Name: MPI CyberMotionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-05-10T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 46 s
Description: 学ぶ 三次元空間における自己運動知覚の神経科学的メカニズム。MPI CyberMotionシミュレータを用いて視覚・前庭感覚入力を制御し、水平・垂直方向の運動推定精度の差異を定量化する手法を解説します。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

MPIポスドクは、MB-CおよびTMに奨学金、韓国のNRF（R31-2008-000から10008-0）HHBに。カールBeykirchのおかげで、技術支援と科学的な議論のためにマイケルKerger＆ヨアヒムテシュ。

1。 KUKAロボット社<ol><li> MPIのCyberMotionシミュレータは3-2-1の構成（ 図1）の6つの関節シリアルロボットで構成されています。それは、商業KUKAロボコースター（500 kgのペイロードで変更されたKR-500産業用ロボット）に基づいています。柔軟かつ安全な実験のセットアップを持っているために必要な物理的な変更や、ソフトウェアの制御構造は、以前のモーションシミュレータの速度と加速度の制限、遅延やシステム9の伝達関数を含め、記載されている。この前の設定からの変更は以下のように定義されています。 </li></ol><img alt="図1" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig1.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図1"> 図1現在のMPI CyberMotionシミュレータのワークスペースをグラフィカルに表現。 <ol start="2"><li>回転して横方向の動きを組み合わせた複雑なモーションプロファイルは、MPIのCyber​​Motionシミュレータで可能です。軸1、4、6、CA n個連続して回転させます。ハードウェアの4ペアが両方の方向に制限は2軸、3と5を終了停止します。直線運動の最大範囲は運動が始まり、そこからの位置に強く依存している。現在のハードウェアのMPI CyberMotionシミュレータのエンドを停止し、 表1に示されています。 <table border="1"><tbody><tr><td> 軸 </td><td> 範囲[deg]の </td><td> マックス。速度[deg / s]で </td></tr><tr><td> 1軸</td><td>連続的な</td><td> 69 </td></tr><tr><td> 2軸</td><td> -128〜-48 </td><td> 57 </td></tr><tr><td> 3軸</td><td> -45〜92 </td><td> 69 </td></tr><tr><td>第4軸</td><td>連続的な</td><td> 76 </td></tr><tr><td> 5軸</td><td> -58〜+58 </td><td> 76 </td></tr><tr><td> 6軸</td><td>連続的な</td><td> 120 </td></tr></tbody></table></li></ol>MPIのCyberMotionシミュレータのNT "&gt; 表1。現在の技術仕様。 <ol start="3"><li>すべての実験はMPIのCyber​​Motionシミュレータ上で実行される前に、各実験の運動軌跡は、KUKAのシミュレーションPC（事務所PC）上のテスト段階を経る。 "オフィスのPCは"本物のロボットアームをシミュレートし、実ロボットと同じオペレーティングシステムおよび制御画面レイアウトが含まれていますKUKAが販売する特別な製品です。オープン·ループ構成のためのMPI CyberMotionシミュレータの制御システムの概略を図2に示します。 </li></ol><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig2.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図2"> 図2 MPI CyberMotionシミュレータの開ループ制御システムの回路図の概要。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3436/3436fig2large.jpg" target="_blank">拡大図はここをクリック</a> 。 <ol start="4"><li>コントロールsの詳細tructureここでは9見つけることができます。簡単に言えば、そのような現在の実験で使用されているような開ループ構成では、軌道はインバースキネマティクス（ 図2）を介して関節裂隙角にデカルト座標での入力軌跡を変換することにより、あらかじめプログラムされています。 </li><li> MPIの制御システムは、これらの所望の関節角度の単位で読み込み、モータ電流を介して軸の動きを実行するためにKUKA制御システムにこれらを送信します。ジョイントリゾルバの値が順番にMPI制御システムによってファイルから読み込まれる次のジョイント増加を引き起こすだけでなく、現在のジョイントを作成する12msの内部収益率、少なくとも現在の関節角度の位置を決定するKUKAコントロールシステムに送信されます。ディスクへの角度の位置。 MPIとKUKA制御システム間の通信は、KUKA-RSIプロトコルを使用してイーサネット接続によるものである。 </li><li> 5点シートベルトシステム（シュロス）を搭載したレースカーシート（RECAROポールポジション）は、シャーシWHIに接続されているchはフットレストが含まれています。シャーシは、ロボットアーム（ 図3a）のフランジに取り付けられている。実験は、密閉キャビン（ 図3b）内の座席の参加者によっても可能です。 </li></ol><img alt="図3" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig3.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図3"> 図3：MPIのCyberMotionシミュレータのセットアップ。 LCDディスプレイで現在の実験のために1）の構成。前面投影ステレオディスプレイで囲まれたキャビンを必要とする実験のためのb）の構成。 c）のフロントプロジェクションモノが表示されます。 d）のヘッドマウントディスプレイ。 <ol start="7"><li>実験は暗闇の中で行われているように、赤外線カメラは、制御室からの視覚監視を可能にします。 </li></ol> 2。可視化<ol><li>複数の可視化構成では、LCD、ステレオまたはモノラルのフロントプロジェクション、ヘッドマウントディスプレイ（ 図3）を含むMPI CyberMotionシミュレータで可能です。電流の自己運 ​​動の実験視覚的な手がかりは、特に暗所でテストされたオブザーバーの前面に50センチメートルを置か液晶ディスプレイ（ 図3a）によって提供されます。 </li><li>視覚的なプレゼンテーションは、Virtoolsの4.1ソフトウェアを使用して生成され、ランダム、限られた人生の時間のドットフィールドから成っていた。参加者の視点（すなわち、16×16のサイズ×8台）から正面、右、左、上方と下方に8つの仮想ユニットを拡張する直方体は、白丸の0.02台からなる20万同じサイズの粒子を充填した黒い背景の前に直径インチドットがランダムにスペース（空間内の均一な確率分布）に分散された。仮想ユニットの動きは、物理的な動き（1仮想ユニット= 1物理メートル）と1対1で対応するようにスケーリングされました。 </li><li>各粒子が消失する前に、2秒間表示され、すぐに空間内のランダムな場所に再び表示されました。したがって、ドットの半分は、変更され、その1秒以内に位置。 0.085と4単位の距離の間にドットが参加者（13°と0.3°に対応する視覚的な角度）に表示されていました。 </li><li>ドットフィールド内の移動は、UDPプロトコルを使用してEthernet接続によって送信されたMPIの制御コンピュータからの動きの軌跡を受信することによって、物理的な動きと同期されていました。ドットフィールドを介して移動する際のドット数の平均はすべての動きに一定とどまった。このディスプレイには絶対的な大きさのスケールを提供しませんが、ドットのように光の流れと運動視差は、固定サイズの球体であった。観察者に相対的な距離に応じて、小さい方を探して。 </li></ol> 3。実験計画<ol><li>著者の一人（MB-C）を除いて、実験にナイーブであった16人の参加者は、実験者との双方向通信を可能にするためにマイクを搭載したノイズキャンセリングヘッドフォンを身に着けていた。追加の聴覚ノイズが連続してheadphoを通して演奏されたロボットによって生成され、さらにマスクノイズのファミコン。 </li><li>参加者は、UDPプロトコルを使用してEthernet接続によって送信されるデータと応答ボタンを搭載したカスタム構築されたジョイスティックを使用していました。 </li><li> 2運動のセグメントの角度は45°または90°のどちらかでした。水平、矢状面と前頭面の動きは、から成っていた：前方右（FR）または右フォワード（RF）、下向きのフォワード（DF）または（FD）前方下向きにし、下向きの右（DR）または右 - それぞれ下方（RD）の動き（ 図4a）。 </li></ol><img alt="図4" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig4.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図4"> 図4の手順。実験に用いた軌跡の1）模式図。 b）の感覚情報がテストされた各軌跡タイプのために提供した。 c）の参加者がどこから移動したと思ったどこの起源を示すために使用するタスクを指す。rge.jpg "ターゲット=" _blank "&gt;拡大図はここをクリックしてください。 <ol start="4"><li>感覚情報は、視覚（光の流れ、限られた寿命のスターフィールド）、（目を閉じパッシブ自己運 ​​動）前庭- kinaesthetic、または視覚と前庭-kinaesthetic運動の手がかり（ 図4b）を提供することによって操作された。 </li><li>運動の軌跡は、2つのセグメントの長さ（;±0.24 m / s 2でピーク加速度、 図4bに 1メートル：0.4メートル、2月1日）から成っていた。軌跡は、翻訳から成っていた。参加者のない回転は発生しませんでした。前に、各裁判の動きから可能な干渉を低減し、前庭系が定常状態からテストされたことを確認するには、15秒休止は、それぞれの軌道を先行していた。 </li><li>オブザーバーは、画面（ 図4c）に提示アバターに重畳された矢印を移動することによって、その起源に戻って指摘した。矢印の動きが軌道の平面に拘束し、tによって制御された彼はジョイスティック。アバターは、正面の矢と水平方向の視点から発表されました。オブザーバーは答えるようにいずれか、またはすべての視点を使用することができました。矢印の始点の向きは、試験全体のランダム化された。 </li><li>ポインティングタスクが参加者が精神的に外心の表現に自己中心的な視点から自分のポインティングを変換するために、必要に応じて、参加者は事前練習や実験的な試験にアバターを参照して、彼らの原点に戻って指すようにする方法について説明を与えられた。参加者はアバターが自分の身体であるかのようにポインティングが行われるべきであると言われました。参加者はその後、外心、測定技術を用いて自己との相対的なターゲットを指すように指示されました。たとえば、参加者は自分自身と参加者はアバターからの相対前方および下向きの矢印を指すようにするために必要な画面の間に彼らのラップハーフウェイで休んでジョイスティックを指すように指示されました。すべての参加者はこれらを実行することができました混乱を表現せずにタスクを実行します。 </li><li>各実験条件を3回繰り返し、ランダムな順序で提示された。署名されたエラーメッセージと応答時間は、2つの独立した3（平面）* 2（角度）* 3（モダリティ）は測定ANOVAを繰り返すの従属変数として分析した。極端な外れ値の参加者からの応答時間は、分析から削除されました。 </li></ol> 4。代表的な結果有意な主効果はこれらの要因のために認められなかったとして署名したエラーの結果は、モダリティとの角度を越えて折りたたまれています。 図5aは、オブザーバーは角度サイズを過小評価して運動面の有意な主効果（F（2,30）= 7.0、P = 0.003）（示しています水平面内の運動のために0℃未満の平均データ）（-8.9°、SE 1.8）。矢状面ではそのようなバイアス（-0.7°、SE 3.7）が存在しなかった間、前頭面のオブザーバーでは、角のサイズを過大評価するまでの平均（5.3°、SE 2.6）でより高かった。 WH角度とモダリティのILE主効果は、角度が大幅に前頭面で過大評価は、45°（7.9°までの動きのために大きかったような平面（F（2,30）= 11.1、P &lt;0.001）と対話するために重要な発見されませんでした、90を介してよりSE 2.6）°（2.8°、SE 2.7）、そのような不一致は、他の飛行機のために不在であった。さらに、モダリティが大幅に単独で90°の動きのための前庭情報からの過小評価は、に比べて（-4.3°、SE 2.1）有意に大きかったような角度（F（2,30）= 4.7、P = 0.017）と相互作用することが発見されたそのような不一致は、45°までの動きのために欠席した中に視覚（-2.0°、SE 2.4）と前庭と視覚情報は、（2.3°、SE 2.2）の条件を組み合わせました。被験者効果との間に有意に署名しているエラー（F（1,15）= 0.7、P = 0.432）がありませんでした。 図5b応答時間の結果を示しています。の有意な主効果があった単独で前庭-kinaesthetic情報に基づいて応答するときにオブザーバーが遅いと答えたモダリティ（F（2,28）= 22.6、P &lt;0.001）（11.0秒、SE 1.0）（9.3秒、SE 0.8）視覚的に比較および結合（9.0 S、SE 0.8）の条件。水平面（10.4秒、SE 1.0）に移動したときに、オブザーバーはサジタル（9.4秒、SE 0.8に比べて遅いと答えた平面の有意な主効果（F（2,28）= 7.5、P = 0.002）もあった）と正面（9.4秒、SE 0.9）飛行機。セグメント角度の有意な主効果または相互作用はありませんでした。被験者間に有意な効果は、応答時間（F（1,14）= 129.1、P &lt;0.001）に発見されました。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig5.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図5"> 図5の結果。 ）署名されたエラーがテストプレーンにモダリティを越えて崩壊した。 b）の応答時間は、モダリティの移動平面を越えて崩壊したテストされています。 1 SEM - エラーバーは+ /です。

