運動行動上のトップダウン視覚プロセスの影響を探索する方法

この手順の全体的な目的は、3D奥行き反転錯視を用いた手法を開発し、運動動作におけるトップダウン視覚プロセスの役割を明らかにすることです。まず、異なる知覚状態でリーチ動作を行うために、強力な3D逆視点刺激を提示する装置を構築します。次に、この刺激に対する参加者の相互作用を記録するためのモーションキャプチャシステムをセットアップします。

第3ステップは、オンラインの視覚的修正や触覚フィードバックを用いることなく、参加者が刺激上で最後にターゲットが存在したと感じた位置まで手を伸ばせるプラットフォームを作成することです。最終ステップでは、前方へのリーチデータと指示なしに行われる腕の後退の両方を分析し、このコンテキストにおける視覚運動行動の包括的なモデルを構築します。最終的に、本パラダイムで提供される運動学的評価を通じて、異なる知覚状態におけるリーチダイナミクスの変化を示すことができます。

中空顔錯視などを利用する既存の手法と比較した本手法の主な利点は、垂直な知覚状態と錯視的な知覚状態において、刺激による表面方向の最大差をほぼ90度に設定できることです。この新しい手法は、知覚科学における重要な疑問への回答に寄与し、人間の口頭による自己報告やキー押し操作を超えた新しい技術を用いることで、より客観的な心理科学の構築を後押しし、2つの仮説から導き出される大きく異なる予測を検証することを可能にします。言い換えれば、錯視によって運動制御系が影響を受けるか否かを確認することで、この仮説を検証できるということになります。

本日の手順のデモンストレーションを行うのは、当研究室のリサーチアシスタントであるJay Val、CD pathak、R Sadikです。まず、65 × 55 cmのサイズで、長さ55 cmのスライディングトラック上を移動可能なプラットフォームを構築します。このプラットフォーム上に、さまざまな刺激物を配置します。

刺激は、座位の被験者の目の高さで提示する必要があるため、トラックを適切な高さに固定してください。プラットフォームには、格納可能なスプリング機構を設けます。この機構を、被験者の座席後方でさまざまなイベントを同期させる回路基板に接続してください。

プラットフォームを均一に照らすようにランプを設置します。ランプを、被験者の座席の手すりの下にある同一の回路基板に接続します。被験者が手を上げることで容易に押せる位置にスイッチボックスを固定します。

スイッチを回路基板に接続します。出力ピンを、刺激活性化用のマイコンのピンに接続します。参加者が腕を外側に伸ばしてトリガーボックスを押し下げると、プラットフォームが後退し、ライトが消灯する必要があります。

MATLABを使用してマイコンを制御し、試行シーケンスを記録するとともに、各試行でどの視覚条件が必要かを実験者に指示します。次に、適切なパースペクティブ刺激と、逆パースペクティブ刺激を作成します。中心の建物は凸状に見えますが、両方の刺激において中心線の右側は物理的に凹状になっています。

赤い平面ディスクを取り付けます。各パネルの長方形パネルから2つの訓練刺激を構築します。赤いディスクを用いて、中央の建物の独立した右側面の1つを表します。

一方のパネルは逆視点刺激用、もう一方は正視点刺激用です。まず、Rand dot立体視検査を用いて参加者の立体視能力をテストします。また、利き目についても確認してください。

次に、240 Hzで動作する14個の電磁センサとモーションキャプチャ用ソフトウェアで構成されるモーションキャプチャシステムをセットアップします。14個のうち12個のセンサをスポーツバンドを用いて被験者に装着します。センサは、頭部、体幹、両肩、上腕、前腕、およびスイッチを操作する手の人差し指と親指に取り付けます。

残りの2つのセンサーを、赤色のディスクの後方にある2つの刺激物の背面に配置します。参加者がテスト前に刺激物を見てはいけません。刺激プラットフォームを照らすためのランプ以外のすべての照明を消します。

コンピュータ画面の輝度を下げ、実験装置から離れた向きに配置します。参加者に実験の流れと、スイッチボックスをどのように作動させるかを説明します。また、プラットフォームが見えているときのみ、そこを掴むように実演して示します。

次に、刺激の練習試行を行います。物を吊り下げるためのポールが付いた黒板のみを提示してください。参加者にポールまで手を伸ばし、その後、手を戻して安静にするよう指示します。

参加者が快適と感じるペースで、これを3回繰り返します。まず、2つのトレーニング刺激を用いて開始試行を行います。刺激の入れ替えが見えないよう、各試行後に参加者に目を閉じてもらってください。

ソフトウェアにより、2つの刺激をそれぞれ4回ずつ提示する順序がランダムに設定されます。ここで、実験試行を開始します。これらの試行は3つの条件で構成されています。

一つ目は、錯覚知覚下で逆視点を観察する場合です。次の条件は、垂直知覚下で逆視点を観察する場合です。そして三つ目は、当然ながら、正視点での観察です。

最初に逆視点刺激を提示し、参加者が中央の建物が飛び出して見えるという錯視知覚を安定させることができるかを確認します。参加者が錯覚を安定させることができず、非優位眼にディフォーカスレンズを装着する必要がある場合は、以降のすべての回顧的錯視試行でそのレンズを使用してください。残りの試行順序はランダム化する必要があります。

各条件につき合計12回の試行が行われ、実験試行は計36回となります。練習トレーニングと実験試行を含めた全試行回数は47回です。

回顧的錯視試行と適切な視点試行の各試行について口頭で指示します。適切な視点試行では、参加者に中央の建物がこちらに飛び出しているように見るよう指示します。垂直試行では、参加者に中央の建物が奥へへこんでいるように見るよう指示します。知覚が安定してからのみ手を伸ばすよう、常に参加者に伝えてください。

このプロトコルの最も重要な部分は、被験者が試行の全期間を通じて錯覚的または垂直的な知覚を維持できるようにすることです。被験者がこれらを達成できるよう十分な時間を設けており、疑義がある場合は試行を繰り返します。分析には指標の一つとしてWilkes Lambda検定統計量が用いられます。

代表例の手の軌跡データ。被験者は、緑色で示された垂直知覚時と、青色で示された錯覚知覚時の各刺激下で、手の軌跡プロファイルに有意な差を示した。垂直知覚時と錯覚知覚時における手の軌跡の曲率のこの差は、指示されていない腕の引き戻し動作においても同様に見られる。

垂直方向の正方向の視覚刺激と比較したところ、期待通り、前方へのリーチ伸展および手の後退の両方において有意な差があることがデータにより明らかになりました。刺激への接近時における手の方向を検討した際の統計的な議論については、テキストプロトコルに詳細が記載されています。緑色で示された逆方向の垂直刺激下における手の接近ベクトルは、他の2つの刺激条件とは異なっていました。手における手の接近ベクトルです。

向きは著しく類似していました。この手法を習得すれば、正しく行った場合に約1時間で完了させることができます。この手順を実施する際は、標的に向かって手を伸ばす前方への動作と、自発的な手の後退動作の両方を含む、腕の連続的なフルモーションを記録することを忘れないことが非常に重要です。

ラダーは、作成後、指示なしで自動的に動作しました。この手法は、神経科学分野の研究者が、定型発達および病理学的集団の両方において、トップダウン制御と感覚運動処理の関係を探索するための道を切り開く可能性があります。