Методическая статья

Применение несовместимые визуальные-тактильные стимулы во время передачи объекта с вибрато-тактильной обратной связи

DOI:

10.3791/59493

⸱

23 мая 2019 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physical Therapy, Sackler Faculty of Medicine, Tel Aviv University, 2Department of Occupational Therapy, Sackler Faculty of Medicine, Tel Aviv University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы представляем протокол для применения несовместимые визуальные-тактильные раздражители во время задачи передачи объекта. В частности, во время блока переводов, выполняется в то время как рука скрыта, виртуальная презентация блока показывает случайные вхождения ложных блоков капель. Протокол также описывает добавление vibroтактильной обратной связи во время выполнения моторной задачи.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Применение несовместимые сенсорные сигналы, что включает в себя нарушается тактильной обратной связи редко изучены, в частности, с наличием vibroтактильной обратной связи (VTF). Этот протокол направлен на проверку влияния VTF на реакцию на несовместимые визуальные-тактильные раздражители. Тактильная обратная связь приобретает, схватив блок и перемещая его через раздел. Визуальная обратная связь-это виртуальная презентация движущегося блока в реальном времени, приобретенная с помощью системы захвата движения. Конгруэнтных обратной связи является надежной презентации движения блока, так что субъект чувствует, что блок схватил и увидеть его двигаться вместе с пути руки. Несовместимые обратной связи появляется, как движение блока отвлекает от фактического пути движения, так что кажется, падение из рук, когда он на самом деле все еще держал предмет, тем самым противореча тактильной обратной связи. Двадцать субъектов (возраст 30,2 ± 16,3) повторил 16 блок переводов, в то время как их рука была скрыта. Эти были повторены с VTF и без VTF (итог 32 блоков перевода). Несовместимые стимулы были представлены случайным образом дважды в течение 16 повторений в каждом условии (с и без VTF). Каждому предмету было предложено оценить уровень сложности выполнения задачи с и без VTF. Не было статистически значимых различий в длине дорожек рук и длительности между переводами, записанными с конгруэнтными и несовместимые визуально-тактильными сигналами – с и без VTF. Воспринимаемый уровень сложности выполнения задачи с помощью VTF значительно коррелирует с нормализованной длиной пути блока с VTF (r = 0,675, p = 0,002). Эта настройка используется для количественной оценки аддитивной или редуктивной стоимости VTF во время двигательной функции, которая включает в себя несовместимые визуальные-тактильные раздражители. Возможные применения – конструкция протезов, смарт-спорт или любые другие предметы одежды, включающие VTF.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Иллюзии являются эксплуатации ограничений наших чувств, как мы ошибочно воспринимать информацию, которая отклоняется от объективной реальности. Наш вывод восприятия основывается на нашем опыте в интерпретации сенсорных данных и на расчете нашего мозга из наиболее надежной оценки реальности при наличии неоднозначного сенсорного ввода1.

Подкатегория в исследовании иллюзий это тот, который сочетает в себе несовместимые сенсорные сигналы. Иллюзия, что результаты несовместимые сенсорные сигналы происходит от постоянной Мультисенсорная интеграция выполняется наш мозг. Хотя есть многочисленные исследования, касающиеся несоответствия в зрительных слуховых сигналов, несоответствие в других сенсорных пар меньше сообщается. Эта разница в количестве отчетов может быть отнесена к более высокой простоте при проектировании установки, которая включает визуальные-слуховые несоответствия. Тем не менее, исследования, которые сообщают результаты, относящиеся к другим сенсорным модальности пар, интересны. Например, был изучен эффект несовместимые визуально-тактильные сигналы на зрительную чувствительность2 с помощью системы, где визуальные и тактильные раздражители совпадали в пространственную частоту; Тем не менее, тактильная и визуальная ориентация была идентична (совпадают) или ортогональными (несоответствие). В другом исследовании, влияние несовместимые визуальные-тактильные движения раздражителей на воспринимаемое визуальное направление движения исследовали с помощью визуального тактильных кросс-модальный интеграционный стимулятор с освещенной панели, которая представляет визуальные стимулы и тактильные стимулятор, который представляет тактильные стимулы движения с произвольным направлением движения, скоростью и глубиной отступов в коже3. Было высказано предположение о том, что мы внутренне представляем как статистическое распределение задачи, так и нашу сенсорную неопределенность, объединяя их в соответствии с производительностью, оптимизируя Байесовский процесс4.

