momento del contatto tra il dito indice e il piedistallo servirà come un segnale di tempo che sarà visibile in tutte le registrazioni video. - Inserire un oggetto di calibrazione di dimensioni note, ad esempio un cubo di plastica3 cm 1, al centro della parte superiore del piedistallo, tale che ogni camera ha una vista di fronto-parallelo di un lato del cubo. Lasciare l'oggetto di calibrazione sul piedistallo per circa 5 s affinché ogni videocamera cattura una visuale di esso, quindi rimuovere l'oggetto di taratura prima del primo processo raggiungendo.
- Informare il partecipante che l'esperimento è in procinto di iniziare, assicurarsi che il partecipante indossa la benda, se stanno per completare un blocco di prova di visione di No e chiedere al partecipante di confermare verbalmente se sono pronti per iniziare.
- Posizionare il primo oggetto di destinazione sul piedistallo e utilizzare una stecca "1, 2, 3, Go" per segnalare al partecipante per eseguire il processo di raggiungimento.
- Ripetere il punto 3.4. fino a quando il partecipante ha completato un totale di 60 raggiungendo prove. Garantire che il partecipante indossa solo la benda per i blocchi di prova di visione di No.
- Dopo aver completato 60 raggiungendo prove, interrompere la registrazione dalla videocamera. Rispondere a domande qualsiasi finale che il partecipante può avere e consentire loro di lasciare.
4. preparare i video per analisi Video Frame-by-Frame
- Scaricare i file video dalla videocamera a un computer sicuro che ha un programma di editing video software installato su di esso.
- Aprire i file video nel programma di software di editing video. Nella Finestra di avvio che si apre, fare clic sul pulsante Nuovo progetto . Per l'opzione di Formato di visualizzazione dei Video selezionare fotogrammi. Selezionare l' opzione Formato acquisizione DV. Fare clic su OK | Sì.
- Fare clic sulla scheda Media Browser e navigare per trovare i file video per il partecipante. Fare clic e tenere premuto uno dei file video di trascinare e rilasciarlo nella adiacente Timeline. Questo farà sì che la registrazione video venga visualizzato nella finestra del programma . Utilizzare i tasti freccia sulla tastiera per progresso in avanti o all'indietro attraverso la registrazione video.
- Utilizzare i tasti freccia sulla tastiera per passare al fotogramma che raffigura il momento che lo sperimentatore rubinetti parte superiore del piedistallo con il dito indice. Mettere in pausa il video record su questo telaio affinché l'indicatore di riproduzione (sulla timeline) viene posizionato a un frame esatto dove dito dello sperimentatore prima fa contatto con il piedistallo.
- Utilizzare la funzione trim nel video editing software per tagliare (Rimuovi) tutti i fotogrammi prima del fotogramma corrente. Per effettuare questa operazione, fare clic su Mark In | File | Esportare | Media opzioni. Nella finestra Impostazioni di esportazione che si apre, selezionate h. 264 per l'opzione di formato e la Sorgente per l'opzione preimpostata.
- Clicca sul Nome di Output e per individuare la cartella dove volete salvare il record dei video appena tagliato. Fornire un nuovo nome di file per il record appena tagliato dei video che si sta creando, quindi fare clic sul pulsante Salva . Questo restituirà le Impostazioni di esportazione. Fare clic sull'opzione di esportazione .
- Ripetere i passaggi 4.1-4.6 per tutti i record dei video per ogni partecipante per creare un file video appena tagliato che corrisponde ad ognuno dei file video originale. Utilizzare solo i file video appena tagliati per tutte le successive analisi fotogramma per fotogramma del video.
