MPI CyberMotion Simulator: Осуществление Роман симулятор движения по расследованию мультисенсорная путь интегрирования в трех измерениях

Общая цель следующего эксперимента состоит в том, чтобы измерить навигацию по пути в трех измерениях при одновременном контроле визуальной и вестибулярной сенсорной информации для участника. Это достигается с помощью модифицированного роботизированного кресла с шестью степенями свободы, которое стимулирует вестибулярную систему, сидящую в кресле. Участник смотрит на виртуальное звездное поле Перемещая роботизированное кресло и одновременно изменяя звездное поле, система предоставляет визуальные и вестибулярные сигналы участнику.

Участники обеспечивают обратную связь по навигации по траектории с точностью и скоростью, с которой они могут указать на запомненную исходную позицию. Результаты показывают, что неточная оценка собственного движения зависит от плоскости движения и угла, под которым они перемещаются. Основное преимущество этого метода перед существующими методами, такими как платформы движения, заключается в том, что симулятор MPI Cyber Motion имеет большое рабочее пространство, способное перемещать наблюдателей в разных измерениях, в частности вниз.

Этот метод может ответить на ключевые вопросы в области нейробиологии, например, представляет ли мозг в равной степени движение себя в разных измерениях. Идея этих экспериментов пришла к нам из исследования нашего коллеги Мануэля Видаля. Он перемещал людей с помощью виртуальных булав только с визуальным представлением.

Здесь он обнаружил, что навигация в медицине нарушается, когда MACES включают вертикальную составляющую. Применение этого метода распространяется и на диагностику пространственной дезориентации, поскольку оно обеспечивает ориентир для навигации по пути в нормальном мозге. Стимулятор движения NPI Cyber состоит из шестичленного серийного робота в конфигурации 3, 2, 1.

Он основан на промышленном роботе с полезной нагрузкой 500 килограммов, чтобы сделать робота безопасным для экспериментов. Модификации вносятся как в аппаратный, так и в программный комплекс: возможны профили движения, сочетающие боковые перемещения с вращениями. С помощью киберсимулятора движения MPI.

Ось первая, четвертая и шестая могут непрерывно вращать четыре пары оборудования, а упоры ограничивают оси два, три и пять в обоих направлениях. Максимальный диапазон линейных движений сильно зависит от положения, с которого начинается движение. Прежде чем проводить какие-либо эксперименты, каждая экспериментальная траектория движения должна пройти тестовую фазу.

Траектории программируются с помощью офисного ПК, разработанного компанией KUKA, для настройки киберсимулятора движения MPI. В этой конфигурации с разомкнутым контуром траектории указываются в декартовых координатах и преобразуются в совместные пространственные углы с помощью обратной кинематики каждые 12 миллисекунд. Текущие положения углов суставов передаются из системы управления в киберсимулятор движения MPI через соединение Ethernet, где они постепенно считываются и записываются на диск робота.

Автокресло гоночного автомобиля, оснащенное пятиточечной системой ремней безопасности, крепится к шасси, которое включает в себя подставку для ног. Шасси крепится к фланцу манипулятора робота. Участники должны носить наушники с шумоподавлением, оснащенные микрофоном для двусторонней связи с экспериментатором.

Они также должны быть наивны по отношению к экспериментальной установке. Через наушники воспроизводится непрерывный шум, который маскирует шум робота. Эксперименты также возможны при размещении участников в закрытой кабине, поскольку эксперимент проводится в темноте.

Инфракрасные камеры позволяют вести визуальный мониторинг из диспетчерской. Возможны несколько конфигураций визуализации, включая ЖК-экран, стерео фронтальную проекцию, моно фронтальную проекцию или головной дисплей. В этом эксперименте визуальные подсказки к самостоятельному движению подаются с помощью ЖК-дисплея, расположенного на расстоянии 50 сантиметров перед наблюдателями, чтобы доставлять визуальные подсказки.

Программное обеспечение представляет участнику виртуальное пространство OID, заполненное 200 000 точками. На экране отображаются точки, соответствующие углам обзора от 13 до 0,3 градуса.