Виртуальная реальность сделала возможность обмануть визуальную обратную связь с темой легкой задачей. Несколько исследований использовали мультисенсорную виртуальную реальность для искажения визуальной и соматосенсорной информации. Например, виртуальная реальность была недавно использована, чтобы побудить воплощение в теле ребенка, с или без активации ребенка, как искажение голоса5. В другом примере, визуальное представление ходьбы расстояние во время самостоятельного движения был продлен и, следовательно, несовместимые с расстояния путешествия ощущается тела основе сигналов6. Аналогичная виртуальная реальность установки был разработан для велосипедного деятельности7. Все вышеуказанная литература, однако, не совместили вмешательство в одно из чувств, в дополнение к несоответнему сигналу. Мы выбрали тактильное чувство, чтобы получить такое возмущение.

Наши тактильные сенсорные системы обеспечивает прямое доказательство того, является ли объект в настоящее время захватили. Поэтому мы ожидаем, что, когда прямая визуальная обратная связь искажена или недоступна, роль тактильной сенсорной системы в задачах манипулирования объектами будет заметной. Однако, что произойдет, если тактильный сенсорный канал был также нарушен? Это возможный исход использования вибротактильной обратной связи (VTF) для сенсорного увеличения, так как он захватывает внимание отдельного8. Сегодня, расширенная обратная связь различных форм используется в качестве внешнего инструмента, предназначенные для повышения нашей внутренней сенсорной обратной связи и повышения производительности во время моторного обучения, в спорте и в условиях реабилитации9.

Изучение несовместимые визуально-тактильные раздражители может усилить наше понимание относительно восприятия сенсорного ввода. В частности, количественная оценка аддитивной или редуктивной стоимости VTF во время двигательной функции, которая включает в себя несовместимые визуальные-тактильные стимулы, может помочь в будущем дизайне протезов, смарт-спортивной одежде или любых других одеждах, которые включают VTF. Так как ампутантов лишены тактильных стимулов на дистальной аспект их сопротивления, их ежедневное использование VTF, встроенные в протез для передачи знаний о хватать, например, может повлиять как они воспринимают визуальную обратную связь. Понимание механизма восприятия в этих условиях позволит инженерам совершенствовать методы VTF, чтобы уменьшить негативное влияние на пользователей VTF.

Мы стремились проверить влияние VTF на реакцию на несовместимые визуально-тактильные раздражители. В представленной установке тактильная обратная связь приобретает, захватывая блок и перемещая его через перегородку; Визуальная обратная связь — это виртуальная презентация движущегося блока и раздела (приобретенного с помощью системы захвата движения) в режиме реального времени. В виду того что вопрос предотвращен от видеть фактическое движение руки, единственная визуально обратная связь фактически одно. Конгруэнтных обратной связи является надежной презентации движения блока, так что субъект чувствует, что блок схватил и видит его двигаться вместе с пути руки. Несовместимые обратной связи появляется, как движение блока отвлекает от фактического пути движения, так что кажется, падение из рук, когда он на самом деле все еще держал предмет, тем самым противореча тактильной обратной связи. Три гипотезы были протестированы: при перемещении объекта из одного места в другое, используя виртуальную визуальную обратную связь, (i) путь и продолжительность движения объекта передачи будет увеличиваться, когда интронемент зрительных-тактильные стимулы представлены, (II) это изменение будет увеличиваться, когда представлены несовместимые визуальные-тактильные стимулы, и VTF активируется на движущейся руке, и (III) будет найдена положительная корреляция между предполагаемыми уровнем сложности выполнения задачи с активированным VTF и путем и продолжительностью перемещения объекта. Первая гипотеза исходит из вышеупомянутых литературы, которые сообщают, что различные методы несоответствия обратной связи влияют на наши ответы. Вторая гипотеза относится к предыдущим выводам, что VTF захватывает внимание человека. Для третьей гипотезы, мы предположили, что субъекты, которые были более обеспокоены VTF, будет доверять виртуальной визуальной обратной связи больше, чем их тактильный смысл.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Following протокол следует за руководящими принципами людского комитета этики исследования университета. См. таблицу материалов для справки к коммерчески продуктам.

Примечание: после получения одобрения университетского Комитета по этике, были набраны 20 здоровых людей (7 мужчин и 13 женщин, среднее и стандартное отклонение [SD] возраста 30,2 ± 16,3 лет). Каждый субъект читать и подписал информированное согласие форме предварительного. Критерии включения были правша лиц в возрасте 18 лет и старше. Критериями исключения были любые неврологические или ортопедические нарушения, затрагивающие верхние конечности или неисправленные нарушения зрения. Испытуемые были наивны к вхождения несовместимые визуально-тактильной обратной связи.

