В данной статье описан новый метод оценки проприоцептивную дрейф на 2D плоскости, используя зеркальную иллюзию и сочетающего психофизического процедуру с использованием анализа машинного обучения.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В данной статье описан новый метод оценки проприоцептивную дрейф на 2D плоскости, используя зеркальную иллюзию и сочетающего психофизического процедуру с использованием анализа машинного обучения.
Проприоцептивный дрейф, который представляет собой перцептивный сдвиг положения части тела от невидимого реального тела к видимому телесному образу, был измерен как поведенческий коррелят для чувства собственности. Ранее оценка проприоцептивного дрейфа была ограничена одним пространственным измерением, таким как высота, ширина или глубина. Поскольку рука может свободно двигаться в 3D, измерение проприоцептивного дрейфа только в одном измерении недостаточно для оценки дрейфа в реальных жизненных ситуациях. В этой статье мы предлагаем новый метод оценки проприоцептивного дрейфа в 2D-плоскости с использованием зеркальной иллюзии, сочетающий объективное поведенческое измерение (отслеживание положения руки) и субъективную феноменологическую оценку (субъективная оценка положения руки и опросник) со сложным подходом машинного обучения. Этот метод позволяет не только исследовать механизмы, лежащие в основе чувства собственности и агентности, но также помогает в реабилитации отсутствующей или парализованной конечности, а также в разработке правил управления в реальном времени с удобством использования, подобным телу, в котором оператор управляет системой, как если бы она была частью его/ее собственного тела.
В последние годы исследования о смысле или опыта самостоятельного тела, то есть, собственное тело, увеличилось в контексте воплощения. Вариант осуществления относится к идее или концепции, имеющие физический или виртуальный орган, который может взаимодействовать с окружающей средой, такие как достижение, хватания, и трогательно. Например, люди могут коснуться объекта или другого человека, расположенный в окружающей среде, перемещая их собственное тело, в этом случае их собственные руки и кисти. В настоящее время, это взаимодействие или общение не ограничивается использованием собственного естественного тела. Из-за изобретения и развития человеческого типа роботов или аватаров в виртуальном мире, естественное человеческое тело может быть заменен искусственным телом, такие как гуманоидов, робот дистанционного управления, электрический протезом или компьютерной графики аватара в виртуальной реальности. Например, исследователи разработали робота, оператор может "захватить" объект, помещенный в передней части робота через его механическое тело, даже если робот находится далеко от положения тела 1,2 оператора. Аналогично этому примеру, если человек может выполнить действие с помощью искусственного тела, какой орган будет проводить приписывание самостоятельного тела оператора?
Мы можем легко найти темы, связанные с этой дискуссии по атрибуции или проекции "Я" от собственного природного тела к искусственной, без плоти и костей тела. Одним из примеров можно найти в медицинской сфере; например, в области медицинской реабилитации, лечения, "трюк" само тело ощущение пациента с помощью зеркал в настоящее время изучаются для уменьшения боли и улучшения двигательной функции отсутствующего или парализованной конечности, называется зеркальной терапии 3-6. В этой терапии, зеркальная образ неповрежденную часть тела или конечности может ввести в заблуждение мозг пациента, полагая, что недостающее или парализованной конечности соответствует воспроизведенной в зеркале и привести к чувству, что она до сих пор в немs Первое условие (т.е. до аварии). Он все еще обсуждается, как эта иллюзия влияет на устойчивость мозга, связанные с представлением тела. В дополнение к этому типу обсуждения на нашем естественном теле, мы можем найти подобные обсуждения по варианту, в особенности вопросов проектирования взаимодействия человека-системы в области машиностроения. Самоощущение для искусственного или виртуального тела хорошо изучен в контексте телеприсутствия, интерфейс мозг-машина, и мозг-компьютерного интерфейса 1,2,7-9. Некоторые исследователи сообщили, что человекоподобный робот, который может передавать тактильные ощущения от его руки робота на руке оператора, может захватить смысл оператора собственного тела на робота, а также ощущение того, что в месте, где робот позиционируется а не там , где на самом деле существует оператор, который называется телеконвертора существование 1. Другие исследователи сообщили, что виртуальный аватар отражает движения тела оператора сильнымLY передает смысл оператора собственного тела от собственного тела оператора в виртуальном теле 9. Эти данные показывают, каким образом пользователи могут проецировать свое чувство собственного тела в искусственное тело, такие как гуманоидов, робот дистанционного управления, электрический протезом или компьютерной графики аватара в виртуальной реальности, даже если искусственное тело не напрямую связано с их мозг и тело.
