Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Metoda wizualizacji dryfu proprioceptywnego na płaszczyźnie 2D przy użyciu maszyny wektorów nośnych

9K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/53970

⸱

27 października 2016

 ,  ,  , 
1Applied Brain Science Laboratory, Department of Mechanical Sciences and Engineering, Tokyo Institute of Technology, 2Department of Informatics, Graduate School of Informatics and Engineering, The University of Electro-Communications, 3Department of Media and Image Technology, Faculty of Engineering, Tokyo Polytechnic University

W tym artykule

Podsumowanie

Ten artykuł opisuje nowatorską metodę szacowania dryfu proprioceptywnego na płaszczyźnie 2D przy użyciu iluzji lustra i łączącej procedurę psychofizyczną z analizą za pomocą uczenia maszynowego.

Streszczenie

Dryf proprioceptywny, który jest percepcyjnym przesunięciem pozycji części ciała z niewidocznego ciała rzeczywistego do widocznego obrazu podobnego do ciała, został zmierzony jako behawioralny korelat dla poczucia własności. Wcześniej szacowanie dryfu proprioceptywnego było ograniczone do jednego wymiaru przestrzennego, takiego jak wysokość, szerokość lub głębokość. Ponieważ ręka może poruszać się swobodnie w 3D, pomiar dryfu proprioceptywnego tylko w jednym wymiarze nie jest wystarczający do oszacowania dryfu w rzeczywistych sytuacjach. W tym artykule przedstawiamy nowatorską metodę szacowania dryfu proprioceptywnego na płaszczyźnie 2D przy użyciu iluzji lustra poprzez połączenie obiektywnego pomiaru behawioralnego (śledzenie pozycji dłoni) i subiektywnej, fenomenologicznej oceny (subiektywna ocena pozycji ręki i kwestionariusza) z zaawansowanym podejściem do uczenia maszynowego. Technika ta pozwala nie tylko na zbadanie mechanizmów leżących u podstaw poczucia własności i sprawczości, ale także pomaga w rehabilitacji brakującej lub sparaliżowanej kończyny oraz w zasadach projektowania systemów kontroli w czasie rzeczywistym o użyteczności podobnej do własnego ciała, w których operator kontroluje system tak, jakby był częścią jego własnego ciała.

Wprowadzenie

W ostatnich latach badania nad poczuciem lub doświadczeniem własnego ciała, czyli własnego ciała, wzrosły w kontekście ucieleśnienia. Ucieleśnienie odnosi się do idei lub koncepcji posiadania fizycznego lub wirtualnego ciała, które może wchodzić w interakcje z otoczeniem, takie jak sięganie, chwytanie i dotykanie. Na przykład ludzie mogą dotykać przedmiotu lub innego człowieka znajdującego się w otoczeniu, poruszając własnym ciałem, w tym przypadku własnym ramieniem i dłonią. W dzisiejszych czasach ta interakcja lub komunikacja nie ogranicza się do korzystania z własnego naturalnego ciała. Dzięki wynalazkom i rozwojowi robotów lub awatarów podobnych do ludzi w świecie wirtualnym, naturalne ciało ludzkie może zostać zastąpione przez ciało sztuczne, takie jak humanoid, robot zdalnie sterowany, proteza elektryczna lub awatar grafiki komputerowej w rzeczywistości wirtualnej. Naukowcy opracowali na przykład robota, którego operator może "chwycić" przedmiot umieszczony przed robotem za pomocą jego mechanicznego ciała, nawet jeśli robot znajduje się daleko od pozycji ciała operatora1,2. Podobnie jak w tym przykładzie, gdyby człowiek mógł wykonać działanie za pośrednictwem sztucznego ciała, które ciało byłoby w posiadaniu atrybucji własnego ciała operatora?