1. Досудебная подготовка

  1. Используйте деревянную коробку из коробки и блоки тест10. Размеры коробки 53,7 см х 26,9 см х 8,5 см, а в середине его, является 15,2 см высотой раздела. Поместите слой мягкой губки с обеих сторон перегородки. Поместите шесть пассивных отражательных маркеров на противоположный угол экрана, на четыре угла и на обоих концах раздела (рис. 1a).
  2. Используйте 3D-принтер для изготовления Куба с размерами 2,5 см х 2,5 см х 2,5 см, прикрепленной к основанию с размерами 4,5 см x 4,5 см х 1 см. Перед печатью, вырезать каждый уголок базы, чтобы создать квадрат размером 1 см х 1 см в каждом углу (рис. 1a). Прикрепите пассивные отражательные маркеры на четырех углах базы.
  3. Поместите большой экран приблизительно 1,5 m перед столом, так, чтобы предмет, стоящий за столом, был приблизительно 2 м от экрана. Поместите коробку на стол, 10 см от края напротив экрана.
  4. Использование 6-камеры захвата движения системы, активированный на 100 Гц, с плагин для визуализации раздела и движение блока в режиме реального времени (рис. 1). Калибровка системы захвата движения, в соответствии с руководящими принципами производителя, так что блок и раздела коробки признаются жесткие органов.
    Примечание: правильная калибровка системы захвата движения и использование небольших маркеров, которые прочно прикреплены к блоку и разделу, требуются для поддержания иллюзии.

2. размещение системы vibroтактильной обратной связи на эту тему

Примечание: система vtf, описанная здесь, была ранее опубликована11,12,13,14.

  1. Проинструктировать предмет, чтобы удалить наручные часы, браслеты и кольца. Прикрепите контроллер системы VTF к предплечье субъекта (Рисунок 2, левое изображение).
  2. Прикрепите два тонких и гибких датчиков силы к Пальмару аспекта большого пальца и указательным пальцами на тонкий губчатый слой (Рисунок 2, правое изображение).
  3. Поместите манжеты на кожу верхней части руки субъекта (Рисунок 2, левое изображение) и использовать застежку, чтобы закрыть манжеты удобно. Манжеты будет содержать три vibroтактильных приводов, активированных с помощью открытого исходного кода платформы электронного прототипирования на частоте 233 Гц в линейном отношении к силе воспринимается датчиков силы. Датчики силы и vibroтактильные приводы подключены к платформе электронного прототипирования с открытым исходным кодом через экранированные электрические провода.

3. Активация VTF

  1. Нажмите кнопку, чтобы активировать аккумулятор, прикрепленный к контроллеру (Рисунок 2, левое изображение).
  2. Попросите предмета нажать на измерительный палец силы датчика (то есть, большой и указательный пальцы) вместе слегка. Обратите внимание, что тема сообщит чувство вибрации в области под манжеты.
  3. Проинструктировать предмет, чтобы тренироваться в течение 10 минут в схватывания блока как можно более легким, используя только два инструментальных пальца. Попросите объект снять блок, переместить его и поместить его обратно на стол несколько раз, пытаясь применить минимальное количество силы на блоке. Поощряйте объект к попытке уменьшить прикладное усилие, даже если блок отброшен во время схвата.

4. Позиционирование и подготовка предмета

  1. Проинструктировать субъект стоять близко к столу (до 10 см от него), где находится коробка и раздел.
  2. Поместите разделитель на краю стола рядом с предметом и над коробкой, так, чтобы субъект не мог видеть коробку, но мог легко видеть экран перед ним (рис. 1a). Для разделителя, используйте твердый non-светоотражающий материал, предпочтительно древесина, зафиксированное на 4 ногах, которые позволяют регулировку их высоты, приспособить предметы различной высоты.
  3. Проинструктировать предмет, чтобы поместить наушники на его или ее голову.
  4. Поместите блок в середину правого отсека коробки и направлять руку субъекта к нему.

5. начало судебного разбирательства

Примечание: описанное испытание повторяется дважды, с и без VTF (перекрестное проектирование рекомендуется для подтверждения отсутствия учебного эффекта). Чтобы выполнить пробную версию без VTF, выключите аккумулятор, прикрепленный к контроллеру (рис. 2).