Nota: Nei file video appena tagliati, telaio 1 di ogni file video si raffigurano la stesso evento comportamentale (ad es., momento del primo contatto tra il dito dello sperimentatore ed il piedistallo) e sono in sostanza tempo-sincronizzati. Ciò consente una commutazione rapida e semplice tra le diverse visualizzazioni dei video di un singolo evento comportamentale all'interno di una singola sessione di test per un singolo partecipante. - Chiudere e riaprire il software di editing video. Ripetere i passaggi da 4.2. e 4.3. Selezionare e trascinare tutti i record dei video appena tagliati per un singolo partecipante in sequenze temporali separati nel video editing software per l'analisi video fotogramma per fotogramma. Questo vi permetterà di navigare attraverso le visualizzazioni video multiple per ogni partecipante in modo tempo-sincronizzati. Per modificare quale registrare video (ad es., frontale o laterale) viene visualizzato nella finestra del programma , basta fare clic e trascinare la timeline video che include la visualizzazione dei video preferita in cima le altre sequenze video.
Nota: Il passaggio 4.8. è condotto utilizzando il software di editing video e serve per temporaneamente tempo-sincronizzare tutte le visualizzazioni dei video da un solo partecipante.
5. frame-by-Frame Video analisi: organizzazione temporale
- Per ogni prova raggiungendo, descrivere l'organizzazione temporale del movimento portata da afferrare usando i tasti freccia sulla tastiera per progredire attraverso il tempo-sincronizzati registrazioni video fotogramma per fotogramma. Registrare, in un foglio di calcolo (Supplemental tabella 1), il primo numero di telaio per ogni evento chiave del comportamento descritto nella procedura 5.1.1-5.1.6, che sono anche descritti nella tabella 1 e illustrato nella Figura 1.
Nota: Mentre tutti 6 eventi chiavi del comportamento sono generalmente presenti in ogni prova di visione, alcuni non sempre siano presenti nelle prove n visione.- Identificare l'inizio del movimento, che è definito come il primo sollevamento visibile del palmo della mano dal dorsum della parte superiore della coscia.
- Identificare insieme, che è definita come la formazione di una postura di mano chiusa, in cui le cifre al massimo flex e chiudere. In genere, insieme si verifica in seguito inizio movimento e prima dell'apertura di picco.
- Identificare l'altezza massima, che è definita come l'altezza massima dell'articolazione più prossimale del dito indice, come la mano raggiunge verso l'oggetto di destinazione.
- Identificare il diaframma di picco, che è definita come la massima apertura della mano (come misurato tra la punta centrale del dito indice e la punta centrale del pollice) che si verifica dopo la raccolta, ma prima del primo contatto. A volte le cifre riaprirà dopo il primo contatto con l'oggetto di destinazione, nel qual caso, record anche il numero di telaio di questa seconda apertura di picco.
- Identificare il primo contatto, che è definito come il primo punto di contatto tra la mano e l'oggetto di destinazione.
- Identificare la stretta finale, che è definito come il momento in cui tutti la manipolazione dell'oggetto di destinazione è completa e il partecipante ha una stretta costante sull'oggetto di destinazione.
6. frame-by-Frame Video analisi: scala di calibrazione cinematica
- Creare una scala di calibrazione per ogni partecipante che può essere utilizzato per convertire le misure di distanza da registrare video da pixel a centimetri.
- Trascinare e rilasciare il video record di interesse nella timeline del programma software di editing video come nei passaggi 4.2. e 4.3. Spostare l'indicatore di riproduzione sul fotogramma che rappresenta l'oggetto di calibrazione e fare clic su Esporta fotogramma. Nella finestra Esporta fotogramma che si apre, immettere un nome per il fermo immagine di struttura nella casella di opzione nome , inserire la casella di opzione di formato TIFF e fare clic sulla casella di opzione percorso per individuare la cartella che si desidera salvare l'immagine fissa del telaio in.
- Aprire questo ancora file di immagine del fotogramma in un programma di fotoritocco. Fare clic su immagine di | Analisi | Impostare la scala di misurazione | Personalizzato per trasformare il puntatore del mouse in uno strumento righello. Utilizzare lo strumento righello per fare clic su un lato del cubo di calibrazione di 1 cm3 , trascinare lo strumento righello sul lato opposto del cubo calibrazione, mantenendo la linea più orizzontale possibile e rilasciando il click sul lato opposto del cubo.