Możemy łatwo znaleźć tematy związane z tą dyskusją na temat przypisywania lub projekcji "ja" z naszego naturalnego ciała na sztuczne, nie-cielesne ciało z krwi i kości. Jednym z przykładów można znaleźć w dziedzinie medycyny; Na przykład w dziedzinie rehabilitacji medycznej badane są zabiegi, które "oszukują" czucie ciała własnego pacjenta za pomocą luster w celu zmniejszenia bólu i poprawy funkcji motorycznych brakującej lub sparaliżowanej kończyny, zwane terapią lustrzaną3-6. W tej terapii lustrzany obraz nienaruszonej części ciała lub kończyny może wprowadzić mózg pacjenta w błąd, sugerując, że brakująca lub sparaliżowana kończyna odpowiada tej wyświetlanej w lustrze i prowadzić do poczucia, że jest ona nadal w poprzednim stanie (tj. przed wypadkiem). Nadal trwa dyskusja, w jaki sposób ta iluzja wpływa na odporność mózgu związaną z reprezentacją ciała. Oprócz tego typu dyskusji na temat naszego naturalnego ciała, możemy znaleźć podobne dyskusje na temat ucieleśnienia, zwłaszcza zagadnień projektowania interakcji człowiek-system w dziedzinie inżynierii. Poczucie siebie w sztucznym lub wirtualnym ciele zostało dobrze zbadane w kontekście teleobecności, interfejsu mózg-maszyna i interfejsu mózg-komputer1,2,7-9. Niektórzy badacze stwierdzili, że robot podobny do człowieka, który może przenosić wrażenia dotykowe z ręki robota na rękę operatora, może uchwycić poczucie ciała operatora do robota, a także poczucie przebywania w miejscu, w którym robot jest ustawiony, a nie tam, gdzie operator faktycznie się znajduje. zwana teleegzystencją1. Inni badacze stwierdzili, że wirtualny awatar odzwierciedlający ruchy ciała operatora silnie przenosi poczucie własnego ciała operatora z własnego ciała operatora do ciała wirtualnego9. Odkrycia te wskazują, w jaki sposób użytkownicy mogą projektować swoje poczucie własnego ciała na sztuczne ciało, takie jak humanoid, robot zdalnie sterowany, proteza elektryczna lub awatar grafiki komputerowej w rzeczywistości wirtualnej, nawet jeśli sztuczne ciało nie jest bezpośrednio połączone z ich mózgiem i ciałem.

Podstawowe badania naukowe nad tym typem odczucia ja-ciało dla nie-cielesnych, sztucznych obiektów podobnych do ciała zbadały mechanizmy leżące u podstaw mózgu doświadczania własnego ciała za pomocą iluzji gumowej ręki (RHI)10-13 i iluzji lustra (MI)14-16 w dziedzinach medycyny i inżynierii, a także w psychofizyce i neuropsychologii. RHI to odczucie, że gumowa ręka należy do własnego ciała i jest wywoływane przez jednoczesne głaskanie widocznej gumowej dłoni i zasłoniętej dłoni uczestnika. W MI obraz dłoni w lustrze umieszczonym wzdłuż osi strzałkowej wizualnie oddaje postrzeganą przez uczestnika pozycję niewidocznej przeciwnej ręki. Co więcej, synchroniczne ruchy odbitej i niewidocznej ręki wywołują silne wrażenie, tak jakby odbity obraz dłoni był niewidoczną przeciwną ręką. Zgodnie z badaniami nad tymi iluzjami, spójność między informacjami multimodalnymi a przewidywaniem i sensorycznym sprzężeniem zwrotnym na temat ruchów ciała wydaje się odgrywać ważną rolę w ocenie atrybucji ja-ciało. Tak więc te dwie iluzje mogą być prostymi, ale potężnymi dowodami i narzędziami dla naukowców do badania mechanizmów mózgowych leżących u podstaw naszego odczucia bycia oszukanym lub przekonania, że jakiś sztuczny obiekt lub obraz może subiektywnie być częścią naszego ciała i że nasze odczucie ja-ciało nie musi być związane z naszym naturalnym ciałem fizycznym.