Фундаментальные научные исследования по этому виду ощущения себя тела для не из плоти и крови, искусственные тела, как объекты были рассмотрены основные механизмы мозга для опыта самостоятельного тела с использованием резиновой руки иллюзию (RHI) и зеркало 10-13 иллюзия (MI) 14-16 в медицинских и инженерных областях, а также в психофизики и нейропсихологии. RHI это ощущение, что резиновая рука принадлежит к собственному телу и вызывается одновременным гладить видимую резиновую руку и затененное руку участника. В MI, рука IMAGE в зеркале, расположенной вдоль оси среднесагиттальных визуально фиксирует воспринимаемую позицию участника невидимого противоположной стороны. Кроме того, синхронные движения отраженной и невидимой рукой вызывают сильное ощущение, как будто отраженное изображение руки были невидимое противоположной рукой. Согласно исследованию на этих иллюзий, согласованность между мультимодальной информации и прогнозирования и сенсорной обратной связи о движениях тела, кажется, играет важную роль для суждения о присвоении самостоятельного тела. Таким образом, эти две иллюзии может быть простой, но мощный доказательства и инструменты для ученых, чтобы исследовать механизмы мозга, лежащие в основе нашего ощущения того, чтобы быть обманут или полагая, что некоторые искусственный объект или изображение может субъективно наша собственная часть тела, и что наше само тело ощущение делает не должны быть привязаны к нашему естественному физическому телу.
Во всех этих исследованиях, перечисленных выше, обсуждение было основано на концепции "Я" consistiнг двух типов ощущений , предложенных философа Gallagher 17: чувство собственности и чувство агентства. Чувство собственности относится к ощущению, что наблюдаемая часть тела является родным. Чувство агентства соответствует ощущение, что движение тела является самообусловленным. Эти два ощущения определяются как минимальное себя, то есть непосредственное чувство самости 16. Согласно этой концепции, приписывание "Я" для естественных, поврежденных, виртуальных и механических тел могут быть оценены с помощью одних и тех же показателей: чувство собственности и агентства. Для того, чтобы использовать эту шумиху для научной оценки, возникает вопрос о том, как измерить чувство собственности и агентства робастно. В настоящее время оценка чувства собственности и агентства в основном опирается на вопросники, первоначально предложенная Botvinick 9. В дополнение к опросных листов, мы можем попытаться измерить их в количественном отношениях. Например, мошенник кожаответ кондактанса (SCR) , был использован в качестве физиологического показателя собственности в тех случаях , когда резиновая рука внезапно режут ножом 18. ОПЗ рассчитывается путем измерения электрических характеристик кожи и является чувствительным и действительным показателем для возбуждения 19. Так как этот метод обычно применяется для одиночных испытаний на каждого участника, измерения SCR не подходит в качестве физического индекса во время психофизических экспериментов, которые требуют повторных измерений в пределах участников. Одним из наиболее успешных поведенческих показателей для чувства собственности является проприоцептивная дрейф. Проприоцептивная дрейфа является изменение в воспринятой положение невидимого реального стороны в сторону положения объекта , который выглядит как рука, как, например резиновой производства протеза или компьютерная графика. 10-13 Так как это изменение может быть оценена и многократно робастно путем измерения расстояния между невидимой рукой и реальным визуальным изображением руки, проприоцептивные дрейф яса подходящий физический показатель для психофизических измерений. Тем не менее, это использование следует оценивать тщательно, потому что недавние обсуждения поставили под сомнение ли проприоцептивные дрейф всегда может быть использован в качестве поведенческого индекса собственности 12.