<ol><li>Loomis, J. M., Klatzky, R. L., Golledge, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Navigating+without+vision%3A+Basic+and+applied+research%5BTitle%5D)+AND+%22Optometry+and+Vision+Science%22%5BJournal%5D)">Navigating without vision: Basic and applied research.</a> Optometry and Vision Science. 78, 282-289 (2001).</li>
<li>Vidal, M., Amorim, M. A., Berthoz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Navigating+in+a+virtual+three-dimensional+maze%3A+how+do+egocentric+and+allocentric+reference+frames+interact%5BTitle%5D)+AND+%22Cognitive+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Navigating in a virtual three-dimensional maze: how do egocentric and allocentric reference frames interact.</a> Cognitive Brain Research. 19, 244-258 (2004).</li>
<li>Vidal, M., Amorim, M. A., McIntyre, J., Berthoz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+perception+of+visually+presented+yaw+and+pitch+turns%3A+Assessing+the+contribution+of+motion%2C+static%2C+and+cognitive+cues%5BTitle%5D)+AND+%22Perception+%26+Psychophysics%22%5BJournal%5D)">The perception of visually presented yaw and pitch turns: Assessing the contribution of motion, static, and cognitive cues.</a> Perception & Psychophysics. 68, 1338-1350 (2006).</li>
<li>Loomis, J. M., Klatzky, R. K., Philbeck, J. W., Golledge, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+auditory+distance+perception+using+perceptually+directed+action%5BTitle%5D)+AND+%22Perception+%26+Psychophysics%22%5BJournal%5D)">Assessing auditory distance perception using perceptually directed action.</a> Perception & Psychophysics. 60, 966-980 (1998).</li>
<li>Loomis, J. M., Klatzky, R. L., Golledge, R. G., Cicinelli, J. G., Pellegrino, J. W., Fry, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonvisual+navigation+by+blind+and+sighted%3A+Assessment+of+path+integration+ability%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Psychology+General%22%5BJournal%5D)">Nonvisual navigation by blind and sighted: Assessment of path integration ability.</a> Journal of Experimental Psychology General. 122, 73-91 (1993).</li>
<li>Bakker, N. H., Werkhoven, P. J., Passenier, P. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+proprioceptive+and+visual+feedback+on+geographical+orientation+in+virtual+environments%5BTitle%5D)+AND+%22Presence%22%5BJournal%5D)">The effects of proprioceptive and visual feedback on geographical orientation in virtual environments.</a> Presence. 8, 36-53 (1999).</li>
<li>Kearns, M. J., Warren, W. H., Duchon, A. P., Tarr, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Path+integration+from+optic+flow+and+body+senses+in+a+homing+task%5BTitle%5D)+AND+%22Perception%22%5BJournal%5D)">Path integration from optic flow and body senses in a homing task.</a> Perception. 31, 349-374 (2002).</li>
<li>Study of a novel motion platform for flight simulators using an anthropomorphic robot. Pollini, L., Innocenti, M., Petrone, A. Proceedings of the AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, Keystone, Colorado AIAA, , 2006-6360 (2006).</li>
<li>Teufel, H. J., Nusseck, H. -G., Beykirch, K. A., Butler, J. S., Kerger, M., Bulthoff, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MPI+motion+simulator%3A+development+and+analysis+of+a+novel+motion+simulator%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">MPI motion simulator: development and analysis of a novel motion simulator.</a> Proceedings of the AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, Hilton Head, South Carolina AIAA, , 2007-6476 (2007).</li>
<li>Gärling, T., Böök, A., Lindberg, E., Arce, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+elevation+encoded+in+cognitive+maps%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Psychology%22%5BJournal%5D)">Is elevation encoded in cognitive maps.</a> Journal of Environmental Psychology. 10, 341-351 (1990).</li>
<li>Montello, D. R., Pick, H. L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrating+knowledge+of+vertically+aligned+large-scale+spaces%5BTitle%5D)+AND+%22Environment+and+Behaviour%22%5BJournal%5D)">Integrating knowledge of vertically aligned large-scale spaces.</a> Environment and Behaviour. 25, 457-483 (1993).</li>
<li>Correia, M. J., Hixson, W. C., Niven, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+predictive+equations+for+subjective+judgments+of+vertical+and+horizon+in+a+force+field%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+oto-laryngologica+Supplementum%22%5BJournal%5D)">On predictive equations for subjective judgments of vertical and horizon in a force field.</a> Acta oto-laryngologica Supplementum. 230, 3(1968).</li>
<li>Barnett-Cowan, M., Harris, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perceived+timing+of+vestibular+stimulation+relative+to+touch%2C+light+and+sound%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Perceived timing of vestibular stimulation relative to touch, light and sound.</a> Experimental Brain Research. 198, 221-231 (2009).</li>
<li>Barnett-Cowan, M., Harris, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+processing+of+active+and+passive+head+movement%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Temporal processing of active and passive head movement.</a> Experimental Brain Research. 214, 27-35 (2011).</li>
<li>Sanders, M. C., Chang, N. N., Hiss, M. M., Uchanski, R. M., Hullar, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+binding+of+auditory+and+rotational+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Temporal binding of auditory and rotational stimuli.</a> Experimental Brain Research. 210, 539-547 (2011).</li>
<li>Barnett-Cowan, M., Raeder, S. M., Bulthoff, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Persistent+perceptual+delay+for+head+movement+onset+relative+to+auditory+stimuli+of+different+duration+and+rise+times%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Persistent perceptual delay for head movement onset relative to auditory stimuli of different duration and rise times.</a> Experimental Brain Research. , Forthcoming (2012).</li>
</ol>