We wszystkich wymienionych powyżej badaniach, dyskusja opierała się na koncepcji "ja" składającej się z dwóch rodzajów doznań zaproponowanych przez filozofa Gallaghera17: poczucie własności i poczucie sprawczości. Poczucie własności odnosi się do poczucia, że obserwowana część ciała należy do danej osoby. Poczucie sprawczości odpowiada odczuciu, że ruch ciała jest spowodowany przez niego samego. Te dwa odczucia są definiowane jako minimalne ja, czyli bezpośrednie poczuciejaźni16. Zgodnie z tą koncepcją, przypisywanie "ja" ciałom naturalnym, uszkodzonym, wirtualnym i mechanicznym może być oceniane za pomocą tych samych wskaźników: poczucia własności i sprawczości. Aby wykorzystać to odczucie do oceny naukowej, pojawia się pytanie, jak solidnie zmierzyć poczucie własności i sprawczości. Obecnie szacowanie poczucia własności i sprawczości opiera się głównie na kwestionariuszach, pierwotnie zaproponowanych przez Botvinicka9. Oprócz kwestionariuszy możemy pokusić się o ich zmierzenie w sposób ilościowy. Na przykład reakcja przewodnictwa skóry (SCR) została wykorzystana jako fizjologiczny wskaźnik własności w przypadkach, gdy gumowa ręka zostaje nagle przecięta nożem18. SCR jest obliczany poprzez pomiar charakterystyki elektrycznej skóry i jest czułym i ważnym wskaźnikiem pobudzenia19. Ponieważ metoda ta jest zwykle stosowana w pojedynczych badaniach na uczestnika, pomiar SCR nie jest odpowiedni jako wskaźnik fizyczny podczas eksperymentów psychofizycznych, które wymagają powtarzalnych pomiarów u uczestników. Jednym z najbardziej skutecznych wskaźników behawioralnych dla poczucia własności jest dryf proprioceptywny. Dryf proprioceptywny to zmiana postrzeganej pozycji niewidocznej prawdziwej ręki w kierunku pozycji obiektu, który wygląda jak ręka, takiego jak proteza wykonana z gumy lub grafika komputerowa10-13. Ponieważ zmiana ta może być oszacowana w sposób powtarzalny i solidny, mierząc odległość między niewidoczną prawdziwą ręką a wizualnym obrazem dłoni, dryf proprioceptywny jest odpowiednim wskaźnikiem fizycznym do pomiarów psychofizycznych. Jednak to użycie musi być dokładnie ocenione, ponieważ ostatnie dyskusje zakwestionowały, czy dryf proprioceptywny może być zawsze używany jako behawioralny wskaźnikwłasności12.

Zazwyczaj, dryf proprioceptywny jest mierzony tylko w jednym z trzech kierunków, takich jak wysokość, szerokość lub głębokość. Dryf proprioceptywny rzadko był mierzony w wielu kierunkach ze względu na trudności w szacowaniu i wizualizacji danych wielowymiarowych. To ograniczenie metrologiczne nie ma kluczowe znaczenie dla badań podstawowych badających mechanizmy przetwarzania informacji multisensorycznych, ponieważ warunki eksperymentalne można łatwo zaprojektować i kontrolować w celu ograniczenia mierzonych wymiarów. Jednak w życiu codziennym nasze ręce poruszają się swobodnie w 3D, aby podążać za naszymi intencjami. W tej sytuacji trudno i nieadekwatnie jest mierzyć zachowanie uczestnika za pomocą kwestionariuszy, co poważnie ogranicza ruch i ułożenie rąk. W związku z tym, biorąc pod uwagę potencjalne zastosowania poczucia własności i sprawczości w inżynierii i rehabilitacji, potrzebny jest pomiar, który obejmuje wiele kierunków i umożliwia swobodny ruch ręki, aby ocenić przestrzenną relację między wzrokowym i proprioceptywnym sprzężeniem zwrotnym w codziennych sytuacjach życiowych. Gdyby taki pomiar był możliwy, zmierzona odległość między rzeczywistymi a obserwowanymi rękami mogłaby być wykorzystana jako wskazówka dla poczucia własnego ciała. Mogło to stać się nie tylko wskaźnikiem postępu rehabilitacji, ale także kryterium przesunięcia przestrzennego między manipulowanym celem na wyświetlaczu a ręką operacyjną. Pozostaje pytanie, w jaki sposób można niezawodnie i skutecznie przeprowadzić ten pomiar.

