Wykorzystanie wirtualnej rzeczywistości do przenoszenia wiedzy o umiejętnościach motorycznych z jednej ręki do drugiej

Podsumowanie

Opisujemy nowatorską konfigurację opartą na wirtualnej rzeczywistości, która wykorzystuje dobrowolną kontrolę jednej ręki do poprawy zdolności motorycznych drugiej (niewytrenowanej) ręki. Osiąga się to poprzez dostarczanie sensorycznych informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym opartych na ruchu, tak jakby niewytrenowana ręka się poruszała. To nowe podejście może być wykorzystane do usprawnienia rehabilitacji pacjentów z jednostronnym niedowładem połowiczym.

Streszczenie

Jeśli chodzi o nabywanie umiejętności motorycznych, trening poprzez dobrowolny ruch fizyczny jest lepszy od wszystkich innych form treningu (np. trening przez obserwację lub bierny ruch rąk ćwiczącego za pomocą urządzenia robotycznego). Stanowi to oczywiście duże wyzwanie w rehabilitacji kończyny z niedowładem, ponieważ dobrowolna kontrola ruchu fizycznego jest ograniczona. W tym miejscu opisujemy opracowany przez nas nowatorski schemat szkoleniowy, który ma potencjał, aby obejść to poważne wyzwanie. Wykorzystaliśmy dobrowolną kontrolę jednej ręki i zapewniliśmy w czasie rzeczywistym manipulowane sensoryczne sprzężenie zwrotne w czasie rzeczywistym, tak jakby druga ręka się poruszała. Manipulacja wizualna za pomocą rzeczywistości wirtualnej (VR) została połączona z urządzeniem, które jarzma palce lewej ręki do pasywnego podążania za dobrowolnymi ruchami palców prawej ręki. U zdrowych osób wykazujemy zwiększony wzrost wydajności kończyny w trakcie sesji przy braku dobrowolnego treningu fizycznego. Wyniki uzyskane na zdrowych osobach sugerują, że trening z unikalną konfiguracją VR może być również korzystny dla pacjentów z niedowładem połowiczym kończyn górnych poprzez wykorzystanie dobrowolnej kontroli ich zdrowej ręki w celu poprawy rehabilitacji chorej ręki.

Wprowadzenie

Praktyka fizyczna jest najbardziej efektywną formą treningu. Chociaż to podejście jest dobrze ugruntowane¹, jest bardzo trudne w przypadkach, gdy podstawowa zdolność motoryczna ręki treningowej jest ograniczona². Aby ominąć ten problem, w obszernej i rosnącej literaturze przeanalizowano różne pośrednie podejścia do treningu motorycznego.

Jedno z takich pośrednich podejść do treningu wykorzystuje ćwiczenia fizyczne jedną ręką, aby wprowadzić wzrost wydajności w drugiej (niećwiczonej) ręce. Zjawisko to, znane jako cross-education (CE) lub transfer międzyręczny, było szeroko badane ^{3,4,5,6,7,8,9} i używane do zwiększania wydajności w różnych zadaniach motorycznych ^10,11,12. Na przykład w ustawieniach umiejętności sportowych badania wykazały, że ćwiczenie dryblingu w koszykówce jedną ręką przekłada się na zwiększone możliwości dryblingu w drugiej, niewytrenowanej ręce ^13,14,15.

W innym pośrednim podejściu, uczenie się motoryczne jest ułatwione dzięki wykorzystaniu wizualnej lub sensorycznej informacji zwrotnej. Uczenie się przez obserwację wykazało, że znaczny wzrost wydajności można osiągnąć po prostu poprzez bierne obserwowanie, jak ktoś inny wykonuje zadanie^{16,17,18,19,20}. Podobnie, wykazano również, że trening proprioceptywny, w którym kończyna jest biernie poruszana, poprawia wydajność w zadaniach motorycznych ^{12,21,22,23,24,25,26}.