利害の衝突が宣言されません。

パスの統合がうまくオブザーバは元の場所を解決するために使用されることを意味しますが、角度1の過小評価の傾向があるとして確立されてから5まで移動しました。我々の結果は、並進運動のためだけ水平面内でこれを示しています。垂直面での参加者は、角度が通り抜け過大評価または全く偏見を持たない可能性が高くなります。標高地形横断オーバーの推定値が10を誇張する傾向があり、また、なぜ建物のフロア間の空間的ナビゲーションは、11乏しい理由これらの結果は、説明することがあります。これらの結果は、受容体（〜0.58）12 utriculeする球形嚢の相対的な割合での既知の非対称性に関係するかもしれません。視覚情報が存在する場合に比べて前庭-kinaesthetic情報のみに基づいて応答時間が遅く単独で慣性手がかりに基づいて、自分の原点を決定しようとして関連付けられた追加の遅延があるかもしれないことを示唆している前庭知覚が遅く、他の感覚13から16に比べていることを示す最近の研究に関連する可能性があります。全体的な我々の結果は、主に水平面内で実際、人間の経験の動きに関連する可能性がある垂直に移動するときに自分の起源を決定するための代替戦略を使用することができることを示唆している。逐次翻訳はめったに経験している間にさらに、彼らは矢状面で最も頻繁に発生した - そのような我々に向かって歩き、エスカレーターで移動する場合など - エラーが最小である場所。後の実験のインタビューは飛行機の中で異なる戦略を反映するものではありませんでしたが、実験では、この可能性を探るべきである。さらなる自由度を用いた軌道を用いた実験では、もはや重力に身体が異なる配向相対のパスと同様に、MPIのCyber​​Motionシミュレータで可能になりましたビューの大きなフィールドを使用して、さらに三次元のパスの統合パフォーマンスを調査するために計画されています。

<a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/industrial_robots/heavy/kr500_2/start.htm" target="_blank">KUKA KR 500ヘビーデューティ産業用ロボット</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kcp/start.htm" target="_blank">KUKA KCP KUKAコントロールパネル</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kr_c2_ed05/start.htm" target="_blank">KUKA KR C2 edition2005</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kmc/start.htm" target="_blank">KUKA KUKAモーションコントロール</a> <a href="http://www.motorsportseats.com/recaro/pole_position.html" target="_blank">RECAROポールポジションシート</a> <a href="http://www.schrothracing.com/store/Competition/profi/profi-II" target="_blank">SCHROTHエンデューロベルト</a> Dellの24 &quot;1920×1200 LCDディスプレイ（効果的なフィールドのビューには）1200×1200にマスク <a href="http://www.virtools.com" target="_blank">Virtoolsの4.1</a> UDP通信を使用してカスタム構築されたジョイスティック

mpi cyber​​motionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装

MPI CyberMotion Simulator: Implementation of a Novel Motion Simulator to Investigate Multisensory Path Integration in Three Dimensions

パスの統合は、出発点1に対して1の現在位置の推定値を得るために時間をかけて統合された自己運 ​​動プロセスである。人間は視覚2-3、聴覚4、または慣性合図5に排他的に基づいてパスの統合を行うことができます。しかし、現在の複数のキューで、慣性手がかり-特にkinaestheticは- 6-7を支配するように見える。ビジョンの不在で、人間は5短距離（&lt;5メートル）と回転角度（&lt;30°）を過大評価するが、長いものを過小評価する傾向にある。物理的な空間での移動は、したがって、正確に脳で表されていないようです。 大規模な作業は、水平面内でパスの統合を評価する上で行われていますが、少し縦の動き（ビジョン単独でから仮想移動のために3を参照）について知られている。この理由の1つは、従来のモーションシミュレータは、モーションrestricの狭い範囲を持っていることです主に水平面にテッド。ここでは、パスの統合は、水平と垂直面の間に類似しているかどうかを評価する動きの大きい範囲でモーションシミュレータ8-9を活用しています。パスのナビゲーションのための慣性力と視覚的な手がかりの相対的な寄与も評価した。 16オブザーバーは変更されたKUKA関節ロボットアームのフランジに取り付けられた座席に直立座っていた。感覚情報は、視覚（光の流れ、限られた寿命のスターフィールド）、（目を閉じパッシブ自己運動）前庭 - kinaesthetic、または視覚と前庭-kinaesthetic運動の手がかりを提供することによって操作された。水平、矢状面と前頭面内の運動の軌跡は、2つのセグメントの長さ（;±0.24 m / s 2でピーク時の加速度1メートル：0.4メートル、2月1日）から成っていた。 2つのセグメントの角度は45°または90°のどちらかでした。オブザーバーは、screに提示アバターに重畳された矢印を移動することによって、その起源に戻って指摘したEN。 オブザーバは、垂直面に比べて水平面内で移動のための角度のサイズを過小評価する傾向があった。矢状面ではそのようなバイアスがなかった間、前頭面のオブザーバーの角度サイズを過大評価する傾向があった。単独で前庭-kinaesthetic情報に基づいて応答するときに最後に、オブザーバーが遅く答えた。前庭-kinaesthetic情報のみに基づいてヒトの経路の統合は、このように視覚情報が存在しているときよりも時間がかかります。ポインティングは、それぞれの角度一つ水平方向および垂直方向の面に貫通移動して過小評価と過大評価と一致している内にほとんど事実、人間の経験の動きに関連する可能性がある空間を介して自己運動の神経表現が非対称的であることを示唆している水平面。