Как правило, проприоцептивные дрейф измеряется только в одном из трех направлений, таких как высота, ширина, или глубины. Проприоцептивная дрейф редко измеряется в нескольких направлениях из-за сложности оценки и визуализации многомерных данных. Этот метрологический ограничение не имеет решающего значения для фундаментальных исследований изучает механизмы, которые обрабатывают мультисенсорной информации, так как условия эксперимента могут быть легко спроектированы и контролировать, чтобы ограничить измеренные размеры. Тем не менее, в повседневной жизни, наши руки свободно двигаться в 3D, чтобы следовать наши намерения. В этой ситуации трудно и недостаточно, чтобы измерить поведение участника с опросных листов, что сильно ограничивает движение и позitions из рук. Таким образом, учитывая потенциальные заявки на чувство собственности и агентства в области машиностроения и реабилитации, измерения, которая включает несколько направлений и позволяет свободное движение рук необходимо оценить пространственное соотношение между визуальной и проприоцептивной обратной связи в ситуациях повседневной жизни. Если такое измерение было возможно, измеренное расстояние между реальным и наблюдаемым руки могут быть использованы в качестве ориентира для чувства собственного тела. Это может стать не только показателем прогресса реабилитации, но и критерием для пространственного сдвига между управляющей мишени на дисплее и операционной стороны. Остается открытым вопрос о том, как это измерение может быть осуществлено надежно и эффективно.
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, мы вводим новый метод оценки проприоцептивную дрейфа, что соответствует смещению от положения невидимой руки реального участника к тому, что видимой рукой, как O▪ Таблица, на 2D плоскости, используя зеркальную иллюзию путем объединения психофизического процедуры и анализ с помощью машинного обучения. По сравнению с резиновой рукой, рука изображение в зеркале сильно захватывает воспринимаемую позицию участника невидимого реальной руки. Кроме того, зеркальное изображение сразу отражает произвольные движения рук для размещения рук. Таким образом, зеркальное изображение было выбрано в качестве визуальной обратной стороны от участника. Кроме того, для измерения проприоцептивную дрейф, похожий на ситуациях повседневной жизни, участники расположены их Невидимая рука проб по-проб по их желанию, и было увеличено число испытаний. Хотя любое сочетание направлений могли бы быть использованы, сочетание высоты и глубины была выбрана из-за легкости размещения зеркала по вертикали. Для проверки соответствия между нашим методом и предыдущих исследований 13, были реализованы две визуальные условия: с и без визуальной обратной связи. В состоянии с визуальной обратной связью, зеркало W, как расположены вдоль среднесагиттальных плоскости, чтобы создать отраженное изображение с левой стороны, как будто это было видно, как правой рукой. В состоянии без визуальной обратной связи, матовая доска была использована для того, чтобы скрыть реальную правую руку участника. Мы оценивали эффективность этого нового метода, сравнивая результаты с результатами, полученными с помощью вопросника о смысле собственности и агентства.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все аспекты эксперимента были одобрены Комитетом по этике Токийского технологического института по.
1. Экспериментальная установка
2. Участники
Процедура 3. Эксперимент
Анализ 4. Данные
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Типичные результаты предыдущего исследования представлены для иллюстрации метода 16. Фигура 3А показывает , что формы площадь , где участник не может обнаружить пространственное смещение между левым и правым положением руки отличались между условиями с (зеркалом) и без (доске) визуальный . Обратная связь на фиг.3В показано , что размеры площадь в состоянии с визуальной обратной связью значительно больше , чем в состоянии без визуальной обратно...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мы демонстрируем метод для оценки проприоцептивную дрейф в 2D плоскости во время зеркальной иллюзии с помощью SVM и сравнить результат с ответами на вопросник для чувства собственности и агентства. Этот новый метод показал, что требуемое смещение между визуальной и проприоцептивной обратной связи для поддержания проприоцептивная дрейфа составляет около 10 см, и что это смещение тесно пересекается со смещением требуется для поддержания чувства собственности и агентства.
Следует отметить, что ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Это исследование было поддержано Центром инновационной программы Японского агентства по науке и технике, JST.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Зеркало | |||
| Матовая доска | |||
| заказ подставка | например деревянный столб или труба из ПВХ (поливинилхлорида) | ||
| Стул | |||
| Ножная педаль | P.I. Инженерия | Классические X-клавиши USB и ножные педали PS/2 | Могут быть доступны другие устройства реагирования. |
| Датчик положения | CyVerse | SLC-C02 | Может быть доступен другой датчик положения. |
| Индивидуальный световозвращающий маркер | Маркер, предоставленный поставщиком захвата движения, может быть доступен. | ||
| Шумоизоляция наушников | bose | Quiet Comfort 3 | Другие наушники могут быть доступны. |
| PC | Мышь Компьютер | NG-N-i300GA | Может быть доступен другой ПК. |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.