Razem, te badania sugerują, że bodźce sensoryczne odgrywają ważną rolę w uczeniu się. Tutaj pokazujemy, że manipulowanie sensorycznym sprzężeniem zwrotnym online (wzrokowym i proprioceptywnym) podczas treningu fizycznego jednej kończyny powoduje zwiększony wzrost wydajności w przeciwnej kończynie. Opisujemy program treningowy, który zapewnia optymalne wyniki w rozdaniu, przy braku dobrowolnego treningu fizycznego. Nowatorstwo koncepcyjne proponowanej metody polega na tym, że łączy ona w sobie trzy różne formy uczenia się, a mianowicie uczenie się przez obserwację, CE i ruch bierny. W tym miejscu zbadaliśmy, czy zjawisko CE, wraz z lustrzanym wizualnym sprzężeniem zwrotnym i ruchem biernym, może być wykorzystane do ułatwienia uczenia się zdrowym osobom przy braku dobrowolnego ruchu fizycznego kończyny treningowej.

Koncepcja w tym ustawieniu różni się od bezpośrednich prób fizycznego treningu ręki. Na poziomie metodologicznym wprowadzamy nowatorską konfigurację, w tym zaawansowane technologie, takie jak wirtualna rzeczywistość 3D i niestandardowe urządzenia, które pozwalają manipulować wizualnymi i proprioceptywnymi danymi wejściowymi w naturalnym środowisku naturalnym. Wykazanie lepszych wyników przy użyciu proponowanego szkolenia ma kluczowe konsekwencje dla uczenia się w świecie rzeczywistym. Na przykład dzieci wykorzystują sensoryczne sprzężenie zwrotne w inny sposób niż dorośli^27,28,29 i w celu optymalizacji uczenia się motorycznego dzieci mogą wymagać dłuższych okresów ćwiczeń. Stosowanie CE w połączeniu ze zmanipulowanym sensorycznym sprzężeniem zwrotnym może skrócić czas trwania treningu. Co więcej, nabywanie umiejętności sportowych może być ułatwione dzięki tego rodzaju wyrafinowanemu treningowi. Wreszcie, może to okazać się korzystne dla opracowania nowego podejścia do rehabilitacji pacjentów z jednostronnymi deficytami motorycznymi, takimi jak udar mózgu.

Protokół

Poniższy protokół został przeprowadzony zgodnie z wytycznymi zatwierdzonymi przez Komitet ds. Etyki Człowieka Uniwersytetu w Tel-Awiwie.Badanie obejmuje 2 eksperymenty - jeden wykorzystujący manipulację wizualną, a drugi łączący manipulację wzrokową z proprioceptywną manipulacją sensoryczną. Badani byli zdrowi, praworęczni (zgodnie z kwestionariuszem ręczności w Edynburgu), z normalnym widzeniem i bez zgłaszanych deficytów poznawczych lub problemów neurologicznych. Byli oni naiwni co do celu badania i wyrazili pisemną świadomą zgodę na udział w badaniu.

1. Konfiguracja środowiska wirtualnej rzeczywistości

1. Niech badani usiądą na krześle z rękami skierowanymi do przodu i dłońmi skierowanymi w dół.
2. Załóż gogle rzeczywistości wirtualnej (VR) ze specjalistyczną kamerą 3D zamontowaną na głowie, aby zapewnić wizualne informacje zwrotne online na temat rzeczywistego środowiska. Upewnij się, że obraz z kamery jest wyświetlany w goglach VR.
   UWAGA: Film jest prezentowany przez niestandardowe oprogramowanie bazy kodu C#, zbudowane w oparciu o wieloplatformowy silnik renderowania 3D o otwartym kodzie źródłowym.
3. Załóż rękawice kompatybilne z rezonansem magnetycznym z czujnikiem ruchu, które umożliwiają monitorowanie online indywidualnego zgięcia palców w każdej dłoni. Upewnij się, że oprogramowanie osadza wirtualne wskazówki w określonym miejscu w przestrzeni, tak aby badani widzieli wirtualne wskazówki tylko wtedy, gdy patrzą w dół w kierunku miejsca, w którym normalnie znajdowałyby się ich prawdziwe ręce.
4. Przez cały czas trwania eksperymentu upewnij się, że oprogramowanie rejestruje konfigurację dłoni dostarczoną przez rękawice.
   UWAGA: Wbudowany wirtualny ruch dłoni jest kontrolowany przez to samo oprogramowanie, które wykorzystuje interfejs programowania aplikacji (API) oparty na języku C do uzyskiwania dostępu do skalibrowanych surowych danych i informacji o gestach z rękawic, w tym kątów między stawami palców.
5. Umieść dłonie badanych w specjalistycznym urządzeniu do sterowania ruchem i przymocuj prawy i lewy palec indywidualnie do tłoków. Upewnij się, że badane osoby mogą oddzielnie poruszać palcami prawej ręki.
   UWAGA: Tłoki palców prawej ręki przesuwają tłok na potencjometrze w zależności od stopnia ich zgięcia. To z kolei steruje modułem, który odczytuje położenie każdego potencjometru na każdym palcu prawej ręki i zasila silniki, które popychają/ciągną odpowiedni palec lewej ręki do odpowiedniej pozycji.
6. Sprawdź, czy dobrowolne ruchy palców lewej ręki są ograniczone, prosząc badanych o poruszanie lewą ręką, gdy znajduje się ona wewnątrz urządzenia.
   UWAGA: Ponieważ tylko aktywny (prawy) ruch palcem aktywuje silniki, dobrowolny ruch palcem lewej ręki jest niemożliwy, gdy urządzenie jest włączone.