Nota: Una volta punto 6.1.2. è completare il software di fotoritocco programma automaticamente calcola la lunghezza della linea che è stata disegnata in pixel e visualizzare questo valore nell'opzione Lunghezza in Pixel nella finestra aperta di Scala di misurazione . - Nella finestra Scala di misurazione , è necessario immettere 10 nella casella di opzione Lunghezza logica e millimetri nella casella di opzione Unità logiche . Fare clic su Salva predefinito. Nella finestra di Misura scala Preset , basta inserire la veduta video e numero di codice del partecipante pertinente (ad es., SideView-Participant1) la casella di opzione Nome predefinito e quindi fare clic su OK.
- Fare clic su OK nella finestra Scala di misurazione .
Nota: Ripetere i passaggi da 6.1.1 a 6.1.4. per ogni visualizzazione dei video per ogni partecipante.
7. frame-by-Frame Video analisi: struttura cinematica
- Per ogni prova raggiungendo, descrivere la struttura cinematica del movimento portata da afferrare utilizzando lo strumento righello nel programma software di fotoritocco per registrare le misure pertinenti distanza descritte in passaggi 7.4-7.9 e tabella 1.
- Utilizzare il software di editing video per esportare un'immagine fissa del telaio (passo 6.1.1.) che raffigura ciascuno dei seguenti eventi comportamentali: raccolta, altezza massima, l'apertura di picco, primo contatto e stretta finale (per ogni prova).
- Aprire il fermo immagine di cornice che raffigura l'evento chiave del comportamento di interesse per il software di fotoritocco. Fare clic su immagine di | Analisi | Impostare la scala di misurazione e selezionare la scala di calibrazione preimpostata che corrisponde alla visualizzazione dei video e partecipante raffigurato nell'immagine che si desidera prendere una misura di distanza da (ad esempio, SideView-Participant1).
Nota: Selezionando la scala di calibrazione preimpostata garantisce che tutte le distanze successive misurate con lo strumento righello verranno convertite correttamente da pixel in millimetri. La scala di calibrazione preimpostata rimarrà automaticamente selezionata per tutti i file di immagine successiva che vengono aperti. Così, non c'è nessuna necessità di ripetere il punto 7.3. fino a quando si passa ad analizzare ancora inquadrare immagini da una visione diversa dei video o un partecipante diverso. - Aprire il fermo immagine di cornice che raffigura l'evento chiave del comportamento della raccolta nei software di fotoritocco. Selezionate lo strumento righello e utilizzarlo per disegnare una linea retta tra la punta centrale del pollice e la punta centrale del dito indice.
- Fare clic su immagine di | Analisi | Registrare misurazioni, che farà sì che il Registro misurazioni aprire. Registrare la lunghezza di questa linea come la distanza di raccolta nel foglio di calcolo (Supplemental tabella 1).
- Aprire il fermo immagine di cornice che raffigura l'altezza massima nel software di fotoritocco. Utilizzare lo strumento righello per misurare la distanza verticale tra la parte superiore del piedistallo e la nocca indice del partecipante. Registrare la lunghezza di questa linea come la distanza massima altezza del foglio di calcolo.
- Aprire il fermo immagine di cornice che raffigura apertura di picco nella foto software di editing. Utilizzare lo strumento righello per misurare la distanza tra la punta centrale del pollice e la punta centrale del dito indice. Registrare la lunghezza di questa linea come la distanza di apertura di picco nel foglio di calcolo.
- Aprire il fermo immagine di cornice che raffigura il primo contatto nel software di fotoritocco. Utilizzare lo strumento righello per misurare la distanza tra la punta centrale del pollice e la punta centrale del dito indice. Registrare la lunghezza di questa linea come la prima distanza di apertura del contatto del foglio di calcolo.
- Aprire il fermo immagine di cornice che raffigura stretta finale nella foto software di editing. Utilizzare lo strumento righello per misurare la distanza tra la punta centrale del pollice e la punta centrale del dito indice. Registrare la lunghezza di questa linea come la distanza di apertura stretta finale del foglio di calcolo.
