Methoden om Ontdek de invloed van Top-down Visual Processen op motorisch gedrag
16 april 2014
Het is onduidelijk hoe top-down signalen van de ventrale visuele stroom beïnvloeden beweging. We ontwikkelden een paradigma motorisch gedrag naar een doel te testen op een 3D-diepte inversie illusie. Significante verschillen worden gerapporteerd in zowel bewuste, doelgerichte bewegingen en automatische acties onder illusoir en veridical kijkcondities.
Het algemene doel van deze procedure is om een methodologie te ontwikkelen die gebruikmaakt van een 3D diepte-inversie-illusie om de rol van top-down visuele processen op motorische actie te verduidelijken. Dit wordt bereikt door eerst een apparaat te bouwen dat een robuuste 3D omgekeerde perspectievenstimulus presenteert om reiken uit te voeren onder verschillende perceptuele toestanden. De tweede stap van de procedure is het opzetten van een motion capture-systeem om de interactie van een deelnemer met deze stimulus op te nemen.
De derde stap is het creëren van een platform dat deelnemers in staat stelt te reiken naar waar ze de laatste keer dachten dat een doelwit zich op de stimulus bevond, zonder online visuele correcties of haptische feedback. De laatste stap is het analyseren van zowel de voorwaartse bereikgegevens als de niet-instructieve terugtrekking van de arm om een uitgebreid model van visueel-motorisch gedrag in deze context te bouwen. Uiteindelijk kunnen resultaten veranderingen in bereikdynamiek onder verschillende perceptuele toestanden laten zien door middel van de kinematische beoordeling die in dit paradigma wordt geboden.
Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals die welke de holle gezichtsillusie gebruiken, is dat de respectieve stimulus toelaat voor bijna 90 graden maximale verschillen in oppervlakte-oriëntatie onder verticale en illusoire perceptuele toestanden. Deze nieuwe methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvraagstukken op het gebied van perceptuele wetenschap en kan bijdragen aan de ontwikkeling van een meer objectieve psychologische wetenschap met nieuwe technieken die verder gaan dan menselijke verbale zelfrapportages of toetsaanslagen. De zeer verschillende voorspellingen van de twee hypothesen. Met andere woorden, of het motorische controlesysteem al dan niet wordt beïnvloed door de illusie, stelt ons in staat om deze hypothese te testen.
De procedure wordt vandaag gedemonstreerd door Jay Val, CD Pathak en R Sadik, die onderzoeksassistenten zijn in onze laboratoria. Eerst een beweegbaar platform bouwen dat 65 bij 55 centimeter is en zich beweegt op een glijbaan van 55 centimeter lang. De verschillende stimuli worden op het platform geplaatst.
De stimuli moeten op ooghoogte worden gepresenteerd aan een zittende deelnemer, dus de baan moet op de juiste hoogte worden bevestigd. Het platform moet een intrekbaar veermechanisme hebben. Verbind dit mechanisme met een printplaat die verschillende gebeurtenissen achter de stoel van de deelnemer synchroniseert.
Lampen instellen om het platform gelijkmatig te verlichten. Verbind de lampen met dezelfde printplaat onder de handsteunen van de stoel van de deelnemer. Bevestig een schakelbox die gemakkelijk kan worden ingedrukt door de deelnemer die zijn hand optilt.
Verbind de schakelaar met de printplaat op de printplaat. Verbind de uitgangspennen met de pennen van de microcontroller voor de stimulusactivering. Het platform moet zich terugtrekken en het licht moet uitgaan wanneer de triggerbox wordt ingedrukt door de deelnemer die met zijn arm naar buiten reikt.
Gebruik MATLAB om de microcontroller te besturen om de proefsequentie op te nemen en om de experimentator te instrueren welke bekijkingscondities voor elke proef nodig zijn. Bouw nu de juiste perspectiefstimulus en bouw de omgekeerde perspectiefstimulus. Hoewel het lijkt alsof het centrale gebouw convex is, is het fysiek concaaf rechts van de middellijn op beide stimuli.