2. Przeprowadzanie eksperymentu

UWAGA: Zobacz Rysunek 1 dla etapów eksperymentalnych. Każdy badany przeszedł trzy sesje eksperymentalne instruktażowo-ewaluacyjna-treningowo-ewaluacyjna. Szczegółowe informacje na temat instrukcji i etapów oceny znajdują się w sekcji Reprezentatywne wyniki.

1. Odłącz ręce badanych od urządzenia sterującego ruchem.
2. Poproś badanych, aby wykonywali jednoręczne ruchy 5-cyfrowej sekwencji palców wielokrotnie, tak dokładnie i szybko, jak to możliwe, za pomocą ręki niećwiczącej w określonym przedziale czasowym (np. 30 s). Każde pojedyncze zgięcie palca powinno wynosić co najmniej 90 stopni.
   UWAGA: Palce są ponumerowane od palca wskazującego (1) do małego palca (4), a instrukcje zawierają określoną 5-cyfrową sekwencję. Jeśli sekwencja to 4-1-3-2-4, poproś badanych, aby poruszali palcami w następującej kolejności: mały-wskazujący-pierścień-środek-mały.
3. Po dokonaniu oceny (krok 2.2) przymocuj ręce badanego do urządzenia sterującego ruchem.
4. Wskaż pacjentowi nadchodzący etap treningu, aby wykonał sekwencję ruchów palcami aktywną ręką we własnym tempie.
5. Powtórz ponownie etapy oceny 2.1 - 2.2.

3. Analizowanie danych behawioralnych i obliczanie przyrostu wydajności

1. W dostosowanym oprogramowaniu, które odczytuje pliki danych rękawic zarejestrowanych podczas eksperymentów, kliknij "załaduj dane lewej ręki" i wybierz pliki utworzone w folderze "Przechwytywanie lewej ręki" pod odpowiednim tematem.
   UWAGA: Nie ma oddzielnych folderów dla ocen wstępnych i końcowych. Nazwy plików zawierają identyfikację kroku oceny.
2. Kliknij "Załaduj dane po prawej stronie" i wybierz pliki utworzone w folderze "Przechwytywanie po prawej stronie" pod odpowiednim tematem.
3. Kliknij przycisk "Go", aby odtworzyć i zobrazować ruchy wirtualnych rąk podczas każdego etapu oceny na podstawie danych zarejestrowanych z czujników w rękawicy śledzącej ruch.
4. Dla każdego etapu oceny i każdego badanych z osobna policz liczbę pełnych i prawidłowych sekwencji palców (P) wykonanych niewyćwiczoną ręką.
   UWAGA: Ruch palca jest uważany za ważny tylko wtedy, gdy kąt między bliższym paliczkiem a kością śródręcza osiągnął 90°. Sekwencja 5-cyfrowa jest uważana za kompletną i poprawną tylko wtedy, gdy wszystkie ruchy palców były prawidłowe.
5. Oblicz wskaźnik przyrostu wydajności (G) według następującego wzoru:
   
   Gdzie P_{post_training}/P_{pre_training} odpowiadać wynikom badanego (liczba pełnych sekwencji palców) odpowiednio na etapie oceny po i przed treningiem.