8. frame-by-Frame Video analisi: misure topografiche
- Mentre la precedente analisi video frame-by-frame, eseguendo anche ulteriori caratteristiche topografiche documenti del movimento portata da afferrare come parte della mano per stabilire il primo contatto, contattare punti, punti di presa, regolazioni, tipo di grip e stretta strategia ( Tabella 2).
- Documento, nel foglio di calcolo, quale parte della mano viene utilizzato per stabilire il primo contatto con il bersaglio per ogni prova, per ogni partecipante. Utilizzare la notazione seguente: 1 = pollice, 2 = indice, 3 = dito medio, 4 = anulare, 5 = mignolo, 6 = palmo, 7 = dorsum della mano.
- Determinare i punti di contatto prime esportare un'immagine fissa del telaio della destinazione, aprendolo in software di editing di foto, e utilizzando lo strumento pennello del programma per contrassegnare la posizione sul bersaglio in cui primo contatto tra la mano e la destinazione è stata effettuata per ogni versione di prova. Regolare la dimensione, opacità e colore dello strumento pennello per soddisfare le vostre esigenze. Ripeti fino ad aver creato una singola mappa topografica che indica la posizione dei punti di contatto prime sul bersaglio per ogni partecipante.
Nota: Per un esempio di punti di contatto primi aggregati attraverso tutti i partecipanti in un singolo studio, vedere rappresentante risultati qui sotto. - Determinare i punti di afferrare esportare un'immagine fissa del telaio della destinazione, aprendolo in software di editing di foto, e utilizzando lo strumento pennello del programma per contrassegnare la posizione sul bersaglio in cui la mano contatti la destinazione al momento della stretta finale per ogni prova. Regolare la dimensione, opacità e colore dello strumento pennello per soddisfare le vostre esigenze. Ripetere questo passaggio fino a quando non si hanno creato un'unica mappa topografica che indica la posizione dei punti di presa sul bersaglio per ogni partecipante.
Nota: Per un esempio di afferrare aggregati punti attraverso tutti i partecipanti in un singolo studio, vedere rappresentante risultati qui sotto.- Determinare visivamente le posizioni di contatto medio stretta per il pollice e la cifra avversaria sul bersaglio per vedenti partecipanti. Indicare queste due posizioni di contatto come "linea di base stretta punti di contatto"
- Utilizzare lo strumento pennello per contrassegnare il "linea di base stretta punti di contatto" sulla mappa topografica che illustra i primi punti di contatto per ogni partecipante. Quindi utilizzare lo strumento righello (vedere i passaggi 6.1. a 6.1.4. e 7.5.) per misurare la distanza lineare 2D tra ogni primo punto di contatto e il punto di contatto di rispettiva linea di base. Ripetere questo passaggio per ogni primo punto di contatto per ogni partecipante nella visione e non le condizioni di visione. Calcolare la media "distanza al punto di contatto della linea di base" per ogni partecipante, che indica quanto, in media, posizione di un partecipante di primo contatto ha differito dal punto di contatto della linea di base stretta.
- Utilizzare lo strumento pennello per contrassegnare i "punti di contatto della linea di base" la mappa topografica che illustra i punti di contatto di afferrare per ogni partecipante. Quindi utilizzare lo strumento righello (vedere i passaggi 6.1. e 6.1.4. e 7.5.) per misurare la distanza lineare 2D tra ciascun punto di afferrare e punto di contatto della rispettiva linea di base. Ripetere questo passaggio per ogni punto di afferrare per ogni partecipante nella visione e senza condizioni di visione. Calcolare la media "distanza al punto di contatto della linea di base" per ogni partecipante, che indicherà come lontano, in media punti di contatto di un partecipante stretta ha differito dal punto di contatto della linea di base stretta.
- Determinare il numero delle rettifiche effettuate in ciascuna prova controllando la registrazione video, rilevando eventuali casi in cui il partecipante rilasciato e ristabilito il contatto con il bersaglio tra la cornice del primo contatto e il telaio della stretta finale. Registrare il numero totale delle rettifiche per prova per ogni partecipante nel foglio di calcolo.