Эти точки находятся на расстоянии 0,085 и четырех. Виртуальные единицы от участника. Виртуальное движение поля синхронизируется с физическим движением с помощью траекторий движения от управляющего компьютера MPI для создания параллакса между оптическим потоком и движением.

Точки, расположенные глубже в поле зрения, рисуются меньше, независимо от движений участника.каждая из них отображается в течение двух секунд асинхронно, прежде чем она случайным образом переназначается. Таким образом, в общей сложности каждую секунду перемещается сто тысяч точек.

Специально изготовленный джойстик, оснащенный кнопками реагирования, позволяет участникам передавать данные по Ethernet-соединению в систему управления. Сенсорной информацией можно манипулировать, предоставляя только визуальные подсказки от звездного поля с ограниченным временем жизни. Просто вестибулярные кинестетические сигналы от пассивного движения «я» с закрытыми глазами участника или оба сигнала с открытыми глазами участника.

В этом эксперименте траектории движения состояли из двух отрезков. Первый – 0,4 метра, а второй – один метр. Угол любых двух сегментов движения передается в виде 45 градусов или 90 градусов.

Например, движение в горизонтальной плоскости состоит из движения вперед вправо на 90 градусов вперед, движения вправо на 45 градусов вправо, движения вперед на 90 градусов или движения вправо вперед на 45 градусов. Эти виды движений также выполняются в сагиттальной и лобной плоскостях. Траектории поставляются в виде переводов без вращения.

За каждой траекторией следует последовательность изменения положения, за которой следует 15-секундная пауза, чтобы уменьшить любые возможные помехи от движения перед каждым испытанием, и чтобы убедиться, что вестибулярный аппарат проверяется из устойчивого состояния для обеспечения обратной связи об их воспринимаемом движении, участники перемещают стрелку с помощью джойстика, чтобы указать свое движение относительно их исходного положения. Начало координат представлено в виде аватара с трех точек зрения, и стрелка всегда расположена случайным образом перед корректировкой перед испытаниями. Очень важно научить участника правильно использовать систему обратной связи.

Они должны иметь возможность направлять стрелку на объекты в своем окружении, такие как джойстик, лежащий у них на коленях во время испытания. Движение джойстика ограничено плоскостью траектории, и участники могут использовать любую или все точки обзора при сборе данных. Каждое экспериментальное условие повторяется три раза и представляется в случайном порядке.

Были проанализированы данные 16 участников. Один. Экстремальные выбросы оценок были испускаемыми, модальность и угол не оказали существенного влияния на оценку движения. Однако участники недооценили величину угла движения в горизонтальной плоскости почти на девять градусов и завышенную величину угла во фронтальной плоскости примерно на пять градусов. Здесь.

Было обнаружено, что угловой фактор значительно взаимодействует с фактором фронтальной плоскости, так что завышенные оценки были больше для движений на 45 градусов, чем для движений на 90 градусов. Кроме того, было обнаружено, что модальность в значительной степени взаимодействует с углом таким образом, что недооценки только вестибулярной информации для движений под углом 90 градусов были значительно больше по сравнению с визуальными и комбинированными условиями. Такие расхождения отсутствовали при перемещениях на 45 градусов.

Было обнаружено, что время реакции было значительно медленнее, когда обратная связь предоставлялась только по вестибулярным кинестетическим сигналам по сравнению со зрительными и комбинированными условиями. Участники также были значительно медленнее при движении в горизонтальной плоскости по сравнению с другими плоскостями. Эти результаты действительно удивительны, поскольку они предполагают, что представление пространства мозгом не симметрично по измерениям.

Мы уже давно знаем, что здесь люди склонны недооценивать свои движения в горизонтальной плоскости, мы показываем, что в вертикальном измерении это не так. В будущем мы сможем использовать эти методы для построения контуров во всех трех измерениях, включая те, которые являются изогнутыми. Это позволит нам ответить на дополнительные вопросы, например, как мозг способен интегрировать движение между плоскостями, а также как он ориентируется в поворотах.