人間は三次元で自分自身を移動する方法への洞察を得るための効率的な方法が記載されている。方法は、従来のシミュレータによって実現不可能な方法でオブザーバーを移動させることができるモーションシミュレータを利用しています。結果は、垂直方向の動きが過大評価されている間、水平面での動きが、過小評価されていることを確認します。

MPI Cyber​​Motionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装

パス統合とは、自己運動を時間的に統合することで、起点に対する現在の位置の推定値を得るプロセスのことである1。...

本実験の全体的な目的は、被験者への視覚的および前庭感覚的な入力情報を制御しながら、三次元空間における経路ナビゲーションを測定することです。これは、椅子に座った状態の前庭系を刺激する、6自由度を持つ改良型ロボットチェアを用いて行われます。被験者は仮想的な星空を視認します。ロボットチェアを動作させ、同時に星空の表示を変化させることで、システムは視覚的および前庭感覚的な手がかりを被験者に提供します。参加者は、記憶した開始位置を指し示す正確さと速度によって、経路ナビゲーションのフィードバックを提供します。結果は、自己運動の不正確な推定が、移動平面および移動させられた角度に依存することを示しています。モーションプラットフォームのような既存の手法に対するこの技術の主な利点は、MPI Cyber Motionシミュレーターが、観察者をさまざまな次元、特に下方へ移動させることが可能な広いワークスペースを備えていることです。この手法は、脳が異なる次元における自己運動を同様に表現しているかなど、神経科学分野における重要な疑問に答えることができます。これらの実験のアイデアは、同僚のManuel Vidalによる研究から得られました。彼は、視覚提示のみを用いて、被験者を仮想迷路の中で移動させました。ここで、MACESに垂直成分が含まれると、経路ナビゲーションが損なわれることが分かりました。この手法の意義は、正常な脳における経路ナビゲーションの基準を提供するため、空間識失調の診断にまで及びます。NPI Cyber モーションシミュレーターは、3, 2, 1 構成の6軸シリアルロボットで構成されています。実験の安全性を確保するため、可搬重量500 kgの産業用ロボットをベースとしています。ハードウェアとソフトウェアの両方に改良が加えられており、MPIサイバーモーションシミュレーターを用いることで、横方向の移動と回転を組み合わせた複雑な動作プロファイルを生成することが可能です。軸1、4、6は連続的に回転可能です。ハードウェアのストッパー4組によって、軸2、3、5の両方向の可動範囲が制限されています。直線運動の最大範囲は、運動を開始する位置に強く依存します。実験を行う前に、各実験的な動作軌道についてテスト段階を経る必要があります。軌道は、MPIサイバーモーションシミュレーターを構成するために、KUKA設計のオフィスPCを用いてプログラムされます。このオープンループ構成では、軌道はデカルト座標で指定され、逆運動学を通じて12ミリ秒ごとにジョイント空間の角度に変換されます。現在の関節角度位置は、制御システムからイーサネット接続を介してMPIサイバーモーションシミュレーターに送信され、そこで逐次的に読み取られ、ロボットのディスクに記録されます。5点式安全ベルトシステムを備えたレースカーシートが、フットレストを含むシャシーに取り付けられています。このシャシーはロボットアームのフランジに装着されています。被験者は、実験者との双方向通信用マイクを備えたノイズキャンセリングヘッドホンを着用する必要があります。また、被験者は実験設定について事前に知らされていない状態でなければなりません。ロボットの動作音を遮断するため、ヘッドホンから持続的なノイズを流します。また、被験者を密閉されたキャビンに座らせ、暗闇の中で実験を行うことも可能です。赤外線カメラを用いることで、制御室からの視覚的なモニタリングが可能になります。可視化の構成は、LCDスクリーン、ステレオ前方投影、モノ前方投影、またはヘッドマウントディスプレイなど、複数の構成が可能です。本実験では、被験者に視覚的な手がかりを提供するため、被験者の前方50センチメートルの位置に配置されたLCDディスプレイによって自己運動の視覚的手がかりを提示します。本ソフトウェアは、200,000個の点を含む仮想OID空間を参加者に提示します。空間内の各点は、黒い背景に白い円として描画されます。画面には、視角13度から0.3度に相当する点が表示されます。