  1. Активируйте программное обеспечение, контролирующее камеры системы захвата движения.
  2. В панели управления программного обеспечения визуальной обратной связи (рис. 1b), выберите с/без vtf, введите код предмета, нажмите Run, Подключите, откройте и Начните.
  3. Проинструктировать объект для выполнения 16 повторений передачи блока с помощью инструментальной руки датчика силы во время просмотра движения виртуального блока на экране (рис. 1b). После каждого переноса переместите блок обратно через перегородку в исходное местоположение.
  4. После того как предмет завершило 16 повторений, щелкните стоп.
  5. Попросите субъект оценить уровень сложности выполнения задачи переноса блока 16 раз дважды, с и без VTF, согласно следующей шкале: ' 0 ' (не трудно вообще), ' 1 ' (немного трудный), ' 2 ' (умеренно трудный), ' 3 ' (очень трудно), и ' 4 ' (чрезвычайно трудно).

6. анализ почты

  1. Использование 3D координатной информации блока вычисляют путь блока и его время передачи. Отметьте время начала и смещения каждой передачи вручную, когда блок находится на высоте обода правой (начало), а затем влево (смещение) сторон коробки. Расчет длины пути каждой передачи в соответствии с следующим уравнением:
    1figure-protocol-1
    где figure-protocol-2 и figure-protocol-3 являются 3D координаты блока в двух последующих точках времени.
  2. Для обоих условий, с и без VTF, средняя длина пути и время передачи один раз для двух переводов с несовместимые визуально-тактильные сигналы и один раз для 14 переводы с конгруэнтных визуально-тактильных сигналов.
  3. Нормализованных путь и время во время блока передачи в присутствии несовместимые визуальные-тактильные сигналы по пути и времени во время блока передачи с наличием конгруэнтных визуально-тактильных сигналов. Выполните нормализацию отдельно для двух условий (с и без VTF).
  4. Выполните в пределах субъекта повторил-меры Анова с двумя факторами: VTF (с и без) и несовместимые визуально-тактильной обратной связи (с и без).
  5. Если нет статистических различий при анализе результатов в соответствии с инструкциями в подразделе 6,4, использовать Байесовские повторные меры ANOVAs с двумя факторами15.
  6. Используйте корреляционный тест Спирмана с предполагаемым уровнем сложности выполнения задачи с активированным VTF и нормализованном пути и продолжительности движения
  7. Установите статистическую значимость для p <. 05.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы использовали Описанный метод, чтобы проверить три гипотезы, что при перемещении объекта из одного места в другое с помощью виртуальной визуальной обратной связи: (i) путь и продолжительность движения объекта передачи будет увеличиваться, когда несоответствие визуально-тактильных раздражителей представлены (II) это изменение будет увеличиваться, если представлено несоответствие визуально-тактильных стимулов, и VTF активируется на движущейся руке; и III) будет найдена положительная корреляция между предполагаемым уровне...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом исследовании, протокол, который количественно эффект добавления VTF на объекте передачи киноматики в присутствии несовместимые визуально-тактильные раздражители был представлен. Насколько нам известно, это единственный протокол, доступный для проверки влияния VTF на реакцию на несовместимые визуально-тактильные раздражители. Несколько критических шагов, участвующих в применении несовместимые визуальные-тактильные стимулы во время передачи объекта с VTF включают в себя следующие: подключение системы VTF к предмету,...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование не финансировалось.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
3D-принтерMakerbothttps://www.makerbot.com/
Box and Blocks testSammons Prestonhttps://www.performancehealth.com/box-and-blocks-test
датчики Flexiforce (1lb)Tekscan Inc.https://www.tekscan.com/force-sensors
JASPКомандаhttps://jasp-stats.org/
LabviewNational Instrumentshttp://www.ni.com/en-us/shop/labview/labview-details.html
Micro ArduinoArduino LLChttps://store.arduino.cc/arduino-micro
система захвата движенияQualisyshttps://www.qualisys.com
Безвальный вибромоторPololuhttps://www.pololu.com/product/1638
SPSSIBMhttps://www.ibm.com/analytics/spss-statistics-software
JASP