Aby odpowiedzieć na to pytanie, wprowadzamy nową metodę szacowania dryfu proprioceptywnego, który odpowiada przesunięciu z pozycji niewidocznej rzeczywistej ręki uczestnika na pozycję widocznego obiektu podobnego do dłoni, na płaszczyźnie 2D za pomocą iluzji lustra, łącząc procedurę psychofizyczną i analizę za pomocą uczenia maszynowego. W porównaniu z gumową ręką, obraz dłoni w lustrze silnie oddaje postrzeganą przez uczestnika pozycję niewidocznej prawdziwej ręki. Co więcej, lustrzany obraz natychmiast odzwierciedla dobrowolne ruchy dłoni w celu ułożenia dłoni. W ten sposób wybrano odbicie lustrzane jako wizualną informację zwrotną ręki uczestnika. Ponadto, aby zmierzyć dryf proprioceptywny podobny do codziennych sytuacji życiowych, uczestnicy ustawiali swoją ukrytą rękę próba po próbie według własnego uznania, a liczba prób została zwiększona. Chociaż można było zastosować dowolną kombinację kierunków, kombinacja wysokości i głębokości została wybrana ze względu na łatwość ustawienia lustra w pionie. Aby sprawdzić spójność między naszą metodą a wcześniejszymi badaniami13, zastosowano dwa warunki wizualne: z wizualną informacją zwrotną i bez niej. W warunkach z wizualnym sprzężeniem zwrotnym lustro zostało ustawione wzdłuż płaszczyzny strzałkowej, aby stworzyć odbity obraz lewej ręki, tak jakby była postrzegana jako prawa ręka. W stanie bez wizualnej informacji zwrotnej użyto matowej tablicy w celu ukrycia prawdziwej prawej ręki uczestnika. Oceniliśmy skuteczność tej nowatorskiej metody, porównując wyniki z wynikami uzyskanymi za pomocą kwestionariusza dotyczącego poczucia własności i sprawczości.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Wszystkie aspekty eksperymentu zostały zatwierdzone przez Komisję Etyczną Instytutu Technologii w Tokio

.

1. Konfiguracja eksperymentalna

  1. Materiał i zestaw do pomiaru dryfu proprioceptywnego.
    1. Zaopatrz się w stojak, który może pomieścić w pionie talerz o wymiarach 100 x 100 cm (Rysunek 1).
    2. Zdobądź krzesło, na którym uczestnik może wygodnie usiąść podczas eksperymentu.
    3. Zaopatrz się w lustro akrylowe o wymiarach 100 x 100 cm i tablicę matową.
    4. Zaopatrz się w urządzenie do śledzenia pozycji (na przykład SLC-C02, Cyverse), aby śledzić pozycję prawej ręki uczestnika. Rozdzielczość przestrzenna powinna wynosić około 1,5 mm, aby umożliwić wykorzystanie wystarczającej liczby próbek do uczenia maszynowego.
    5. Zaopatrz się w diodę LED na podczerwień i znaczniki odblaskowe, które będą używane do wskazywania odpowiednio pozycji stanowiska i prawej ręki uczestnika (patrz kroki 1.1.11 i 3.2.6).
    6. Zdobądź pedał nożny, aby udzielić odpowiedzi uczestnikowi.
    7. Utwórz niestandardowy program, który może rejestrować i jednocześnie wyświetlać odpowiedź uczestnika i pozycję prawej ręki oraz odtwarzać sygnał dźwiękowy jako informację zwrotną o reakcji uczestnika po naciśnięciu pedału nożnego. W tych eksperymentach pozycja prawej ręki uczestnika została zebrana za pomocą urządzenia do przechwytywania silnika i jego niestandardowego programu zgodnie z instrukcjami producenta.
      UWAGA: Zgodnie z poprzednim artykułem16, program został opracowany przy użyciu zestawu narzędzi do tworzenia oprogramowania. Niestandardowy program opracowany przez zestaw narzędzi do tworzenia oprogramowania może być dostosowany do innych marek urządzeń do przechwytywania ruchu.
    8. Użyj metronomu, aby dostarczyć sygnały czasowe do treningu ruchu ręki, czyli stukania w powierzchnię lustra lub tablicy. Zobacz krok 3.1.1, aby uzyskać dokładne instrukcje treningowe.
    9. Użyj słuchawek z redukcją szumów, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo, że uczestnik słyszy wskazówki dźwiękowe dotyczące pozycji dłoni.
    10. Aby uzyskać wizualną informację zwrotną, przymocuj lustro do stojaka. W przypadku stanu bez wizualnej informacji zwrotnej przymocuj tablicę do stojaka.
    11. Umieść diodę LED podczerwieni w lewym górnym rogu lustra lub tablicy.
  2. Materiał i konfiguracja do pomiaru poczucia własności i sprawczości.
    1. Powtórz procedurę od kroku 1.1.1 do kroku 1.1.11.
    2. Stwórz lub uzyskaj kwestionariusz oceniający poczucie własności i sprawczości (np. ,10,13,16). W tabeli 1 przedstawiono przykłady z tego kwestionariusza wykorzystanego w poprzednim badaniu15.
    3. Użyj monitora lub tabletu, aby wyświetlić kwestionariusz uczestnikowi.