- Determinare l'impugnatura tipo utilizzato per raccogliere la destinazione per ogni prova e registrarlo nel foglio di calcolo: (i) pinza: caratterizzata da presa la destinazione tra i rilievi del pollice e un altra cifra della stessa mano, presa di precisione (ii): caratterizzata da presa il destinazione tra le pastiglie del pollice e almeno due altre cifre della stessa mano, o (iii) presa: caratterizzata dalla destinazione tra il palmo e le cifre della stessa mano di presa.
- Determinare la strategia di stretta (preshaping, tocco-allora-stretta, variazione 1, variazione 2 o strategia di variazione 3; vedere rappresentante risultati qui di seguito) utilizzati per ogni prova e registrarlo nel foglio di calcolo.
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Risultati
In questa sezione vengono forniti esempi dei risultati che possono essere ottenuti quando si utilizza frame-by-frame video analisi per indagare idiosincratici portata da afferrare movimenti sotto guida sensoriale non visivi. La principale constatazione è che quando i partecipanti possono utilizzare la visione per identificare preventivamente entrambi l'estrinseca (posizione/esposizione) e proprietà intrinseche (dimensione/forma) di un target oggetto che integrano la portata e la stretta i...
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Discussione
L'articolo attuale descrive come utilizzare analisi video frame-by-frame per quantificare l'organizzazione temporale, struttura cinematica e un sottoinsieme di caratteristiche topografiche dei movimenti umani portata da afferrare. La tecnica può essere utilizzata per studiare movimenti di portata da afferrare visivamente guidati tipici, ma anche idiosincratici portata da afferrare movimenti. Tali movimenti sono difficili da studiare utilizzando sistemi di tracciamento del movimento 3D tradizionale, ma sono comuni in infa...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nessun concorrenti interessi finanziari di divulgare.
Ringraziamenti
Gli autori vorrei ringraziare Alexis M. Wilson e Marisa E. Bertoli per la loro assistenza con le riprese e preparando il video per questo manoscritto. Questa ricerca è stata sostenuta da scienze naturali e ingegneria Research Council of Canada (JMK, JRK, IQW), Alberta Innova-Health Solutions (JMK) e l'istituti canadesi di ricerca salute (IQW).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
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| Videocamere ad alta velocità | Casio | http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_f1/ o http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_100/ | Fotocamera ad alta velocità Casio EX-F1 o Fotocamera ad alta velocità Casio EX-100 Utilizzato per raccogliere registrazioni video ad alta velocità |
| Adobe Photoshop | Adobe | http://www.adobe.com/ca/products/photoshop.html | Software utilizzato per calibrare e misurare le distanze su singoli fotogrammi video |
| Adobe Premiere Pro | Software Adobe | http://www.adobe.com/ca/products/premiere.html?sdid=KKQOM&mv=search&s_kwcid=AL!3085!3!193588412847!e!!g!!adobe%20premiere%20pro&ef_id=WDd17AAABAeTD6-D:20170606160204:s | utilizzato per eseguire l'analisi video fotogramma per fotogramma |
| Piedistallo Sanus | regolabile | in altezza http://www.sanus.com/en_US/products/speaker-stands/htb3/ | Un supporto per altoparlanti regolabile in altezza con una piastra superiore triangolare di 9 cm x 9 cm x 9 cm fissata alla parte superiore con una vite viene utilizzato come piedistallo di |
| portata 1 cm Risorse | per l'apprendimento del cubo di calibrazione (Walmart) | https://www.walmart.com/ip/Learning-Resources-Centimeter-Cubes-Set-500/24886372 | Un cubo di plastica da 1 cm viene utilizzato per trasformare le misure di distanza da pixel a centimetri |
| Studio Light | Dot Line | https://www.bhphotovideo.com/c/product/1035910-REG/dot_line_rs_5620_1600w_led_light.html | Lampada potente con luce LED fredda utilizzata per illuminare il partecipante e l'area di test |
| Maschera per dormire tridimensionale (3D) | Kfine | https://www.amazon.com/Kfine-Sleeping-Contoured-lightweight-Comfortable/dp/B06W5CDY78?th=1 | Utilizzata come benda per occludere la visione nella condizione di assenza di visione |
| Fette arancioni | N/A | N/A | Le fette d'arancia sono servite come bersagli di grandi dimensioni che raggiungono |
| palle di ciambella | Tim Hortons | http://www.timhortons.com/ca/en/menu/timbits.php | i timbit semplici vecchio stile di Tim Hortons sono serviti come bersagli di medie dimensioni |
| Mirtilli | N/A | N/A | Mirtilli sono serviti come bersagli di piccole dimensioni |
Riferimenti
- Karl, J. M., Whishaw, I. Q. Different evolutionary origins for the Reach and the Grasp: an explanation for dual visuomotor channels in primate parietofrontal cortex. Front Neurol. 4 (208), (2013).