Wyniki

36 osób w dwóch eksperymentach przeszkolono wykonywanie szybkich sekwencji ruchów palców prawej ręki, podczas gdy sensoryczne (wzrokowe/proprioceptywne) sprzężenie zwrotne było manipulowane. Palce zostały ponumerowane od palca wskazującego (1) do małego (4), a każdy badany został poproszony o nauczenie się trzech różnych sekwencji w trzech kolejnych sesjach eksperymentalnych, takich jak: 4-1-3-2-4, 4-2-3-1-4 i 3-1-4-2-3. Każda sekwencja/sesja była powiązana z określonym typem treningu, a związek między sekwencją a typem treningu był równoważony u różnych badanych. Na początku każdej sesji badanym prezentowano slajd z instrukcją, który przedstawiał dwie ilustracje dłoni (prawej i lewej) z ponumerowanymi palcami i określoną sekwencją 5 cyfr pod spodem, reprezentującą sekwencję ruchów palców, których należy się nauczyć (patrz Rysunek 1). Po slajdzie instruktażowym (12 s) nastąpił etap oceny przedtreningowej (30 s). Na tym etapie wizualna informacja zwrotna online polegała na wyświetleniu dwóch wirtualnych dłoni, których ruchy palców były powiązane w czasie rzeczywistym z rzeczywistymi ruchami palców badanych (wirtualne dłonie były oparte na modelu dostępnym w zestawie rękawic 5DT). W ten sposób rzeczywistemu ruchowi lewej ręki towarzyszyło wizualne sprzężenie zwrotne lewego (przystającego) ruchu wirtualnej ręki. Badani zostali poinstruowani, aby wielokrotnie wykonywać sekwencję tak szybko i dokładnie, jak to możliwe lewą ręką. Na kolejnym etapie treningu badani trenowali sekwencję w określonych warunkach eksperymentalnych w sposób realizowany we własnym tempie. Etap treningowy składał się z 20 bloków, z których każdy trwał 15 sekund, po których następowało 9 sekund żółtego pustego ekranu, który służył jako wskazówka do okresu odpoczynku. Zastosowaliśmy 20 bloków treningowych, które w naszym przypadku wystarczyły do uzyskania znaczących różnic między warunkami. Na koniec przeprowadzono etap ewaluacji poszkoleniowej identyczny z oceną przedszkoleniową. Każdy badany przeszedł trzy takie eksperymentalne sesje instruktażowo-ewaluacyjna-treningowo-ewaluacyjna. Każda sesja eksperymentalna była powiązana z unikalnymi warunkami treningowymi i sekwencją palców. W eksperymencie 1 porównaliśmy wartości indeksu G w następujących warunkach treningowych: (1) trening przez obserwację - badani biernie obserwowali wirtualną lewą rękę wykonującą sekwencję, podczas gdy obie ich rzeczywiste ręce były nieruchome; (2) CE - badani fizycznie trenowani prawą ręką podczas otrzymywania kongruentnej wizualnej informacji zwrotnej online o ruchu prawej wirtualnej ręki; (3) CE + Manipulacja wizualna (VM) - co ważne, konfiguracja VR pozwoliła nam stworzyć unikalne warunki eksperymentalne 3D, w których badani fizycznie trenowali prawą ręką, otrzymując jednocześnie wizualną informację zwrotną online o lewym (niezgodnym) ruchu wirtualnej ręki (stan CE + VM). Ruch wirtualnego palca lewej ręki był oparty na rzeczywistym ruchu palca prawej ręki wykrytym przez rękawice (krok 1.4). W każdych warunkach - dłonie badanych były skierowane do góry. Tempo ruchu wirtualnego palca dłoni w treningu według warunków obserwacji (warunek 1) zostało ustalone na podstawie średniego tempa badanego podczas poprzednich aktywnych warunków prawej ręki (warunki 2 i 3). W przypadkach, gdy kolejność warunków treningu ze względu na przeciwwagę była taka, że trening przez obserwację był pierwszy, tempo ustalano na podstawie średniego tempa poprzedniego przedmiotu. Wszystkie porównania indeksu G przeprowadzono w parach wewnątrz obiektu w różnych warunkach treningowych.