2. Uczestnicy

  1. Zrekrutuj około 10 praworęcznych uczestników z normalnym lub skorygowanym do normalnego widzeniem.
    Uwaga: Liczba uczestników może być dostosowana w zależności od celów eksperymentu i liczby powtórzonych prób na uczestnika.
  2. Uzyskanie pisemnej świadomej zgody na udział przed rozpoczęciem eksperymentu.

3. Procedura eksperymentu

  1. Faza treningu ruchu ręki.
    1. Naucz uczestników synchronicznego stukania obiema rękami w lustro lub tablicę w określonym tempie za pomocą metronomu. Poinstruuj uczestników, aby wykonali ruch stukania, utrzymując piętę ręki w kontakcie z lustrem lub deską. Na początku treningu uruchom metronom w tempie 60 uderzeń na minutę, a następnie poinstruuj uczestnika, aby poruszał obiema rękami synchronicznie zgodnie z dźwiękiem metronomu.
    2. Upewnij się, że czas ruchu ręki uczestnika jest bliski jednemu cyklowi na sekundę (około 1 Hz), porównując go z dźwiękiem metronomu kilka minut po rozpoczęciu stukania.
  2. Oszacowanie dryfu proprioceptywnego w płaszczyźnie strzałkowej uczestnika.
    1. Stosuj przeciwrównoważoną kolejność warunków u wszystkich uczestników.
    2. Zamontuj lustro lub tablicę na stojaku w zależności od warunków: z wizualną informacją zwrotną zamontuj lustro; bez wizualnej informacji zwrotnej zamontuj tablicę.
    3. Upewnij się, że uczestnik siedzi bardzo blisko lustra lub tablicy, która jest umieszczona wzdłuż płaszczyzny strzałkowej uczestnika (Rysunek 1).
    4. Upewnij się, że uczestnik widzi lustrzane odbicie lewej ręki, ale nie widzi prawdziwej prawej ręki.
    5. Poinstruuj uczestnika, aby zwracał uwagę na obraz lewej ręki w lustrze podczas eksperymentu.
    6. Umieść odblaskowe znaczniki na prawym palcu wskazującym i nadgarstku uczestnika.
      1. Ponieważ markery są umieszczane tylko na prawej ręce uczestnika, upewnij się, że odczucie dotykowe prawej ręki uczestnika z powodu dołączonych markerów nie uległo znacznej zmianie w porównaniu z lewą ręką, pytając uczestnika ustnie.
    7. Załóż słuchawki z redukcją szumów na uszy uczestnika.
    8. Poinstruuj uczestnika, aby przesunął lewą rękę o około 30 cm w pionie i 30 cm w poziomie od prawego dolnego rogu lustra i utrzymywał tę pozycję lewej ręki podczas eksperymentu. Pozycja ta jest ustawiana jako początek powierzchni płaszczyzny 2D.
    9. Poinstruuj uczestnika, aby położył prawą rękę według własnego uznania po drugiej stronie lustra lub tablicy i utrzymał ją do końca próby.
    10. Poinstruuj uczestnika o zadaniu w następujący sposób:
      1. Na początku każdej próby poinstruuj uczestnika, aby nacisnął środkowy przycisk pedału nożnego. W tym momencie system wyda sygnał dźwiękowy w słuchawkach jako informacja zwrotna o naciśnięciu pedału.
      2. Po usłyszeniu sygnału dźwiękowego poinstruuj uczestnika, aby zaczął synchronicznie stukać obiema rękami z częstotliwością 1 Hz na tablicy, która jest lustrem w stanie z wizualną informacją zwrotną lub tablicą w stanie bez wizualnej informacji zwrotnej.