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Aggelopoulos, N. C. Perceptual inference. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 55, 375-392 (2015).
  2. van der Groen, O., van der Burg, E., Lunghi, C., Alais, D. Touch influences visual perception with a tight orientation-tuning. PloS One. 8 (11), e79558(2013).
  3. Pei, Y. C., et al. Cross-modal sensory integration of visual-tactile motion information: instrument design and human psychophysics. Sensors. 13 (6), Basel, Switzerland. 7212-7223 (2013).
  4. Kording, K. P., Wolpert, D. M. Bayesian integration in sensorimotor learning. Nature. 427 (6971), 244-247 (2004).
  5. Tajadura-Jimenez, A., Banakou, D., Bianchi-Berthouze, N., Slater, M. Embodiment in a Child-Like Talking Virtual Body Influences Object Size Perception, Self-Identification, and Subsequent Real Speaking. Scientific Reports. 7 (1), (2017).
  6. Campos, J. L., Butler, J. S., Bulthoff, H. H. Multisensory integration in the estimation of walked distances. Experimental Brain Research. 218 (4), 551-565 (2012).
  7. Sun, H. J., Campos, J. L., Chan, G. S. Multisensory integration in the estimation of relative path length. Experimental Brain Research. 154 (2), 246-254 (2004).
  8. Parmentier, F. B., Ljungberg, J. K., Elsley, J. V., Lindkvist, M. A behavioral study of distraction by vibrotactile novelty. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 37 (4), 1134-1139 (2011).
  9. Sigrist, R., Rauter, G., Riener, R., Wolf, P. Augmented visual, auditory, haptic, and multimodal feedback in motor learning: a review. Psychonomic Bulletin & Review. 20 (1), 21-53 (2013).
  10. Hebert, J. S., Lewicke, J., Williams, T. R., Vette, A. H. Normative data for modified Box and Blocks test measuring upper-limb function via motion capture. Journal of Rehabilitation Research and Development. 51 (6), 918-932 (2014).
  11. Raveh, E., Portnoy, S., Friedman, J. Adding vibrotactile feedback to a myoelectric-controlled hand improves performance when online visual feedback is disturbed. Human Movement Science. 58, 32-40 (2018).
  12. Raveh, E., Friedman, J., Portnoy, S. Evaluation of the effects of adding vibrotactile feedback to myoelectric prosthesis users on performance and visual attention in a dual-task paradigm. Clinical Rehabilitation. 32 (10), 1308-1316 (2018).
  13. Raveh, E., Portnoy, S., Friedman, J. Myoelectric Prosthesis Users Improve Performance Time and Accuracy Using Vibrotactile Feedback When Visual Feedback Is Disturbed. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. , (2018).
  14. Raveh, E., Friedman, J., Portnoy, S. Visuomotor behaviors and performance in a dual-task paradigm with and without vibrotactile feedback when using a myoelectric controlled hand. Assistive Technology: The Official Journal of RESNA. , 1-7 (2017).
  15. Dienes, Z. Using Bayes to get the most out of non-significant results. Frontiers in Psychology. 5, 781(2014).
  16. Shams, L. Early Integration and Bayesian Causal Inference in Multisensory Perception. The Neural Bases of Multisensory Processes. Murray, M. M., Wallace, M. T. , Taylor & Francis Group, LLC. Boca Raton (FL). (2012).
  17. D'Amour, S., Pritchett, L. M., Harris, L. R. Bodily illusions disrupt tactile sensations. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 41 (1), 42-49 (2015).
  18. Tidoni, E., Fusco, G., Leonardis, D., Frisoli, A., Bergamasco, M., Aglioti, S. M. Illusory movements induced by tendon vibration in right- and left-handed people. Experimental Brain Research. 233 (2), 375-383 (2015).
  19. Fuentes, C. T., Gomi, H., Haggard, P. Temporal features of human tendon vibration illusions. The European Journal of Neuroscience. 36 (12), 3709-3717 (2012).
  20. de Vignemont, F., Ehrsson, H. H., Haggard, P. Bodily illusions modulate tactile perception. Current Biology. 15 (14), 1286-1290 (2005).
  21. Marotta, A., Tinazzi, M., Cavedini, C., Zampini, M., Fiorio, M. Individual Differences in the Rubber Hand Illusion Are Related to Sensory Suggestibility. PloS One. 11 (12), e0168489(2016).
  22. Stevenson, R. A., Zemtsov, R. K., Wallace, M. T. Individual differences in the multisensory temporal binding window predict susceptibility to audiovisual illusions. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 38 (6), 1517-1529 (2012).
  23. Maravita, A., Spence, C., Driver, J. Multisensory integration and the body schema: close to hand and within reach. Current Biology. 13 (13), R531-R539 (2003).
  24. Carey, D. P. Multisensory integration: attending to seen and felt hands. Current Biology. 10 (23), R863-R865 (2000).
  25. Tsakiris, M., Haggard, P. The rubber hand illusion revisited: visuotactile integration and self-attribution. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 31 (1), 80-91 (2005).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи