Name: Wykorzystanie wirtualnej rzeczywistości do przenoszenia wiedzy o umiejętnościach motorycznych z jednej ręki do drugiej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 12 s
Description: Poznaj metodę treningu VR do nauki umiejętności motorycznych kończyny bez jej dobrowolnego ruchu. Technika wykorzystuje manipulację sensoryczną i pasywny ruch, oferując nowe możliwości w rehabilitacji pacjentów z hemiparezą kończyny górnej.

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

playerTrialDesktop

To badanie było wspierane przez Program I-CORE Komitetu Planowania i Budżetu oraz Izraelską Fundację Naukową (grant nr 51/11) oraz Izraelską Fundację Naukową (granty nr 1771/13 i 2043/13) (R.M.); Stypendium Yosefa Sagola na badania neurologiczne, Honorowe Stypendium Prezydenta Izraela na Badania Neurologiczne oraz stypendium Sagol School of Neuroscience (O.O.). Fundatorzy nie odgrywali żadnej roli w projektowaniu badania, gromadzeniu i analizie danych, podejmowaniu decyzji o publikacji lub przygotowaniu manuskryptu. Autorzy dziękują E. Kaganowi i A. Hakimowi za pomoc w pozyskiwaniu danych, Lihi Sadeh i Yuvalowi Wilchfortowi za filmowanie i instalację oraz O. Levy'emu i Y. Siman-Tovowi z Rehabit-Tec System za udostępnienie urządzenia do ruchu biernego.

Poniższy protokół został przeprowadzony zgodnie z wytycznymi zatwierdzonymi przez Komisję Etyki ds. Badań z Udziałem Ludzi Uniwersytetu w Tel Awiwie. Badanie obejmuje dwa eksperymenty – jeden z wykorzystaniem manipulacji wizualnej, a drugi łączący manipulację wizualną z sensoryczną manipulacją proprioceptywną. Uczestnikami byli zdrowi praworęczni ochotnicy (zgodnie z kwestionariuszem lateralizacji Edynburskiego), z prawidłowym wzrokiem, bez zgłaszanych deficytów poznawczych lub problemów neurologicznych. Osoby te nie były wcześniej poinformowane o celu badania i wyraziły pisemną świadomą zgodę na udział w nim.
1. Konfiguracja środowiska wirtualnej rzeczywistości
<ol>
	<li>Poproś badanych o zajęcie miejsca na krześle z rękami wysuniętymi do przodu i dłońmi skierowanymi wnętrzem do dołu.</li>
	<li>Załóż gogle wirtualnej rzeczywistości (VR) z zamontowaną na głowie specjalistyczną kamerą 3D, aby zapewnić wizualną informację zwrotną o rzeczywistym otoczeniu w czasie rzeczywistym. Upewnij się, że obraz z kamery jest wyświetlany w goglach VR. 
	UWAGA: Obraz jest prezentowany przez dedykowane oprogramowanie napisane w języku C#, zbudowane w oparciu o otwartoźródłowy, międzyplatformowy silnik renderowania 3D.</li>
	<li>Załóż rękawice z czujnikami ruchu kompatybilne z MR, które umożliwiają monitorowanie w czasie rzeczywistym zgięcia poszczególnych palców każdej dłoni. Upewnij się, że oprogramowanie osadza wirtualne dłonie w konkretnym miejscu w przestrzeni w taki sposób, aby badani widzieli je tylko wtedy, gdy patrzą w dół, w miejsce, w którym normalnie znajdowałyby się ich prawdziwe dłonie.</li>
	<li>Przez cały czas trwania eksperymentu upewnij się, że oprogramowanie rejestruje konfigurację dłoni przekazywaną przez rękawice. 
	UWAGA: Ruch osadzonych wirtualnych dłoni jest kontrolowany przez to samo oprogramowanie, które wykorzystuje interfejs programistyczny aplikacji (API) w języku C do dostępu do skalibrowanych danych surowych oraz informacji o gestach z rękawic, w tym kątów między stawami palców.</li>
	<li>Umieść dłonie badanych w specjalistycznym urządzeniu do kontroli ruchu i przymocuj każdy z palców prawej i lewej ręki indywidualnie do tłoków. Upewnij się, że badani mogą oddzielnie poruszać palcami prawej ręki. 
	UWAGA: Tłoki palców prawej ręki przesuwają suwak potencjometru zgodnie ze stopniem ich zgięcia. Steruje to z kolei modułem, który odczytuje położenie każdego potencjometru na każdym palcu prawej ręki i zasila silniki, które pchają/ciągną odpowiadający im palec lewej ręki do analogicznej pozycji.</li>
	<li>Zweryfikuj, czy ruchy dowolne palców lewej ręki są ograniczone, prosząc badanych o próbę poruszania lewą ręką, gdy znajduje się ona wewnątrz urządzenia. 
	UWAGA: Ponieważ tylko ruch palców ręki aktywnej (prawej) uruchamia silniki, ruchy dowolne palców lewej ręki są niemożliwe, gdy urządzenie jest włączone.</li>
</ol>
2. Przeprowadzenie eksperymentu
UWAGA: Etapy eksperymentalne przedstawiono na Rysunku 1. Każdy badany uczestniczył w trzech sesjach eksperymentalnych przebiegających według schematu: instrukcja-ocena-trening-ocena. Szczegółowe informacje na temat etapów instruktażu i oceny znajdują się w sekcji Reprezentatywne wyniki.
<ol>
	<li>Odepnij dłonie badanych od urządzenia do kontroli ruchu.</li>
	<li>Poproś badanych o wielokrotne wykonanie unimanualnego ruchu sekwencyjnego pięcioma palcami, tak precyzyjnie i szybko, jak to możliwe, dłonią nietrenowaną w zdefiniowanym przedziale czasowym (np. 30 s). Każde pojedyncze zgięcie palca powinno wynosić co najmniej 90 stopni. 
	UWAGA: Palce są numerowane od palca wskazującego (1) do małego (4), a instrukcje zawierają konkretną sekwencję pięciu cyfr. Jeśli sekwencja brzmi 4-1-3-2-4, badani powinni poruszać palcami w następującej kolejności: mały-wskazujący-serdeczny-środkowy-mały.</li>
	<li>Po ocenie (krok 2.2) przypnij dłonie badanego do urządzenia do kontroli ruchu.</li>
	<li>Poinformuj pacjenta o nadchodzącym etapie treningu, polegającym na wykonywaniu sekwencji ruchów palców aktywną ręką we własnym tempie.</li>
	<li>Powtórz etapy oceny 2.1 - 2.2.</li>
</ol>
3. Analiza danych behawioralnych i obliczanie wzrostu wydajności
<ol>
	<li>W specjalistycznym oprogramowaniu służącym do odczytu plików danych z rękawic zarejestrowanych podczas eksperymentów, kliknij „load left hand data” i wybierz pliki utworzone w folderze „Left Hand Capture” przypisanym do odpowiedniego badanego. 
	UWAGA: Nie ma oddzielnych folderów dla ocen przed i po treningu. Nazwy plików zawierają identyfikator etapu oceny.</li>
	<li>Kliknij „load right hand data” i wybierz pliki utworzone w folderze „Right Hand Capture” przypisanym do odpowiedniego badanego.</li>
	<li>Kliknij „Go”, aby odtworzyć i zwizualizować ruchy wirtualnych dłoni podczas każdego etapu oceny na podstawie danych zarejestrowanych przez czujniki w rękawicy do śledzenia ruchu.</li>
	<li>Dla każdego etapu oceny i dla każdego badanego oddzielnie policz liczbę pełnych i poprawnych sekwencji palców (P) wykonanych niedysponującą ręką. 
	UWAGA: Ruch palca uznaje się za prawidłowy tylko wtedy, gdy kąt między paliczkiem bliższym a kością śródręcza osiągnął 90˚. Sekwencję pięciopalczastą uznaje się za pełną i poprawną tylko wtedy, gdy wszystkie ruchy palców były prawidłowe.</li>
	<li>Oblicz indeks przyrostu wydajności (G) zgodnie z poniższym wzorem: 
	<img alt="Wzór obliczania wzrostu efektywności treningu; równanie przedstawiające analizę zmiany wydajności." src="/files/ftp_upload/55965/55965eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie"> 
	Gdzie Ppost_training/Ppre_training odpowiadają odpowiednio wydajności badanego (liczbie pełnych sekwencji palców) w etapie oceny po i przed treningiem.</li>
</ol>

<ol><li>Coker, C. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCoker%2C+CA+%22Motor+learning+and+control+for+practitioners%22">Motor learning and control for practitioners</a>. , Routledge. (2017).</li>
<li>Hoare, B. J., Wasiak, J., Imms, C., Carey, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Constraint-induced+movement+therapy+in+the+treatment+of+the+upper+limb+in+children+with+hemiplegic+cerebral+palsy%5BTitle%5D)+AND+%22Cochrane+Database+Syst+Rev%22%5BJournal%5D)">Constraint-induced movement therapy in the treatment of the upper limb in children with hemiplegic cerebral palsy.</a> Cochrane Database Syst Rev. 18 (2), (2007).</li>
<li>Sainburg, R. L., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interlimb+transfer+of+visuomotor+rotations%3A+independence+of+direction+and+final+position+information%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Interlimb transfer of visuomotor rotations: independence of direction and final position information.</a> Exp Brain Res. 145 (4), 437-447 (2002).</li>
<li>Malfait, N., Ostry, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+interlimb+transfer+of+force-field+adaptation+a+cognitive+response+to+the+sudden+introduction+of+load%3F%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Is interlimb transfer of force-field adaptation a cognitive response to the sudden introduction of load?</a> J Neurosci. 24 (37), 8084-8089 (2004).</li>
<li>Perez, M. A., Wise, S. P., Willingham, D. T., Cohen, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+mechanisms+involved+in+transfer+of+procedural+knowledge%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological mechanisms involved in transfer of procedural knowledge.</a> J Neurosci. 27 (5), 1045-1053 (2007).</li>
<li>Nozaki, D., Kurtzer, I., Scott, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Limited+transfer+of+learning+between+unimanual+and+bimanual+skills+within+the+same+limb%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Limited transfer of learning between unimanual and bimanual skills within the same limb.</a> Nat Neurosci. 9 (11), 1364-1366 (2006).</li>
<li>Carroll, T. J., Herbert, R. D., Munn, J., Lee, M., Gandevia, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contralateral+effects+of+unilateral+strength+training%3A+evidence+and+possible+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Contralateral effects of unilateral strength training: evidence and possible mechanisms.</a> J Appl Physiol. 101 (5), 1514-1522 (2006).</li>
<li>Farthing, J. P., Borowsky, R., Chilibeck, P. D., Binsted, G., Sarty, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuro-physiological+adaptations+associated+with+cross-education+of+strength%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Topogr%22%5BJournal%5D)">Neuro-physiological adaptations associated with cross-education of strength.</a> Brain Topogr. 20 (2), 77-88 (2007).</li>
<li>Gabriel, D. A., Kamen, G., Frost, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+adaptations+to+resistive+exercise%3A+mechanisms+and+recommendations+for+training+practices%5BTitle%5D)+AND+%22Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Neural adaptations to resistive exercise: mechanisms and recommendations for training practices.</a> Sports Med. 36 (2), 133-149 (2006).</li>
<li>Kirsch, W., Hoffmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymmetrical+intermanual+transfer+of+learning+in+a+sensorimotor+task%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Asymmetrical intermanual transfer of learning in a sensorimotor task.</a> Exp Brain Res. 202 (4), 927-934 (2010).</li>
<li>Panzer, S., Krueger, M., Muehlbauer, T., Kovacs, A. J., Shea, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inter-manual+transfer+and+practice%3A+coding+of+simple+motor+sequences%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Psychol+%28Amst%29%22%5BJournal%5D)">Inter-manual transfer and practice: coding of simple motor sequences.</a> Acta Psychol (Amst). 131 (2), 99-109 (2009).</li>
<li>Ossmy, O., Mukamel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+Network+Underlying+Intermanual+Skill+Transfer+in+Humans%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Neural Network Underlying Intermanual Skill Transfer in Humans.</a> Cell Reports. 17 (11), 2891-2900 (2016).</li>
<li>Stockel, T., Weigelt, M., Krug, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acquisition+of+a+complex+basketball-dribbling+task+in+school+children+as+a+function+of+bilateral+practice+order%5BTitle%5D)+AND+%22Res+Q+Exerc+Sport%22%5BJournal%5D)">Acquisition of a complex basketball-dribbling task in school children as a function of bilateral practice order.</a> Res Q Exerc Sport. 82 (2), 188-197 (2011).</li>
<li>Stockel, T., Weigelt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+lateralisation+and+motor+learning%3A+selective+effects+of+dominant+and+non-dominant+hand+practice+on+the+early+acquisition+of+throwing+skills%5BTitle%5D)+AND+%22Laterality%22%5BJournal%5D)">Brain lateralisation and motor learning: selective effects of dominant and non-dominant hand practice on the early acquisition of throwing skills.</a> Laterality. 17 (1), 18-37 (2012).</li>
<li>Steinberg, F., Pixa, N. H., Doppelmayr, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mirror+Visual+Feedback+Training+Improves+Intermanual+Transfer+in+a+Sport-Specific+Task%3A+A+Comparison+between+Different+Skill+Levels%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Plasticity%22%5BJournal%5D)">Mirror Visual Feedback Training Improves Intermanual Transfer in a Sport-Specific Task: A Comparison between Different Skill Levels.</a> Neural Plasticity. 2016, (2016).</li>
<li>Kelly, S. W., Burton, A. M., Riedel, B., Lynch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequence+learning+by+action+and+observation%3A+evidence+for+separate+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Psychol%22%5BJournal%5D)">Sequence learning by action and observation: evidence for separate mechanisms.</a> Br J Psychol. 94 (Pt 3), 355-372 (2003).</li>
<li>Mattar, A. A., Gribble, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+learning+by+observing%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Motor learning by observing.</a> Neuron. 46 (1), 153-160 (2005).</li>
<li>Bird, G., Osman, M., Saggerson, A., Heyes, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequence+learning+by+action%2C+observation+and+action+observation%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Psychol%22%5BJournal%5D)">Sequence learning by action, observation and action observation.</a> Br J Psychol. 96 (Pt 3), 371-388 (2005).</li>
<li>Nojima, I., Koganemaru, S., Kawamata, T., Fukuyama, H., Mima, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Action+observation+with+kinesthetic+illusion+can+produce+human+motor+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Action observation with kinesthetic illusion can produce human motor plasticity.</a> Eur J Neurosci. 41 (12), 1614-1623 (2015).</li>
<li>Ossmy, O., Mukamel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Activity+in+superior+parietal+cortex+during+training+by+observation+predicts+asymmetric+learning+levels+across+hands%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+reports%22%5BJournal%5D)">Activity in superior parietal cortex during training by observation predicts asymmetric learning levels across hands.</a> Scientific reports. , (2016).</li>
<li>Darainy, M., Vahdat, S., Ostry, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perceptual+learning+in+sensorimotor+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Perceptual learning in sensorimotor adaptation.</a> J Neurophysiol. 110 (9), 2152-2162 (2013).</li>
<li>Wong, J. D., Kistemaker, D. A., Chin, A., Gribble, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+proprioceptive+training+improve+motor+learning%3F%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Can proprioceptive training improve motor learning?</a> J Neurophysiol. 108 (12), 3313-3321 (2012).</li>
<li>Vahdat, S., Darainy, M., Ostry, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+of+plasticity+in+human+sensory+and+motor+networks+due+to+perceptual+learning%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Structure of plasticity in human sensory and motor networks due to perceptual learning.</a> J Neurosci. 34 (7), 2451-2463 (2014).</li>
<li>Bao, S., Lei, Y., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experiencing+a+reaching+task+passively+with+one+arm+while+adapting+to+a+visuomotor+rotation+with+the+other+can+lead+to+substantial+transfer+of+motor+learning+across+the+arms%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci.+Lett%22%5BJournal%5D)">Experiencing a reaching task passively with one arm while adapting to a visuomotor rotation with the other can lead to substantial transfer of motor learning across the arms.</a> Neurosci. Lett. 638, 109-113 (2017).</li>
<li>Wang, J., Lei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-effects+and+after-effects+of+visuomotor+adaptation+with+one+arm+on+subsequent+performance+with+the+other+arm%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Direct-effects and after-effects of visuomotor adaptation with one arm on subsequent performance with the other arm.</a> J Neurophysiol. 114 (1), 468-473 (2015).</li>
<li>Lei, Y., Bao, S., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+combined+effects+of+action+observation+and+passive+proprioceptive+training+on+adaptive+motor+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The combined effects of action observation and passive proprioceptive training on adaptive motor learning.</a> Neuroscience. 331, 91-98 (2016).</li>
<li>Blank, R., Heizer, W., Von Voß, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Externally+guided+control+of+static+grip+forces+by+visual+feedback-age+and+task+effects+in+3-6-year+old+children+and+in+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci.+Lett%22%5BJournal%5D)">Externally guided control of static grip forces by visual feedback-age and task effects in 3-6-year old children and in adults.</a> Neurosci. Lett. 271 (1), 41-44 (1999).</li>
<li>Hay, L. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00222895.1979.10735187">Spatial-temporal analysis of movements in children: Motor programs versus feedback in the development of reaching.</a> J Mot Behav. 11 (3), 189-200 (1979).</li>
<li>Fayt, C., Minet, M., Schepens, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Children%27s+and+adults%27+learning+of+a+visuomanual+coordination%3A+role+of+ongoing+visual+feedback+and+of+spatial+errors+as+a+function+of+age%5BTitle%5D)+AND+%22Percept+Mot+Skills%22%5BJournal%5D)">Children's and adults' learning of a visuomanual coordination: role of ongoing visual feedback and of spatial errors as a function of age.</a> Percept Mot Skills. 77 (2), 659-669 (1993).</li>
<li>Grotta, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Constraint-induced+movement+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Constraint-induced movement therapy.</a> Stroke. 35 (11 Suppl 1), 2699-2701 (2004).</li>
<li>Taub, E., Uswatte, G., Pidikiti, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Constraint-Induced+Movement+Therapy%3A+a+new+family+of+techniques+with+broad+application+to+physical+rehabilitation--a+clinical+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Rehabil+Res+Dev%22%5BJournal%5D)">Constraint-Induced Movement Therapy: a new family of techniques with broad application to physical rehabilitation--a clinical review.</a> J Rehabil Res Dev. 36 (3), 237(1999).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

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 zdrowia30,31. 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.

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 zadanie16,17,18,19,20. 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 dorośli27,28,29 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.

<table><tbody><tr><td>Zestaw rozwojowy Oculus 1</td><td>Oculus VR</td><td></td><td>Oculus Rift DK1 to gogle do rzeczywistości wirtualnej opracowane i wyprodukowane przez Oculus VR i zawierające zestaw deweloperski.</td></tr><tr><td>Rękawica 5DT Data Glove 14 MRI Praworęczni i leworęczni</td><td>Fifth Dimension Technologies</td><td>100-0009 i 100-0010</td><td>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.</td></tr><tr><td>Kamera PlayStation Eye</td><td>Sony</td><td></td><td>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.</td></tr><tr><td>SYSTEM REHABILITACYJNY REHABIT-TEC Rehabit-Tec</td><td></td><td>www.rehabit-tec.com</td><td>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</td></tr></tbody></table>

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

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

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.

36 uczestników w dwóch eksperymentach trenowało wykonywanie szybkich sekwencji ruchów palców prawej ręki, podczas gdy manipulowano sprzężeniem zwrotnym sensorycznym (wzrokowym/proprioceptywnym). Palce ponumerowano od wskazującego (1) do małego (4), a każdego uczestnika poproszono o naukę trzech różnych sekwencji w trzech kolejnych sesjach eksperymentalnych, takich jak: 4-1-3-2-4, 4-2-3-1-4 oraz 3-1-4-2-3. Każda sekwencja/sesja była powiązana z konkretnym typem treningu, a przypisanie sekwencji do typu treningu było zrównoważone (counterbalanced) pomiędzy uczestnikami. Na początku każdej sesji uczestnikom prezentowano slajd z instrukcją, na którym znajdowały się dwa rysunki dłoni (prawej i lewej) z ponumerowanymi palcami oraz konkretna sekwencja 5 cyfr poniżej, reprezentująca sekwencję ruchów palców do nauki (patrz Rysunek 1). Po slajdzie z instrukcjami (12 s) następował etap oceny przedtreningowej (30 s). Na tym etapie wizualne sprzężenie zwrotne w czasie rzeczywistym polegało na wyświetlaniu dwóch wirtualnych dłoni, których ruchy palców były sprzężone w czasie rzeczywistym z rzeczywistymi ruchami palców uczestników (wirtualne dłonie oparto na modelu dostępnym w zestawie narzędzi 5DT gloves). Zatem ruchowi rzeczywistej lewej dłoni towarzyszyło wizualne sprzężenie zwrotne ruchu lewej (kongruentnej) dłoni wirtualnej. Uczestnicy otrzymali instrukcję, aby wielokrotnie wykonywać sekwencję lewą ręką tak szybko i tak dokładnie, jak to możliwe. W kolejnym etapie treningowym uczestnicy trenowali sekwencję w określonym warunku eksperymentalnym we własnym tempie. Etap treningowy składał się z 20 bloków; każdy blok treningowy trwał 15 s, po czym następowało 9 s żółtego pustego ekranu, który służył jako sygnał do okresu odpoczynku. Zastosowaliśmy 20 bloków treningowych, co w naszym przypadku było wystarczające do uzyskania istotnych różnic między warunkami. Na koniec przeprowadzono etap oceny potreningowej, identyczny z oceną przedtreningową. Każdy uczestnik przeszedł trzy takie sesje eksperymentalne obejmujące instrukcję, ocenę, trening i ocenę. Każda sesja eksperymentalna była powiązana z unikalnym warunkiem treningowym i sekwencją palców. W eksperymencie 1 porównaliśmy wartości indeksu G w następujących warunkach treningowych: (1) trening przez obserwację – uczestnicy biernie obserwowali wirtualną lewą dłoń wykonującą sekwencję, podczas gdy obie ich rzeczywiste dłonie pozostawały nieruchome; (2) CE – uczestnicy trenowali fizycznie prawą ręką, otrzymując kongruentne wizualne sprzężenie zwrotne w czasie rzeczywistym ruchu prawej dłoni wirtualnej; (3) CE + manipulacja wizualna (VM) – co istotne, konfiguracja VR pozwoliła nam stworzyć unikalny trójwymiarowy warunek eksperymentalny, w którym uczestnicy trenowali fizycznie prawą ręką, otrzymując wizualne sprzężenie zwrotne w czasie rzeczywistym ruchu lewej (inkongruentnej) dłoni wirtualnej (warunek CE + VM). Ruch palców lewej wirtualnej dłoni oparto na rzeczywistym ruchu palców prawej dłoni wykrywanym przez rękawice (krok 1.4). we wszystkich warunkach wnętrza dłoni uczestników były skierowane do góry. Tempo ruchu palców wirtualnej dłoni w warunku treningu przez obserwację (warunek 1) zostało ustawione na podstawie średniego tempa uczestnika podczas poprzednich aktywnych warunków prawej ręki (warunki 2 i 3). W przypadkach, gdy kolejność warunków treningowych wynikająca ze zrównoważenia była taka, że trening przez obserwację następował jako pierwszy, tempo ustalano na podstawie średniego tempa poprzedniego uczestnika. Wszystkie porównania indeksu G przeprowadzono w układzie wewnątrzobiektowym (paired-fashion) pomiędzy różnymi warunkami treningowymi.
Poprawa wyników lewej ręki po treningu w warunku 3 (CE + manipulacja wizualna) była znacząco wyższa w porównaniu do przyrostów uzyskanych po treningu poprzez obserwację lewej ręki (warunek 1; p&lt;0,01; obustronny test t dla par) lub po treningu prawej ręki z kongruentną informacją zwrotną wizualną – tradycyjnej formie CE (warunek 2; p&lt;0,05; obustronny test t dla par; Rysunek 2 i Tabela 1). Co ciekawe, trening z inkongruentną informacją zwrotną wizualną (CE + VM) przyniósł wyższą poprawę wyników niż suma przyrostów uzyskanych w dwóch podstawowych typach treningu: fizycznym treningu prawej ręki oraz treningu poprzez obserwację lewej ręki bez ruchu fizycznego. Ten efekt superaddytywny dowodzi, że poprawa wyników lewej ręki jest nieliniowo zwiększona, gdy trening prawej ręki jest uzupełniony o wizualną informację zwrotną lewej ręki kontrolowaną przez badanego. Sugeruje to, że CE i uczenie się przez obserwację są procesami oddziałującymi na siebie, które można połączyć w nowy schemat uczenia się.