      3. Po wykonaniu więcej niż sześciu ruchów ręką poinstruuj uczestnika, aby przerwał ruch w preferowanym czasie i odpowiedział na pytanie o pozycję prawej ręki, naciskając prawy lub lewy przycisk na pedale nożnym. Prawy przycisk to tak, a lewy to nie. Pytanie brzmi: "Czy czujesz, że prawa i lewa ręka są w tej samej pozycji?" W tym momencie uczestnik usłyszy sygnał dźwiękowy jako informację zwrotną o ponownym naciśnięciu pedału.
        UWAGA: Jeśli uczestnicy zapytają o znaczenie "tej samej pozycji", powiedz im, że "ta sama pozycja" oznacza, że subiektywna wysokość i głębokość prawej ręki są równoważne wysokości i głębokości lewej ręki.
      4. Poinstruuj uczestnika, aby przesunął prawą rękę do innej, wybranej przez siebie pozycji. Następnie ponownie rozpocznij próbę. Cykl ten będzie kontynuowany przez maksymalnie 200 prób na warunek.
    11. Upewnij się, że uczestnik rozumie zadanie i poproś go o ponowne uruchomienie zadania.
    12. Podczas zadania sprawdź, czy czas stukania uczestnika pozostaje na poziomie około 1 Hz, oglądając ruch w porównaniu z metronomem.
      Uwaga: Dźwięk metronomu może być słyszany tylko przez eksperymentatora.
    13. Po wykonaniu około 100 prób pozwól uczestnikowi zrobić sobie przerwę.
    14. Przeprowadź eksperyment dla innych warunków (z wizualną informacją zwrotną lub bez) w oddzielnych dniach.
  3. Oszacowanie poczucia własności i sprawczości w stanie lustrzanym.
    1. Zdefiniuj pozycje prawej ręki do zbierania odpowiedzi uczestnika w kwestionariuszu dotyczącym poczucia własności i sprawczości. Na przykład w poprzedniej publikacji16 było 13 pozycji prawej ręki z prefiksem. Punkty te były rozmieszczone co 7 cm do ± 21 cm od początku.
    2. Dla powyższego oszacowania należy przeprowadzić tę samą procedurę, która została opisana w kroku 3.2.2 do kroku 3.2.7.
    3. Poinstruuj uczestnika, aby ułożył prawą rękę zgodnie z przewodnikiem eksperymentatora i utrzymał jej pozycję do zakończenia jednej próby.
    4. Poinstruuj uczestnika o zadaniu w następujący sposób:
      1. Na początku próby naciśnij środkowy przycisk pedału nożnego. W tym momencie uczestnik usłyszy sygnał dźwiękowy jako informację zwrotną o naciśnięciu pedału.
      2. Następnie zacznij synchronicznie stukać prawą i lewą ręką z częstotliwością 1 Hz.
      3. Po więcej niż sześciokrotnym stukaniu przestań stukać, gdy eksperymentator wskaże. Następnie odpowiedz na pytania dotyczące poczucia własności i sprawczości wyświetlane na monitorze, używając 7-punktowej skali Likerta z ocenami od -3 ("całkowicie się nie zgadzam") do +3 ("całkowicie się zgadzam"), gdzie 0 oznacza brak zgody lub niezgody ("niepewny").
      4. Przesuń prawą rękę do pozycji wskazanej przez eksperymentatora. Następnie ponownie rozpocznij próbę. Cykl ten będzie kontynuowany do liczby pozycji prawej ręki, którą eksperymentator zdefiniuje.
    5. Upewnij się, że uczestnik rozumie zadanie i poproś go o rozpoczęcie zadania.