これらのドットは、参加者から0.085および4の仮想単位の距離に配置されています。仮想フィールドの動きは、MPI制御コンピュータからの動作軌跡を介して物理的な動作と同期されており、これによりオプティカルフローと動作の間に視差が生じます。視野のより深い位置にある点は、参加者の動きに関わらず小さく描画されます。各点は、ランダムに再割り当てされる前に、非同期に2秒間表示されます。したがって、毎秒合計10万個の点が移動します。応答ボタンを備えたカスタムメイドのジョイスティックにより、被験者はイーサネット接続を通じて制御システムにデータを送信できます。感覚情報は、限定的な寿命を持つ星野からの視覚的手がかりのみを提供するか、被験者が目を閉じた状態での受動的自己運動による前庭運動感覚的手がかりのみを提供するか、あるいは被験者が目を開けた状態で両方の手がかりを提供することで操作可能です。本実験における運動軌跡は、2つのセグメント長で構成されました。1つ目は 0.4 meters で、2つ目は 1 meter です。任意の2つの運動セグメント間の角度は、45 degrees または 90 degrees のいずれかとして設定されました。例えば、水平面における運動は、前方への90度の移動、右方への45度の移動、前方への90度の移動、または右前方への45度の移動のいずれかで構成されます。これらの種類の運動は、矢状面および前頭面においても同様に行われます。軌道は、回転を伴わない並進運動として提供されます。各軌跡の後にはリポジショニング・シーケンスが行われ、続いて15秒間の休止時間が設けられます。これは、各試行前の動作による干渉を最小限に抑え、また前庭システムを定常状態からテストすることで、知覚された動きのフィードバックを得るためです。参加者はジョイスティックで矢印を動かし、起点に対する自身の移動方向を示します。起点は3つの視点からのアバターとして提示され、試行前の調整前に、矢印は常にランダムに配置されます。参加者がフィードバックシステムを正確に使用できるようトレーニングすることが不可欠です。参加者は、試行中に膝の上に置かれたジョイスティックなど、周囲の物体に矢印を向けることができる必要があります。ジョイスティックの動きは軌道平面内に制限されており、データ収集時には任意の視点、またはすべての視点を使用することが可能です。各実験条件は3回繰り返し、ランダムな順序で提示されます。16名の参加者から得られたデータを分析した。極端な外れ値スコアは除外された。モダリティおよび角度は、推定された動きに有意な影響を及ぼさなかった。しかし、参加者は水平面における動きの角度サイズをほぼ9度過小評価し、前額面における角度サイズを約5度過大評価した。角度因子は前額面因子と有意に相互作用しており、45度の動作における過大評価は90度の動作における過大評価よりも大きいことが示されました。さらに、感覚様式は角度と有意に相互作用し、90度の動作において前庭情報のみから得られた過小評価は、視覚条件および統合条件と比較して有意に大きいことが分かりました。このような相違は、45度の動作では認められませんでした。視覚的条件および複合的条件と比較して、前庭運動感覚の手がかりのみでフィードバックが提供された場合に、反応時間が有意に遅くなることが分かりました。また、他の平面と比較して、水平面で移動させた際にも参加者の反応は有意に遅くなりました。これらの結果は、脳における空間表現が次元間で対称ではないことを示唆しており、非常に驚くべきものです。人は水平面における自身の動きを過小評価する傾向があることは以前から知られていましたが、今回は垂直方向においてはそうではないことを初めて示しました。将来的には、これらの手法を用いて、曲線を含む3次元すべての方向で経路を構築できるようになるでしょう。これにより、脳がどのようにして平面をまたいで動きを統合しているのか、また、どのように曲がり角をナビゲートしているのかといった、さらなる疑問に答えることが可能になります。

mpi-cybermotion-simulator-implementation-novel-motion-simulator-to

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

最近では、見通しの膨大な量は、人間とロボットの対話的なシステムに利用可能なってきた。本稿では、急速にインタラクティブ機能の可能なライブラリを作ることができるオープンソースソフトウェアを使用して、新しいロボットデバイスの統合の概要を説明します。私たちは、その後、神経リハビリテーションのアプリケーションのための臨床応用を概説する。...