Bevestig een rode vlakke schijf. Bouw de twee trainingsstimuli van rechthoekige panelen op elk paneel. Stel een van de geïsoleerde rechteroppervlakken van het middelste gebouw voor met de rode schijf.
Eén paneel is voor de omgekeerde perspectiefstimulus en de andere voor de juiste perspectiefstimulus. Test eerst de stereopsis van de deelnemers met behulp van een Rand dot stereo test. Bepaal ook hun oogdominantie.
Stel vervolgens het motion capture-systeem op, bestaande uit 14 elektromagnetische sensoren bij 240 hertz en motion tracking-software. Plaats 12 van de 14 sensoren op de deelnemer met behulp van sportbanden. Bevestig ze aan het hoofd, de romp, de twee schouders, de bovenarmen, de onderarmen en de wijsvinger en duim van de hand die de schakelaar bedient.
Plaats de andere twee sensoren op de achterkant van de twee stimuli achter de rode schijven. De deelnemer mag de stimuli niet zien voorafgaand aan de test. Schakel alle lichten uit behalve de lampen die worden gebruikt om het stimulusplatform te verlichten.
Dim eventuele computerschermen en houd ze uit de buurt van de experimentele opstelling. Informeer de deelnemer over de experimentele stroom en hoe ze de schakelbox zullen activeren. Toon hoe de deelnemer alleen op het platform mag grijpen waar het zichtbaar is.
Voer nu een oefenproef uit voor een stimulus. Stuur alleen een schoolbord met een paal eromheen om objecten op te hangen. Vraag de deelnemer om naar de paal te reiken en hun hand terug te brengen om te rusten.
Doe dit drie keer in het comforttempo van de deelnemer. Begin de initiatiefproeven met de twee trainingsstimuli. Laat de deelnemer hun ogen sluiten na elke proef zodat ze de stimuli niet zien worden verwisseld.
De software stelt de volgorde van het tonen van de twee stimuli willekeurig in voor vier keer elk. Begin nu met de experimentele proeven. Deze proeven bestaan uit drie voorwaarden.
Eén is het bekijken van de omgekeerde spec onder illusoir percept. De volgende voorwaarde is het bekijken van de omgekeerde perspectief onder verticaal percept. De derde, natuurlijk, is de juiste perspectief.
Presenteer eerst de omgekeerde perspectiefstimulus en vraag of de deelnemer de illusoire perceptie van het middelste gebouw dat naar buiten komt kan stabiliseren. Als de deelnemer de illusie niet kan stabiliseren, speel een vervagende lens op het niet-dominante oog, als de lens nodig is, gebruik deze dan voor elke retrospectieve illusoire proef. De volgorde voor de resterende proeven moet willekeurig zijn.
Er worden in totaal 12 proeven voor elke voorwaarde gepresenteerd, wat resulteert in 36 experimentele proeven. Het totale aantal proeven is 47. Dit omvat de oefentraining en experimentele proeven.
Geef voor elke proef verbale instructies voor de retrospectieve illusoire proef en de juiste perspectiefproef die de deelnemer instrueert om het middelste gebouw te bekijk
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie onderzoekt hoe top-down visuele processen van de ventrale visuele stroom motorische acties beïnvloeden. Met behulp van een 3D diepte-inversie-illusie onderzoekt het onderzoek zowel opzettelijke als automatische bewegingen onder verschillende perceptuele omstandigheden.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Gedragspsychologie
- Visuele waarneming
Achtergrond
- Top-down signalen spelen een cruciale rol in visuele verwerking.
- Begrip van motorisch gedrag als reactie op visuele stimuli is essentieel.
- Illusies kunnen perceptie veranderen en motorische acties beïnvloeden.
- Eerdere studies hebben uiteenlopende effecten van visuele context op beweging aangetoond.
Doel van het onderzoek
- Om de rol van top-down visuele processen op motorische actie te verduidelijken.
- Om te beoordelen hoe perceptie de bereikdynamiek beïnvloedt.
- Om een methodologie te ontwikkelen voor het bestuderen van visueel-motorische interacties.