4. Analiza danych

  1. Analiza dryfu proprioceptywnego w płaszczyźnie strzałkowej uczestnika.
    1. Zdobądź narzędzie statystyczne, które zawiera aplikację uczenia maszynowego, w szczególności maszynę wektorów nośnych (np. R, MATLAB). Użyj maszyny wektorów nośnych (SVM) jako klasyfikatora, aby wyodrębnić granice odpowiedzi uczestnika. Poprzednia publikacja zawiera wyjaśnienie algorytmów klasyfikatora (zob. rozdział 7)20. W tym artykule wyjaśniamy metodę przy użyciu języka R (wersja 3.1.2).
    2. Zainstaluj pakiet o nazwie "kernlab"21, który zawiera analizę za pomocą SVM w aplikacji R.
    3. Zaznacz obszar, który pokazuje proprioceptywny dryf ręki w następujący sposób (Rysunek 2 opisuje schematyczne przedstawienie przepływu analizy danych). Zobacz Dodatkowy kod oprogramowania i przykładowe dane, aby uzyskać więcej informacji na temat tej analizy danych.
      1. Oblicz względne pozycje prawej ręki od początku układu współrzędnych. Odrzuć z analizy dane z błędami (np. brakujące dane o pozycji lub odpowiedzi uczestnika).
      2. Stwórz probabilistyczny model odpowiedzi "tak" uczestnika w przestrzeni 2D za pomocą SVM. Wykorzystaj dane z odpowiedzi jako symboliczny opis modelu. Użyj danych pozycji po prawej stronie jako parametrów modelu. Użyj powszechnie używanej radialnej funkcji bazowej kernel jako jądra dla SVM. Aby uniknąć arbitralnej analizy, należy obliczyć sigma (tj. parametr używany do zmiany wagi każdego punktu danych) za pomocą automatycznego oszacowania sigma.
      3. Upewnij się, że model jest prawidłowo dopasowany, sprawdzając, czy błędy trenowania modelu są mniejsze niż 0,2. Korzystając z modelu probabilistycznego, zdefiniuj obszar, w którym wartość p odpowiedzi "tak" uczestnika została oszacowana na ponad 0,5.
    4. Uśrednij dane każdego uczestnika, aby utworzyć obszar, który pokazuje dryf proprioceptywny.
      UWAGA: Ponieważ trudno jest uśrednić granicę obszaru odpowiedzi "tak" i "nie" oszacowaną za pomocą wartości p odpowiedzi w przestrzeni 2D, zalecane są dwa rodzaje średniej. Jedną z metod jest uśrednienie wartości p dla odpowiedzi uczestnika w przestrzeni 2D, która jest metodą stosowaną przed oszacowaniem granicy. Inną metodą jest uśrednienie wielkości obszaru, które stosuje się po oszacowaniu granicy.
  2. Analiza danych z kwestionariusza i wielkości obszaru.
    1. Zdobądź narzędzie statystyczne do oceny istotności stanowiska i kategorii kwestionariusza (np. SPSS lub R).
    2. Oceń rozkład normalny wszystkich danych za pomocą testu Shapiro-Wilka i zastosuj odpowiedni test nieparametryczny, gdy jeden lub więcej z odpowiednich zestawów danych nie spełnia kryteriów rozkładu normalnego (np. test rang ze znakiem Wilcoxona, test Friedmana).
      Uwaga: Jeśli brakuje metody nieparametrycznej, która pasuje do eksperymentu, użyj metody parametrycznej i wyjaśnij rozumowanie. W poprzednim badaniu16 dwukierunkowa ANOVA z powtarzanymi pomiarami przeanalizowała dane z kwestionariusza, ponieważ nie było nieparametrycznego substytutu tej analizy.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Przedstawiono reprezentatywne wyniki z poprzedniego badania w celu zilustrowania tej metody16. Rycina 3A wykazuje, że obszary, w których uczestnik nie był w stanie wykryć przesunięcia przestrzennego między pozycją lewej a prawej ręki, różniły się w zależności od warunków z wizualną informacją zwrotną (lustro) i bez niej (tablica). Rysunek 3B wykazuje, że wielkości obszarów w warunku z informacją zwrotną wizualną są istotnie większe niż w warunk...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Demonstrujemy metodę szacowania dryfu proprioceptywnego w płaszczyźnie 2D podczas iluzji lustra za pomocą SVM i porównujemy wynik z odpowiedziami w kwestionariuszu dla poczucia własności i sprawczości. Ta nowatorska metoda ujawniła, że przesunięcie między wzrokowym a proprioceptywnym sprzężeniem zwrotnym wymagane do utrzymania dryfu proprioceptywnego wynosi około 10 cm i że przesunięcie to ściśle pokrywa się z przesunięciem wymaganym do utrzymania poczucia własności i sprawczości.

Zauważ, że n...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnego interesu finansowego.

Podziękowania

To badanie było wspierane przez Program Centrum Innowacji z Japońskiej Agencji Nauki i Technologii, JST.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Lustro
Matowa tablica
zamówienie wykonany na<>np. słup drewniany < / i> lub rura z PVC (polichlorku winylu) 
Krzesło
Pedał nożnyP.I. EngineeringClassic X-keys Pedały nożne USB i PS/2Inne urządzenie do reagowania może być dostępne.
Czujnik położeniaCyVerseSLC-C02Dostępny może być inny czujnik położenia.
Dedykowany markerMarker dostarczony przez dostawcę motion capture może być dostępny.
Hałas canselling słuchawkiboseQuiet Comfort 3Inne słuchawki mogą być dostępne.
Mysz PCNG-N-i300GAInny komputer może być dostępny.
akrylowe na zamówienie odblaskowy