- Whishaw, I. Q., Karl, J. M. The contribution of the reach and the grasp to shaping brain and behaviour. Can J Exp Psychol. 68 (4), 223-235 (2014).
- Jeannerod, M. Intersegmental coordination during reaching at natural visual objects. Attention and Performance IX. Long, J., Badeley, A. , Hillsdale: Lawrence Erlbaum Associates. 153-169 (1981).
- Arbib, M. A. Perceptual structures and distributed motor control. Handbook of Physiology. Brooks, V. B. 2, American Psychological Society. 1449-1480 (1981).
- De Bruin, N., Sacrey, L. A., Brown, L. A., Doan, J., Whishaw, I. Q. Visual guidance for hand advance but not hand withdrawal in a reach-to-eat task in adult humans: reaching is a composite movement. J Mot Behav. 40 (4), 337-346 (2008).
- Karl, J. M., Sacrey, L. A., Doan, J. B., Whishaw, I. Q. Hand shaping using hapsis resembles visually guided hand shaping. Exp Brain Res. 219 (1), 59-74 (2012).
- Domellöff, E., Hopkins, B., Francis, B., Rönnqvist, L. Effects of finger markers on the kinematics of reaching movements in young children and adults. J Appl Biomech. 23 (4), 315-321 (2007).
- Karl, J. M., Sacrey, L. A., Doan, J. B., Whishaw, I. Q. Oral hapsis guides accurate hand preshaping for grasping food targets in the mouth. Exp Brain Res. 221 (2), 223-240 (2012).
- Karl, J. M., Schneider, L. R., Whishaw, I. Q. Nonvisual learning of intrinsic object properties in a reaching task dissociates grasp from reach. Exp Brain Res. 225 (4), 465-477 (2013).
- Hall, L. A., Karl, J. M., Thomas, B. L., Whishaw, I. Q. Reach and Grasp reconfigurations reveal that proprioception assists reaching and hapsis assists grasping in peripheral vision. Exp Brain Res. 232 (9), 2807-2819 (2014).
- Karl, J. M., Whishaw, I. Q. Haptic grasping configurations in early infancy reveal different developmental profiles for visual guidance of the Reach versus the Grasp. Exp Brain Res. 232 (9), 3301-3316 (2014).
- Whishaw, I. Q., Karl, J. M., Humphrey, N. K. Dissociation of the Reach and the Grasp in the destriate (V1) monkey Helen: a new anatomy for the dual visuomotor channel theory of reaching. Exp Brain Res. 234 (8), 2351-2362 (2016).
- Timmann, D., Stelmach, G. E., Bloedel, J. R. Grasping component alterations and limb transport. Exp Brain Res. 108 (3), 486-492 (1996).
- Saling, M., Mescheriakov, S., Molokanova, E., Stelmach, G. E., Berger, M. Grip reorganization during wrist transport: the influence of an altered aperture. Exp Brain Res. 108 (3), 493-500 (1996).
- Whishaw, I. Q., Faraji, J., Kuntz, J., Mirza Ahga, B., Patel, M., Metz, G. A. S., et al. Organization of the reach and grasp in head-fixed vs freely-moving mice provides support for multiple motor channel theory of neocortical organization. Exp Brain Res. 235 (6), 1919-1932 (2017).
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