Wzrost wydajności lewej ręki po treningu w warunku 3 (CE + Manipulacja wizualna) był znacznie wyższy w stosunku do przyrostów uzyskanych po treningu przez obserwację lewej ręki (warunek 1; p<0.01; test t-para dwustronna) lub po treningu prawej ręki z kongruentną wizualną informacją zwrotną - tradycyjna forma CE (warunek 2; p<0.05; test t dla par dwustronnych; Rysunek 2 i Tabela 1). Co ciekawe, trening z niespójnym wizualnym sprzężeniem zwrotnym (CE + VM) przyniósł wyższy przyrost wydajności niż suma przyrostów uzyskanych przez dwa podstawowe typy treningu: trening fizyczny prawej ręki i trening oparty na obserwacji lewej ręki bez ruchu fizycznego. Ten super addytywny efekt pokazuje, że wzrost wydajności lewej ręki jest nieliniowo zwiększony, gdy trening prawej ręki jest uzupełniony wizualną informacją zwrotną lewej ręki, która jest kontrolowana przez badanego. Oznacza to, że CE i uczenie się przez obserwację są wzajemnie oddziałującymi procesami, które można połączyć w nowy schemat uczenia się.

Sprawdziliśmy również w innej grupie 18 zdrowych osób, czy dodanie pasywnego ruchu lewej ręki może jeszcze bardziej zwiększyć wzrost wydajności lewej ręki. W tym celu w badaniu 2 badani przeszli podobny protokół z 3 typami treningu, podczas gdy ich dłonie umieszczono we wspomnianym wcześniej specjalnie skonstruowanym urządzeniu (krok 1.7), które kontroluje ruchy palców lewej ręki. W tym eksperymencie badani trenowali przez 10 bloków. Każdy blok treningowy trwał 50 sekund, po czym przez 10 sekund wyświetlany był żółty, pusty ekran, który służył jako wskazówka do okresu odpoczynku. Zastosowano następujące trzy typy treningu: (1) CE + VM – edukacja krzyżowa, której towarzyszy zmanipulowana wizualna informacja zwrotna (podobna do warunku 3 z badania 1); (2) CE+PM – standardowe kształcenie krzyżowe (tj. aktywny ruch prawej ręki + wizualna informacja zwrotna o ruchu prawej ręki wirtualnej), wraz z jarzmem ruchu biernego (PM) lewej ręki; (3) CE+VM+ PM – badani trenowali fizycznie prawą ręką, podczas gdy bodźce wzrokowe były manipulowane w taki sposób, że wyświetlany był odpowiedni ruch lewej wirtualnej ręki (podobnie jak w warunku 3 zastosowanym w pierwszym badaniu). Jednak dodatkowo aktywny ruch palca prawej ręki skutkował biernym ruchem palca lewej ręki przez urządzenie.

Dodanie pasywnego ruchu palcami lewej ręki do manipulacji wizualnej przyniosło najwyższy wzrost wydajności lewej ręki (Rysunek 3 i Tabela 2), które były znacznie wyższe niż wzrost wydajności po samej manipulacji wizualnej (warunek 1; p<0.01; test t-parowy dwustronny). Należy zauważyć, że chociaż warunek treningu CE+VM był podobny do tego w badaniu 1, bezwzględne wartości G są porównywalne tylko w różnych warunkach w tym samym badaniu. Wynika to z faktu, że (1) projekt treningu był nieco inny (w badaniu 2 dłonie skierowane w dół, a nie do góry ze względu na urządzenie, różny czas trwania/liczba bloków treningowych) oraz (2) każdy eksperyment został przeprowadzony na innej grupie badanych. Co ważne, w ramach każdego badania każdy uczestnik wykonywał wszystkie trzy typy treningu, a wskaźniki G w różnych warunkach są porównywane w parach.