Bibliografia

  1. Alimardani, M., Nishio, S., Ishiguro, H. Humanlike robot hands controlled by brain activity arouse illusion of ownership in operators. Sci. Rep. 3, 2396(2013).
  2. Fernando, C. L., et al. Design of TELESAR V for transferring bodily consciousness in telexistence. Intelligent Robots and Systems (IROS), 2012 IEEE/RSJ International Conference, Vilamoura, , 5112-5118 (2012).
  3. Ramachandran, V. S., Rogers-Ramachandran, D. C. Synaesthesia in phantom limbs induced with mirrors. Proc. Biol. Sci. 263, 377-386 (1996).
  4. Chan, B. L., et al. Mirror therapy for phantom limb pain. N.Engl.J.Med. 357 (21), 2206-2207 (2007).
  5. Michielsen, M. E., et al. Motor recovery and cortical reorganization after mirror therapy in chronic stroke patients: a phase II randomized controlled trial. Neurorehabil. Neural Repair. 25 (3), 223-233 (2010).
  6. Lamont, K., Chin, M., Kogan, M. Mirror box therapy: seeing is believing. Explore (NY). 7 (6), 369-372 (2011).
  7. Becker-Asano, C., Gustorff, S., Arras, K. O., Nebel, B. On the effect of operator modality on social and spatial presence during teleoperation of a human-like robot. Third Intl. Symposium on New Frontiers in Human-Robot Interaction at AISB50, , (2014).
  8. Rosén, B., et al. Referral of sensation to an advanced humanoid robotic hand prosthesis. Scand. J. Plast. Reconstr. Surg. Hand Surg. 43 (5), 260-266 (2009).
  9. Limerick, H., Coyle, D., Moore, J. W. The experience of agency in human-computer interactions: a review. Frontiers Hum. Neurosci. 8, 643(2014).
  10. Botvinick, M., Cohen, J. Rubber hands 'feel' touch that eyes see. Nature. 391 (6669), 756-756 (1998).
  11. Tsakiris, M., Haggard, P. The rubber hand illusion revisited: visuotactile integration and self-attribution. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 31 (1), 80-91 (2005).
  12. Rohde, M., Di Luca, M., Ernst, M. O. The rubber hand illusion: feeling of ownership and proprioceptive drift do not go hand in hand. PloS One. 6 (6), e21659(2011).
  13. Kalckert, A., Ehrsson, H. H. Moving a rubber hand that feels like your own: a dissociation of ownership and agency. Frontiers Hum. Neurosci. 6, 40(2012).
  14. Holmes, N. P., Crozier, G., Spence, C. When mirrors lie: 'visual capture' of arm position impairs reaching performance. Cog. Affect. Behav. Neurosci. 4 (2), 193-200 (2004).
  15. Snijders, H. J., Holmes, N. P., Spence, C. Direction-dependent integration of vision and proprioception in reaching under the influence of the mirror illusion. Neuropsychologia. 45 (3), 496-505 (2007).
  16. Tajima, D., Mizuno, T., Kume, Y., Yoshida, T. The mirror illusion: does proprioceptive drift go hand in hand with sense of agency. Front. Psychol. 6, 200(2015).
  17. Gallagher, S. Philosophical conceptions of the self: implications for cognitive science. Trends Cog. Sci. 4 (1), 14-21 (2000).
  18. Farmer, H., Tajadura-Jiménez, A., Tsakiris, M. Beyond the colour of my skin: how skin colour affects the sense of body-ownership. Conscious. Cogn. 21 (3), 1242-1256 (2012).
  19. Boucsein, W. Electrodermal Activity. , Springer. New York. (2012).
  20. Bishop, C. M. Pattern recognition and machine learning. , Springer. New York. (2006).
  21. Karatzoglou, A., Smola, A., Hornik, K., Zeileis, A. kernlab - An S4 Package for Kernel Methods in R. J. Stat. Software. 11 (9), 1-2 (2004).
  22. Jenkinson, P. M., Haggard, P., Ferreira, N. C., Fotopoulou, A. Body ownership and attention in the mirror: insights from somatoparaphrenia and the rubber hand illusion. Neuropsychologia. 51 (8), 1453-1462 (2013).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

płaszczyzna 2Dśledzenie pozycji dłoniiluzja lustrzanapoczucie własnościocena sprawstwasprzężenie zwrotne wizualneinżynieria rehabilitacyjnaeksperyment psychofizyczny
Metoda wizualizacji dryfu proprioceptywnego na płaszczyźnie 2D przy użyciu maszyny wektorów nośnych
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.