Gebruikte methoden
- Constructie van een 3D diepte-inversie-illusie apparaat.
- Implementatie van een motion capture systeem voor deelname van deelnemers.
- Creatie van een platform voor bereiken zonder visuele correcties.
- Analyse van bereikgegevens en armterugtrekking om visueel-motorisch gedrag te modelleren.
Belangrijkste resultaten
- Aanzienlijke verschillen in bewegingen onder illusoire versus waarheidsgetrouwe omstandigheden.
- Variaties in bereikdynamiek werden waargenomen op basis van perceptuele toestanden.
- Zowel opzettelijke als automatische acties werden beïnvloed door de illusie.
- Resultaten dragen bij aan het begrip van visueel-motorische integratie.
Conclusies
- Top-down visuele processen hebben een significante invloed op motorische acties.
- Illusies kunnen inzicht geven in visuele waarneming en motorisch gedrag.
- Toekomstig onderzoek kan voortbouwen op deze bevindingen om verdere implicaties te onderzoeken.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This methodology enables mechanistic de-risking of target validation by isolating top-down visual influences on motor behavior, providing quantitative readouts for perceptual-motor integration. It supports predictive confidence in early discovery by modeling how perceptual states alter spontaneous and deliberate actions, informing assay design for neuroscience target engagement. The approach enhances translational biomarker alignment through objective kinematic assessment, reducing reliance on subjective reports in preclinical validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by testing whether motor output is driven by perceptual illusion or veridical percept, clarifying target engagement mechanisms.
- Operational Value: Enables biological de-risking through standardized isolation of perceptual variables in motor response assays.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying how top-down processes modulate reach dynamics under controlled perceptual states.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing reproducible reach-to-grasp paradigms under defined perceptual conditions.
- Quantitative Outputs: Delivers kinematic metrics (hand path curvature, approach vectors) enabling compound effect comparison across perceptual states.
- Platform Reuse: Scalable motion capture framework supports high-throughput screening of neuromodulators targeting visual-motor pathways.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models perceptual distortions in neuropsychological disorders, aligning with translational biomarker strategies for conditions like schizophrenia or Parkinson’s.
- Preclinical Continuity: Bridges discovery to validation by capturing both deliberate and spontaneous motor components under perceptual manipulation.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by revealing perceptual confounds that could distort motor endpoint interpretation in vivo.
Pipeline & Workflow Integration
Positions the method within early discovery to lead identification, where perceptual confounds in motor assays must be de-risked before compound screening.
- Discovery Biology: Tests hypothesis that motor behavior reflects perceptual state rather than reflexive response, reducing mechanistic ambiguity in target validation.
- Screening: Ensures assay readiness by standardizing reach initiation and retraction phases without online visual correction, improving data reliability.
- Analytics: Uses Wilkes Lambda test statistic and kinematic profiling to compare conditions, enabling statistical rigor in perceptual-motor effect detection.
- Translational Research: Connects to preclinical work by modeling how perceptual alterations in disease models affect naturalistic motor output.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable neuromotor assessment platform adaptable across disease areas involving sensory integration deficits.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by dissociating perceptual from motor contributions to action, reducing false target signals.
- Operational Value: Delivers standardization through fixed platform geometry, synchronized stimulus timing, and motion capture protocols.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by identifying perceptually confounded assays early, preventing late-stage attrition due to unmodeled cognitive biases.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on robustness of effect across perceptual states.
Implementation Considerations
- Requires expertise in perceptual neuroscience, motion capture systems, and experimental psychology paradigms.
- Dependent on electromagnetic motion tracking infrastructure and stimulus presentation hardware (platform, lighting, switch synchronization).
- Necessitates cross-team standardization of perceptual state verification (e.g., participant report, lens correction) to ensure trial validity.
- Adaptation across model systems may require modification of reach tasks and perceptual inducers while preserving dissociation of deliberate and spontaneous components.
- Practical limitation: Participant susceptibility to illusion must be screened, potentially reducing cohort size and increasing screening overhead.