Rysunek 1. Projekt eksperymentalny. Schematyczna ilustracja pojedynczej sesji eksperymentalnej w badaniu 1. Każdy z badanych wykonał 3 takie sesje. W każdej sesji prezentowana była unikalna sekwencja pięciu cyfr wraz ze szkicem zmapowanych palców. Po instrukcjach badani wykonywali sekwencję tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, używając lewej ręki do wstępnej oceny poziomu wydajności. Następnie badani trenowali w sekwencji według jednego z typów treningu (patrz reprezentatywne wyniki) w sposób realizowany we własnym tempie. Po szkoleniu badani powtórzyli etap oceny w celu ponownej oceny poziomu wydajności. W badaniu 2 ogólny projekt był podobny, z różnym czasem trwania/ilością bloków treningowych (szczegółowo opisanych w reprezentatywnych wynikach). Ręce na ilustracji reprezentują tylko aktywną rękę (wizualna informacja zwrotna zawsze zawierała dwie wirtualne ręce). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2. Badanie 1 – Wzrost wydajności lewej ręki. Trening fizyczny prawą ręką przy jednoczesnym otrzymywaniu wizualnej informacji zwrotnej online, tak jakby lewa ręka się poruszała (CE + manipulacja wzrokowa; VM; czerwony) skutkował najwyższym wzrostem wydajności lewej ręki w porównaniu z innymi badanymi warunkami treningowymi: obserwacja lewej ręki (kolor żółty) i edukacja krzyżowa bez manipulacji wzrokowej (tj. trening prawej ręki + kongruentne wizualne sprzężenie zwrotne ruchu prawej wirtualnej ręki; zielony). Paski błędów oznaczają SEM w 18 tematach. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3. Badanie 2 – Wzrost wydajności lewej ręki. Najwyższy przyrost wydajności lewej ręki uzyskano, gdy edukacja krzyżowa z manipulacją wzrokową została połączona z biernymi ruchami palcami lewej ręki przez urządzenie (CE+VM+PM; jasnoczerwony). Poprawa ta była istotnie wyższa niż uzyskana w wyniku edukacji krzyżowej z manipulacją wzrokową (CE+VM; kolor czerwony) i edukacji krzyżowej z manipulacją proprioceptywną (CE+PM; kolor zielony). Paski błędów oznaczają SEM w 18 tematach. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Tabela 1. Dane z badania 1. Wyniki indywidualnego uczestnika (P) na etapach oceny przed i po szkoleniu w badaniu 1. Każda komórka reprezentuje liczbę poprawnie wykonanych kompletnych sekwencji 5-cyfrowych w ciągu 30 s. S – Numer podmiotu. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Tabela 2. Dane z badania 2. Tak samo jak w tabeli 1 dla badania 2. Zauważ, że czas trwania treningu i orientacja rąk w tym eksperymencie były inne niż w eksperymencie 1 (patrz tekst). Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Dyskusja

Opisujemy nowatorską konfigurację treningową i pokazujemy, w jaki sposób osadzenie wirtualnego sensorycznego sprzężenia zwrotnego w rzeczywistym środowisku optymalizuje uczenie się motoryczne w ręce, która nie jest trenowana pod dobrowolną kontrolą. Manipulowaliśmy informacją zwrotną w dwóch modalnościach: wzrokowej i proprioceptywnej.

W przedstawionym protokole jest kilka krytycznych kroków. Po pierwsze, system składa się z kilku oddzielnych komponentów (rękawice, gogle VR, kamera i urządzenie do ruchu pasywnego), które należy starannie połączyć podczas konfiguracji środowiska VR. W tym celu eksperymentator powinien zachować dokładną kolejność opisaną w protokole i zweryfikować wygodę badanych.

Połączenie manipulacji wzrokowej i proprioceptywnej podczas treningu wprowadziło znacznie wyższy przyrost wydajności nietrenowanej ręki w porównaniu z innymi istniejącymi typami treningu, takimi jak uczenie się przez obserwację¹⁷ i CE³ z biernymi ruchami ręki i bez nich 24,25,26.

Otwartym pytaniem jest, czy zwiększony wzrost wydajności w obecnej demonstracji uogólnia się na inne zadania, czas trwania treningu, metody informacji zwrotnej lub tożsamość ręki (lewa czynna ręka lub ruchy dwuręczne). Obecne badanie było ograniczone do osób praworęcznych przy użyciu prostego zadania sekwencji palców. Dodatkowo, manipulacja propriocepcją w obecnej konfiguracji opiera się na systemie, który pozwala na bardzo ograniczone ruchy (takie jak zgięcie/wyprost palca) dla stosunkowo krótkotrwałego treningu. Konieczne są dalsze prace w celu ustalenia możliwości uogólnienia prezentowanej konfiguracji na inne typy zachowań.