触覚/グラフィックリハビリテーション：仮想環境のライブラリにロボットを統合し、脳卒中治療に適用すること

GPUで加速された分子動力学シミュレーションとナノ構造の3D/VR視覚化、分析、操作を特徴とする新しい計算システムが実装されました。これは、材料研究を進歩させ、人間の目には見えない次元の材料構造について学ぶための革新的な調査と代替方法を促進するための新しいアプローチを表しています。...

MDシミュレーションのための新しい3D / VRインタラクティブな環境、可視化と分析

経頭蓋磁気刺激、筋電図、および3Dモーションキャプチャは、人間の神経筋機能を調査するために一般的に使用される非侵襲的技術です。このホワイトペーパーでは、これら3つのツールすべてによって生成されたデータを同期的にサンプリングするプロトコルと、仮想現実刺激のプレゼンテーションとフィードバックの独自の追加について説明します。...

経頭蓋磁気刺激、電、モーションキャプチャ、およびバーチャルリアリティを用いたヒトモータ制御研究のための多機能のセットアップ

経頭蓋磁気刺激法(TMS)を使用して人間の運動制御を研究するには、TMSの送達を制御し、同時に人間の行動を記録するためのデータ収集システムの統合が必要です。本稿では、TMSを介した人間の動きを調査する目的で、データ収集システムを統合するための詳細な方法論を提供します。...

皮質脊髄出力とマルチセグメントのバイオメカニクスを研究するために、複数のデータ・アクイジション・システムを組み合わせます

我々は、オブジェクト転送タスク中に不適合の視覚触覚刺激を適用するためのプロトコルを提示する。具体的には、ブロック転送中に、ハンドが非表示の間に実行され、ブロックの仮想プレゼンテーションは、偽ブロックドロップのランダムなオカレンスを示す。このプロトコルは、モータタスクの実行中に振動フィードバックを追加する方法についても説明します。...

振動触覚フィードバックを用いた物体移動時の不適合視覚触覚刺激の適用

WheelConは、急な、ねじれ、でこぼこしたトレイルをマウンテンバイクを非侵襲的にシミュレートするビデオゲームを設計するための斬新で無料でオープンソースのプラットフォームです。これは、人間の感覚運動制御(遅延、量子化、ノイズ、妨害、および複数のフィードバックループ)に提示するコンポーネントを含み、研究者が感覚運動制御における階層化されたアーキテクチャを研究することを可能にします。...

WheelCon:人間の感覚運動制御を研究するためのホイールコントロールベースのゲームプラットフォーム

人間の観察者の制御された物理的回転は、特定の実験的、娯楽的、および教育的用途にとって望ましい。本稿では、オフィスの回転椅子をバーチャルリアリティ環境における物理的な回転を制御するための媒体に変換する方法を概説する。...

バーチャルリアリティ環境における人間の観察者の制御された回転

バーチャルリアリティ環境での運動イメージは、ブレイン・コンピュータ・インターフェース・システムにおいて幅広い用途があります。この原稿では、参加者が想像した動きをバーチャルリアリティ環境で行うのに似たパーソナライズされたデジタルアバターを使用して、没入感と身体の所有権を高める方法について概説しています。...

バーチャルリアリティ対応のブレインコンピュータインターフェース環境における具現化されたデジタルツインによる運動イメージ性能

3D仮想実験の自動化ワークフローにシミュレーションおよびデータ処理ツールを統合しようとする分野専門家研究者向けに、一般的かつFAIR準拠の手法を提示します。ニュートロニクスの例としては、ローカルのGalaxyインスタンスの設定、OpenMCやファイル変換ツールのラップ、Omniverseからのワークフローの起動、変換された3D出力の可視化などが示されています。...

メタバースにおける仮想実験のための自動シミュレーションワークフローと3D可視化の統合

比較種のアプローチは、行動の神経科学者は、特定の動物モデルの特性として表示、特定の動作に関連するさまざまな神経生物学的要因を探索することができます。自然に近縁種との間の動作の違いを発生を生かし、この手法は侵襲的手法は行動の発現を操作する必要はありません。...

父親の応答の神経生物学を調査するための比較種のアプローチを使用する

学ぶ 三次元空間における自己運動知覚の神経科学的メカニズム。MPI CyberMotionシミュレータを用いて視覚・前庭感覚入力を制御し、水平・垂直方向の運動推定精度の差異を定量化する手法を解説します。

MPI Cyber​​Motionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装

さらに動画を探す

MPI CyberMotionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装