MPI CyberMotion Simulator: Implementazione di un simulatore di movimento Novel per Indagare l'integrazione multisensoriale Percorso in tre dimensioni

L'obiettivo generale del seguente esperimento è misurare la navigazione del percorso in tre dimensioni, controllando al contempo l'input sensoriale visivo e vestibolare per il partecipante. Ciò si ottiene utilizzando una sedia robotica modificata con sei gradi di libertà che stimola il sistema vestibolare seduto sulla sedia. Le viste dei partecipanti del campo stellare virtuale Spostando la sedia robotica e contemporaneamente alterando il campo stellare, il sistema fornisce segnali visivi e vestibolari al partecipante.

I partecipanti forniscono un feedback sulla navigazione del percorso grazie alla precisione e alla velocità con cui possono tornare alla posizione di partenza ricordata. I risultati mostrano che una stima imprecisa del movimento personale dipende dal piano di movimento e dall'angolo attraverso il quale vengono spostati. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come le piattaforme di movimento è che il simulatore MPI Cyber Motion ha un ampio spazio di lavoro in grado di spostare gli osservatori in diverse dimensioni, in particolare verso il basso.

Questo metodo può rispondere a domande chiave nel campo delle neuroscienze, come ad esempio se il cervello rappresenta allo stesso modo il movimento del sé in diverse dimensioni. Abbiamo avuto l'idea di questi esperimenti da uno studio del nostro collega Manuel Vidal. Ha spostato le persone attraverso mazze virtuali con solo presentazione visiva.

Qui ha scoperto che la navigazione dei farmaci è compromessa quando i MACES includono una componente verticale. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla diagnosi del disorientamento spaziale perché forniscono un punto di riferimento per la navigazione del percorso nel cervello normale. Lo stimolatore di movimento NPI Cyber è costituito da un robot seriale a sei giunti in una configurazione 3, 2, 1.

Si basa su un robot industriale con un carico utile di 500 chilogrammi per rendere il robot sicuro per la sperimentazione. Vengono apportate modifiche sia all'hardware che al software Profili di movimento complessi che combinano movimenti laterali con rotazioni sono possibili. Con il simulatore di movimento cibernetico MPI.

Gli assi uno, quattro e sei possono ruotare continuamente quattro coppie di hardware e arrestare gli assi due, tre e cinque in entrambe le direzioni. La portata massima dei movimenti lineari dipende fortemente dalla posizione da cui inizia il movimento. Prima di eseguire qualsiasi esperimento, ogni traiettoria di movimento sperimentale deve essere sottoposta a una fase di test.

Le traiettorie vengono programmate utilizzando un PC da ufficio progettato da KUKA per configurare il simulatore di movimento cibernetico MPI. In questa configurazione ad anello aperto, le traiettorie sono messe in coordinate cartesiane e sono convertite in angoli spaziali congiunti attraverso la cinematica inversa ogni 12 millisecondi. Le attuali posizioni degli angoli di giunzione vengono trasmesse dal sistema di controllo al simulatore di movimento cibernetico MPI tramite una connessione Ethernet, dove vengono lette in modo incrementale e registrate su disco sul robot.

Un seggiolino per auto da corsa dotato di cinture di sicurezza a cinque punti è fissato a un telaio, che include un poggiapiedi. Il telaio è montato sulla flangia del braccio del robot. I partecipanti devono indossare cuffie con cancellazione del rumore, dotate di microfono per la comunicazione bidirezionale con lo sperimentatore.

Dovrebbero anche essere ingenui nei confronti della configurazione sperimentale. Il rumore continuo viene riprodotto attraverso le cuffie, che maschera il rumore del robot. Gli esperimenti sono possibili anche facendo accomodare i partecipanti all'interno di una cabina chiusa poiché l'esperimento viene eseguito al buio.

Le telecamere a infrarossi consentono il monitoraggio visivo dalla sala di controllo. Sono possibili diverse configurazioni di visualizzazione, tra cui uno schermo LCD, una proiezione frontale stereo, una proiezione frontale mono o un display montato sulla testa. In questo esperimento, i segnali visivi per l'automovimento sono forniti da un display LCD, posizionato a 50 centimetri di fronte agli osservatori per fornire segnali visivi.

Il software presenta uno spazio OID virtuale riempito con 200, 000 punti per il partecipante.each. nello spazio è disegnato come un cerchio bianco su uno sfondo nero. Lo schermo visualizza punti corrispondenti ad angoli visivi da 13 a 0,3 gradi.