Zbadaliśmy również u innej grupy 18 zdrowych osób, czy dodanie pasywnego ruchu lewej ręki może dodatkowo zwiększyć przyrosty wydajności lewej ręki. W tym celu w badaniu 2 uczestnicy przeszli podobny protokół z 3 typami treningu, podczas gdy ich dłonie znajdowały się w wyżej wspomnianym urządzeniu wykonanym na zamówienie (krok 1.7), które kontroluje ruchy palców lewej ręki. W tym eksperymencie uczestnicy trenowali przez 10 bloków. Każdy blok treningowy trwał 50 s, po czym następowało 10 s wyświetlania żółtego pustego ekranu, który służył jako sygnał do okresu odpoczynku. Zastosowano trzy następujące typy treningu: (1) CE + VM – edukacja krzyżowa z manipulacją sprzężeniem zwrotnym wizualnym (podobnie jak w warunku 3 z badania 1); (2) CE+PM – standardowa edukacja krzyżowa (tj. aktywny ruch prawej ręki + sprzężenie zwrotne wizualne ruchu prawej ręki wirtualnej) wraz z sprzężonym ruchem pasywnym (PM) lewej ręki; (3) CE+VM+ PM – uczestnicy trenowali fizycznie prawą ręką, podczas gdy sygnał wizualny był manipulowany tak, aby wyświetlany był odpowiadający mu ruch lewej ręki wirtualnej (podobnie jak w warunku 3 zastosowanym w pierwszym badaniu). Jednak dodatkowo aktywny ruch palców prawej ręki powodował sprzężony pasywny ruch palców lewej ręki za pomocą urządzenia.
Dodanie pasywnego ruchu palców lewej ręki do manipulacji wizualnej przyniosło największe zyski w sprawności lewej ręki (Rycina 3 oraz Tabela 2), które były istotnie wyższe niż zyski w sprawności po samej manipulacji wizualnej (warunek 1; p&lt;0.01; dwustronny test t dla prób zależnych). Należy zauważyć, że choć warunek treningowy CE+VM był podobny do tego w badaniu 1, bezwzględne wartości G są porównywalne jedynie między warunkami w obrębie tego samego badania. Wynika to z faktu, że (1) projekt treningu był nieco inny (w badaniu 2 dłonie były skierowane wnętrzem w dół, a nie w górę ze względu na urządzenie, zastosowano inny czas trwania/liczbę bloków treningowych) oraz (2) każdy eksperyment był przeprowadzany na innej grupie badanych. Co istotne, w każdym badaniu każdy uczestnik wykonał wszystkie trzy rodzaje treningu, a indeksy G w różnych warunkach są porównywane w sposób sparowany.
<img alt="Ręczny schemat czasowy sekwencji treningowej z fazami odpoczynku i oceny." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55965/55965fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Projekt eksperymentu. Schematyczna ilustracja pojedynczej sesji eksperymentalnej w badaniu 1. Każdy uczestnik wykonał 3 takie sesje. W każdej sesji prezentowano unikalną sekwencję pięciu cyfr wraz ze szkicem przyporządkowanych palców. Po instrukcjach uczestnicy wykonywali sekwencję tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, używając lewej ręki w celu wstępnej oceny poziomu wykonania. Następnie uczestnicy trenowali sekwencję za pomocą jednego z typów treningu (patrz wyniki reprezentatywne) we własnym tempie. Po treningu uczestnicy powtórzyli etap oceny w celu ponownej weryfikacji poziomu wykonania. W badaniu 2 ogólny projekt był podobny, z różnym czasem trwania/liczbą bloków treningowych (szczegóły w wynikach reprezentatywnych). Dłonie na ilustracji reprezentują tylko rękę aktywną (sprzężenie zwrotne wizualne zawsze zawierało dwie wirtualne dłonie). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55965/55965fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres słupkowy przedstawiający średni indeks przyrostu wydajności lewej ręki dla trzech warunków wraz z słupkami błędów." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55965/55965fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Badanie 1 – przyrosty wydajności lewej ręki. Trening fizyczny prawej ręki przy jednoczesnym otrzymywaniu wizualnej informacji zwrotnej online, sugerującej ruch lewej ręki (CE + manipulacja wizualna; VM; kolor czerwony), doprowadził do najwyższych przyrostów wydajności lewej ręki w porównaniu do pozostałych badanych warunków treningowych: obserwacji lewej ręki (kolor żółty) oraz cross-edukacji bez manipulacji wizualnej (tj. trening prawej ręki + zgodna informacja zwrotna o ruchu wirtualnej prawej ręki; kolor zielony). Słupki błędów oznaczają SEM dla 18 osób badanych. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55965/55965fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres słupkowy; przyrost wydajności lewej ręki; warunki: CE+VM+PM, CE+VM, CE+PM; istotna różnica." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55965/55965fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3. Badanie 2 – przyrosty wydajności lewej ręki. Najwyższy przyrost wydajności lewej ręki uzyskano, gdy edukację krzyżową z manipulacją wizualną połączono z pasywnym ruchem palców lewej ręki za pomocą urządzenia (CE+VM+PM; jasnoczerwony). Poprawa ta była istotnie wyższa niż uzyskana po edukacji krzyżowej z manipulacją wizualną (CE+VM; czerwony) oraz edukacji krzyżowej z manipulacją proprioceptywną (CE+PM; zielony). Słupki błędów oznaczają SEM dla 18 badanych. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55965/55965fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<img alt="Tabela danych porównująca wyniki manipulacji wizualnej, obserwacji i transferu przed i po treningu." src="/files/ftp_upload/55965/55965table1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Tabela 1"> 
Tabela 1. Dane z badania 1. Osiągnięcia (P) poszczególnych badanych podczas etapów oceny przed i po treningu w badaniu 1. Każda komórka przedstawia liczbę poprawnie wykonanych pełnych 5-cyfrowych sekwencji w ciągu 30 s. S – numer badanego. <a href="https://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55965/Table1.pdf">Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.</a>