Obecną konfigurację można rozszerzyć na kilka sposobów. Po pierwsze, można dodać nowe rodzaje modalności, na przykład wiązanie różnych dźwięków słuchowych z różnymi ruchami palców podczas zadania sekwencyjnego. Może to spowodować efekt supraaddytywny, który jeszcze bardziej zoptymalizuje uczenie się w niewprawnej ręce. Po drugie, obecna konstrukcja systemu umożliwia łatwą wymianę między dobrowolnie poruszającą się ręką (prawa ręka w obecnym opisie) a ręką biernie zawiązaną (lewa ręka). Przyszłe badania mogą wykorzystać tę elastyczność do zbadania, w jaki sposób kierunkowość transferu (między rękami dominującymi i niedominującymi³) może modyfikować poziom wzrostu wydajności podczas korzystania z prezentowanych manipulacji sensorycznych. Wreszcie, opracowana przez nas unikalna konfiguracja VR może być dostosowana do bardziej złożonych zadań (w przeciwieństwie do prostego zadania sekwencjonowania palców). Wirtualna symulacja obiektów zewnętrznych, takich jak piłki, kręgle i tablice, może być osadzona w rzeczywistym środowisku, zapewniając bogate i wciągające doświadczenie treningowe.

Jeśli chodzi o przyszłe zastosowania, efekt opisany w tym badaniu może być z łatwością wykorzystany w populacjach klinicznych, takich jak pacjenci z niedowładem połowiczym kończyn górnych, poprzez wprowadzenie treningu fizycznego ze zdrową ręką i zapewnienie wizualnej informacji zwrotnej, tak jakby dotknięta chorobą ręka się poruszała. Biorąc pod uwagę, że dobrowolna kontrola chorej kończyny jest ograniczona w takich populacjach, ten program szkoleniowy ma potencjał do obejścia wyzwań związanych z bezpośrednią fizjoterapią chorej ręki i być może zaowocować lepszymi wskaźnikami powrotu do zdrowia^30,31. To podejście, wykorzystujące zjawisko edukacji krzyżowej i terapii lustrzanej, wraz z dobrze ugruntowanymi zadaniami rehabilitacyjnymi, nie było wcześniej testowane na pacjentach klinicznych i ma potencjał, aby zapewnić bardziej efektywny reżim rehabilitacji. Wreszcie, ponieważ ta konfiguracja jest częściowo kompatybilna z MR, umożliwia wykorzystanie funkcjonalnego rezonansu magnetycznego całego mózgu (fMRI) do sondowania odpowiednich obwodów nerwowych zaangażowanych podczas takiego treningu¹².

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Zestaw rozwojowy Oculus 1	Oculus VR		Oculus Rift DK1 to gogle do rzeczywistości wirtualnej opracowane i wyprodukowane przez Oculus VR i zawierające zestaw deweloperski.
Rękawica 5DT Data Glove 14 MRI Praworęczni i leworęczni	Fifth Dimension Technologies	100-0009 i 100-0010	Rękawica 5DT Data Glove Ultra została zaprojektowana, aby spełnić rygorystyczne wymagania współczesnych profesjonalistów zajmujących się przechwytywaniem ruchu i animacją. Oferuje wygodę, łatwość obsługi, niewielką obudowę i wiele sterowników aplikacji. Wysoka jakość danych, niska korelacja krzyżowa i wysoka szybkość transmisji danych sprawiają, że idealnie nadaje się do realistycznych animacji w czasie rzeczywistym.
Kamera PlayStation Eye	Sony		PlayStation Eye (znak towarowy PLAYSTATION Eye) to cyfrowy aparat fotograficzny, podobny do kamery internetowej, przeznaczony do PlayStation 3. Technologia wykorzystuje widzenie komputerowe i rozpoznawanie gestów do przetwarzania obrazów wykonanych przez kamerę.
SYSTEM REHABILITACYJNY REHABIT-TEC Rehabit-Tec		www.rehabit-tec.com	System rehabilitacyjny Rehabit-Tec jest systemem rehabilitacyjnym, który ma na celu umożliwienie osobie doznającej uszczerbku na zdrowiu CVA zaawansowanej autorehabilitacji w oparciu o ruchy lustra