Questi punti si trovano a una distanza di 0,085 e quattro. Unità virtuali dal partecipante. Il movimento del campo virtuale è sincronizzato con il movimento fisico tramite traiettorie di movimento dal computer di controllo MPI per creare una parallasse tra il flusso ottico e il movimento.

I punti più profondi nel campo visivo vengono disegnati più piccoli indipendentemente dai movimenti del partecipante. viene mostrato per due secondi in modo asincrono prima di essere riassegnato in modo casuale. Pertanto, un totale di centomila punti si muovono ogni secondo.

Un joystick costruito su misura dotato di pulsanti di risposta consente ai partecipanti di trasmettere i dati tramite connessione ethernet al sistema di controllo. Le informazioni sensoriali possono essere manipolate fornendo solo segnali visivi dal campo stellare a vita limitata. Solo segnali cinestetici vestibolari dal movimento passivo del sé con gli occhi chiusi del partecipante, o entrambi i segnali con gli occhi del partecipante aperti.

In questo esperimento, le traiettorie di movimento consistevano in due lunghezze di segmento. Il primo è di 0,4 metri e il secondo è di un metro. L'angolo di due segmenti di movimento qualsiasi viene trasmesso come 45 gradi o 90 gradi.

Ad esempio, il movimento sul piano orizzontale consiste in un movimento in avanti verso destra di 90 gradi in avanti, un movimento verso destra di 45 gradi verso destra, un movimento in avanti di 90 gradi o un movimento in avanti verso destra di 45 gradi. Questi tipi di movimenti vengono eseguiti anche sul piano sagittale e frontale. Le traiettorie vengono consegnate come traslazioni senza rotazione.

Ogni traiettoria è seguita da una sequenza di riposizionamento, seguita da una pausa di 15 secondi per ridurre ogni possibile interferenza dal movimento prima di ogni prova, e per garantire che il sistema vestibolare sia testato da uno stato stazionario per fornire un feedback del loro movimento percepito, i partecipanti muovono una freccia con un joystick per indicare il loro movimento rispetto alla loro origine. L'origine è presentata come un avatar da tre punti di vista e la freccia è sempre posizionata in modo casuale prima della regolazione prima delle prove. È fondamentale addestrare il partecipante a utilizzare il sistema di feedback in modo accurato.

Dovrebbero essere in grado di puntare la freccia verso gli oggetti che li circondano, come il joystick appoggiato sulle ginocchia durante la prova. Il movimento del joystick è limitato al piano della traiettoria e i partecipanti possono utilizzare uno o tutti i punti di vista durante la raccolta dei dati. Ogni condizione sperimentale viene ripetuta tre volte e presentata in ordine casuale.

Sono stati analizzati i dati dei 16 partecipanti. Uno. Sono stati emessi punteggi anomali estremi: la modalità e l'angolo non hanno avuto alcun effetto significativo sul movimento stimato. Tuttavia, i partecipanti hanno sottostimato la dimensione dell'angolo di movimento sul piano orizzontale di quasi nove gradi e hanno sovrastimato la dimensione dell'angolo sul piano frontale di circa cinque gradi. Qui.

Si è scoperto che il fattore dell'angolo interagisce in modo significativo con il fattore del piano frontale, in modo tale che le sovrastime erano maggiori per i movimenti attraverso i 45 gradi rispetto ai movimenti attraverso i 90 gradi. Inoltre, è stato riscontrato che la modalità interagisce in modo significativo con l'angolo in modo tale che le sottostime delle sole informazioni vestibolari per i movimenti attraverso i 90 gradi erano significativamente maggiori rispetto alle condizioni visive e combinate. Tali discrepanze erano assenti per i movimenti attraverso i 45 gradi.

Il tempo di risposta è risultato significativamente più lento quando il feedback è stato fornito sui soli segnali cinestetici vestibolari rispetto alle condizioni visive e combinate. I partecipanti erano anche significativamente più lenti quando venivano spostati sul piano orizzontale rispetto ad altri piani. Questi risultati sono davvero sorprendenti in quanto suggeriscono che la rappresentazione dello spazio da parte del cervello non è simmetrica tra le dimensioni.

Sappiamo da un po' che le persone tendono a sottovalutare il loro movimento sul piano orizzontale per la prima volta, stiamo dimostrando che questo non è il caso nella dimensione verticale. In futuro, saremo in grado di utilizzare questi metodi per costruire percorsi in tutte e tre le dimensioni, comprese quelle curve. Questo ci permetterà di rispondere a ulteriori domande, come ad esempio come il cervello è in grado di integrare il movimento tra i piani, così come come naviga nelle curve.