<img alt="Tabela z wynikami badania propriocepcji; przed i po treningu, indeks G dla manipulacji proprioceptywnej i wizualnej." src="/files/ftp_upload/55965/55965table2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Tabela 2"> 
Tabela 2. Dane z badania 2. Analogicznie jak w Tabeli 1 dla badania 2. Należy zauważyć, że czas trwania treningu oraz orientacja dłoni w tym eksperymencie różniły się od eksperymentu 1 (patrz w tekście). <a href="https://cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/55965/Table2.pdf">Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.</a>

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.

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

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

Ogólnym celem tego układu treningowego z wykorzystaniem rzeczywistości wirtualnej jest zwiększenie przyrostów sprawności w prostej umiejętności motorycznej kończyny w warunkach braku jej dobrowolnego ruchu fizycznego. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie uczenia się umiejętności motorycznych, takie jak rola percepcji sensorycznej w nabywaniu umiejętności. Główną zaletą tej techniki jest możliwość pełnej kontroli nad dopływem bodźców wizualnych i proprioceptywnych podczas treningu.Implikacje tej techniki mogą rozciągać się na terapię niedowładu kończyny górnej, ponieważ kontrola zdrowej dłoni jest wykorzystywana do trenowania dłoni objętej niedowładem. Procedurę zaprezentuje Shiri, asystentka badawcza z mojego laboratorium. Należy rozpocząć od odprowadzenia badanego do krzesła testowego.Następnie poproś badanych o zajęcie miejsca w pozycji siedzącej, z rękami wysuniętymi przed siebie i dłońmi skierowanymi wnętrzem do dołu. Załóż badanemu gogle wirtualnej rzeczywistości (VR) z zamontowaną na głowie kamerą 3D, aby zapewnić wizualną informację zwrotną z otoczenia w czasie rzeczywistym. Upewnij się, że obraz z kamery jest wyświetlany w goglach VR.Następnie załóż na dłonie badanego rękawice kompatybilne z MR z czujnikami ruchu, które umożliwiają monitorowanie w czasie rzeczywistym zgięcia poszczególnych palców każdej dłoni. Upewnij się, że badany widzi wirtualne dłonie tylko wtedy, gdy patrzy w dół, w miejsce, w którym znajdowałyby się jego prawdziwe dłonie. Następnie umieść dłonie badanego w specjalistycznym urządzeniu do kontroli ruchu i przymocuj pojedynczo prawe oraz lewe palce do tłoków.Upewnij się, że badani mogą niezależnie poruszać palcami prawej ręki. Na koniec sprawdź, czy ruchy wolicjonalne palców lewej ręki są ograniczone, prosząc badanych o próbę poruszenia lewą ręką, gdy znajduje się ona wewnątrz urządzenia. Rozpocznij od odpięcia rąk badanego od urządzenia do kontroli ruchu.Następnie należy polecić badanym wielokrotne wykonywanie jednoręcznego ruchu sekwencyjnego pięcioma palcami ręki nietrenowanej, tak dokładnie i szybko, jak to możliwe, przez 30 sekund. Następnie należy przymocować dłonie badanego do urządzenia kontroli ruchu. Po tym czasie należy poinformować badanego o nadchodzącym etapie treningu, polegającym na wykonywaniu sekwencji ruchów palców ręką aktywną we własnym tempie.Po przeprowadzeniu oceny przeanalizuj dane w specjalistycznym oprogramowaniu, które rejestruje konfigurację dłoni z rękawic podczas eksperymentu. Kliknij Session Left File i wybierz pliki utworzone w folderze przechwytywania lewej dłoni dla odpowiedniego badanego. Następnie kliknij Session Right File i wybierz pliki utworzone w folderze przechwytywania prawej dłoni dla odpowiedniego badanego.Następnie kliknij Play session, aby odtworzyć i zwizualizować ruchy wirtualnej dłoni podczas każdego etapu oceny na podstawie danych zarejestrowanych przez czujniki w rękawicy do śledzenia ruchu. Na koniec, dla każdego kroku oceny i każdego badanego osobno, oblicz liczbę pełnych i poprawnych sekwencji ruchów palców wykonanych niedyscyplinowaną dłonią, a następnie wylicz wskaźnik przyrostu wydajności. Przyrosty wydajności lewej dłoni po treningu w warunkach edukacji krzyżowej (cross education, CE) oraz manipulacji wizualnej były znacznie wyższe w porównaniu do przyrostów uzyskanych po treningu polegającym na obserwacji lewej dłoni lub po treningu prawej dłoni z congruentnym sprzężeniem zwrotnym wizualnym, co stanowi tradycyjną formę CE. W innej grupie zdrowych ochotników, w której zastosowano trzy rodzaje treningu, wyniki wskazały, że dodanie pasywnego ruchu palców lewej dłoni do manipulacji wizualnej przyniosło najwyższe przyrosty wydajności lewej dłoni, które były istotnie wyższe niż przyrosty wydajności po samej manipulacji wizualnej.Po opanowaniu techniki, jej wykonanie zajmuje około 20 minut, pod warunkiem że jest przeprowadzana prawidłowo. Podczas realizacji tej procedury ważne jest zapewnienie odpowiednich przerw między sesjami treningowymi. Ponieważ rękawiczki i cały zestaw są kompatybilne z MRI, procedurę tę można przeprowadzić wewnątrz skanera MRI, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące zaangażowanych mechanizmów neurologicznych.Po opracowaniu technika ta utorowała drogę badaczom z zakresu uczenia się umiejętności motorycznych do eksploracji manipulacji sygnałami sensorycznymi, zarówno wizualnymi, jak i proprioceptywnymi, w procesie nabywania umiejętności. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo dobrze rozumieć, jak trenować kończynę w warunkach braku jej dobrowolnego ruchu fizycznego. Należy pamiętać, że praca z urządzeniem do ruchów pasywnych może być męcząca, dlatego podczas treningu należy zapewnić przerwy.

using-virtual-reality-to-transfer-motor-skill-knowledge-from-one-hand

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

W ostatnim czasie pojawiło się wiele perspektyw dla interaktywnych systemów człowiek-robot. W niniejszym artykule opisujemy integrację nowego urządzenia robotycznego z oprogramowaniem open source, które pozwala na szybkie stworzenie biblioteki funkcji interaktywnych. Następnie przedstawiamy zastosowanie kliniczne w ramach neurorehabilitacji.

Rehabilitacja haptyczno-graficzna: integracja robota z biblioteką środowisk wirtualnych i zastosowanie w terapii udarów mózgu

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna, elektromiografia i przechwytywanie ruchu 3D są powszechnie stosowanymi nieinwazyjnymi technikami badania funkcji nerwowo-mięśniowych u ludzi. W tym artykule opisujemy protokół, który synchronicznie próbkuje dane generowane przez wszystkie trzy z tych narzędzi wraz z unikalnym dodatkiem prezentacji bodźców rzeczywistości wirtualnej i informacji zwrotnych.

Wielofunkcyjny zestaw do badania kontroli motorycznej człowieka za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, elektromiografii, przechwytywania ruchu i rzeczywistości wirtualnej

W miarę jak rozwój protetyki zmierza w kierunku naturalnej kontroli, wykorzystanie wrodzonej zdolności osób po amputacji do uczenia się nowych umiejętności motorycznych może umożliwić biegłość. Ten manuskrypt opisuje ustrukturyzowany protokół rehabilitacji, który obejmuje naśladowanie, powtarzanie i strategie uczenia się przez wzmacnianie, w celu poprawy wielofunkcyjnej kontroli protetycznej.

Ustrukturyzowany protokół rehabilitacji w celu poprawy wielofunkcyjnej kontroli protetycznej: studium przypadku

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.

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

Tutaj opisujemy paradygmaty iluzji wirtualnej ręki i wirtualnej twarzy, które mogą być wykorzystane do badania samopercepcji/reprezentacji związanej z ciałem. Zostały one już wykorzystane w różnych badaniach, aby wykazać, że w określonych warunkach wirtualna ręka lub twarz mogą zostać włączone do reprezentacji ciała, co sugeruje, że reprezentacje ciała są raczej elastyczne.

Tworzenie iluzji wirtualnej ręki i wirtualnej twarzy w celu zbadania autoprezentacji

Tutaj prezentujemy protokół do opracowania i zastosowania programu wirtualnej rzeczywistości opartego na grze mobilnej do odzyskiwania dysfunkcji kończyn górnych u pacjentów po udarze. Niniejsze badanie pokazuje, że program mobilny jest wykonalny i skutecznie wspomaga regenerację kończyn górnych u pacjentów po udarze.

Program wirtualnej rzeczywistości oparty na grach mobilnych do rehabilitacji udarów kończyn górnych

Podczas gdy poprzednie badania nad samoświadomością ciała zakładały, że ruchy własne i pochodzące od innych osób są percepcyjnie rozróżnialne, ten protokół pozwala im być niejednoznacznym na wirtualnej ręce z niezamierzonymi niewielkimi ruchami. To pozwala nam obserwować czyjeś doświadczenie utworzone przez SoO i inne wytworzone SoA, a nie brak SoA.

Wirtualna ręka z niejednoznacznym ruchem między sobą a innym pochodzeniem: poczucie własności i sprawczość "wyprodukowana przez innych"

Obecny protokół opisuje, w jaki sposób cyfrowy system szkolenia zawodowego oparty na VR usprawnia rehabilitację pacjentów z zaburzeniami poznawczymi i dysfunkcją kończyn górnych po udarze.

Trening funkcji poznawczych i rehabilitacji kończyn górnych po udarze mózgu z wykorzystaniem cyfrowego systemu szkolenia zawodowego

Obrazy motoryczne w środowisku wirtualnej rzeczywistości mają szerokie zastosowanie w systemach interfejsu mózg-komputer. Manuskrypt ten przedstawia wykorzystanie spersonalizowanych cyfrowych awatarów, które przypominają uczestników wykonujących ruchy wyobrażone przez uczestnika w środowisku rzeczywistości wirtualnej, aby zwiększyć immersję i poczucie posiadania ciała.

Wydajność obrazowania motorycznego dzięki ucieleśnionym cyfrowym bliźniakom w środowisku interfejsu mózg-komputer z obsługą rzeczywistości wirtualnej

Ten protokół opisuje robota do rehabilitacji kończyn górnych, który dostarcza inteligentne informacje zwrotne w czterech trybach. Tryby te poprawiają funkcję i elastyczność kończyny górnej, poprawiając w ten sposób jakość życia pacjentów.

Poprawa funkcji kończyny górnej i zdolności motorycznych po udarze mózgu za pomocą robota do rehabilitacji kończyn górnych

Poznaj metodę treningu VR do nauki umiejętności motorycznych kończyny bez jej dobrowolnego ruchu. Technika wykorzystuje manipulację sensoryczną i pasywny ruch, oferując nowe możliwości w rehabilitacji pacjentów z hemiparezą kończyny górnej.

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

Przeglądaj więcej filmów