Metoder för att Utforska Inverkan av Top-down Visual processer på Motor Beteende

Summary

Det är oklart hur top-down-signaler från den ventrala visuella strömmen påverkar rörelse. Vi utvecklade ett paradigm för att testa motorbeteende mot ett mål på en 3D-djup inversion illusion. Signifikanta skillnader redovisas i både medvetna och målinriktade rörelser och automatiska åtgärder inom illusoriska och veridical visningsförhållanden.

Abstract

Rörelser medvetenhet är viktigt för att framgångsrikt navigera miljön. När vi interagerar med våra dagliga omgivning, är några aspekter av rörelse avsiktligt planerat, medan andra uppstår spontant under medvetandet. Den avsiktliga komponenten i denna dikotomi har studerats i stor omfattning i flera sammanhang, medan den spontana komponenten är i stort sett underprospekterat. Dessutom, hur perceptuella processer modulerar dessa rörelse klasser är fortfarande oklart. I synnerhet är en för närvarande debatteras frågan om visuomotor systemet styrs av den rumsliga percept produceras av en visuell illusion eller om det påverkas inte av illusionen och styrs istället av den veridical percept. Bistabila percepts som 3D-djup inversion illusioner (DIIS) ger en utmärkt bakgrund för att studera dessa interaktioner och balans, i synnerhet vid användning i kombination med räckvidd-till-grepp rörelser. I denna studie, är en metod som utvecklats som använder en DII till clarcera den roll som toppstyrda processer på motor åtgärder, särskilt undersöka hur når mot ett mål på en DII påverkas både avsiktliga och spontana rörelse domäner.

Introduction

Vision-för-Perception vs Vision-för-åtgärd

För att framgångsrikt navigera miljön, är informationen från det visuella systemet utnyttjas för att hjälpa till att samordna mänsklig rörelse. Hur visuell information väljs och prioriteras för att påverka motoriska handlingar är fortfarande oklart. Två stora anatomiska projektioner uppstår från primära syncentrum för att bilda den ventrala ("vad", eller "vision för perception") vägen, som sträcker sig till den tidsmässiga området, och rygg ("där", eller "vision för handling") väg , till hjässloben ^1-2. Den ventrala strömmen är inblandad i att använda visuell information för perceptuella processer såsom objektigenkänning och identifiering, medan ryggströmmen är tänkt att enbart behandla signaler för åtgärder vägledning och rumsuppfattning. Den frågan är huruvida top-down processer från den ventrala strömmen forma hur rörelserna utförs.

Den famous fallstudie av patient DF, utvärderas av Goodale och Milner 1992, visade tydligt och stöd för den visuella två-strömmar hypotes, som hävdar att ventrala och dorsala stream processer är separerbara för perception och handling ^3. I teorin kan bottom-up-signaler rörelse parallax och kikare skillnad åsidosätta top-down perceptuella information såsom tidigare kunskap och förtrogenhet för att exakt styra våra handlingar, vilket tyder på att motorplanering är ogenomtränglig för ventrala ström kontroll. DF, som led av visuell form agnosi orsakad av bilaterala ventrala occipital lesioner, behöll exakt greppförmåga mot föremål som hon hade svårt att känna igen, att stödja förutsättningen för den visuella två-strömmar hypotes ^3-4. På grund av fallstudier som DF, antogs det att den funktionella ventral-dorsala strömmen dikotomin fanns även hos friska, nonpathological individer. Men om dessa rön ger belägg för en absoluta arbetsfördelning för perception och handling i neurotypiska populationer har varit omdiskuterad under de senaste tjugo åren ^5-10.

Användning av Illusions att segregera Perception och åtgärd

För att testa den visuella två-strömmar hypotes i neurotypiska individer, forskare använder visuella illusioner att undersöka hur skeva perceptuella bedömningar av miljön påverkar våra motoriska handlingar. Den Ebbinghaus / Titchener Illusion, använder till exempel en disk mål omgiven av mindre skivor som verkar vara större än en annan skiva i samma storlek som omges av större cirklar; detta beror på en storlek-kontrasteffekt ^11. När deltagarna når att ta tag i disken målet, om de två-strömmar hypotesen håller riktigt, då greppet öppning handen ta tag i disken mål skulle vara opåverkad av illusionen, vilket gör att deltagaren att agera på den verkliga geometrin av disken målet snarare än att förlita sig på oriktiga perceptuella storlek estimates. Aglioti et al. i själva verket rapportera detta beteende, resonemang att separata visuella processer styr skickliga åtgärder och medvetna uppfattning ^11. Omvänt har andra grupper ifråga dessa resultat, att hitta någon dissociation mellan perception och åtgärdsprocesser när noggrant styra matchningen av perceptuella och gripuppgifter, föreslår en integration av visuell ström information snarare än en separation ^12. Trots flera uppföljande studier för att validera eller vederlägga den visuella två-strömmar hypotes med hjälp av Ebbinghaus illusion, det finns konkurrerande bevis för att stödja båda sidor av argumentet ^13.

För att ytterligare undersöka påverkan av visuell perception på åtgärdsprocesser, har 3D-djup inversion illusioner (DII) också utnyttjats. DIIS producerar illusorisk rörelse och upplevd djup återföring av scener där fysiskt konkava vinklar uppfattas som konvexa och vice versa ^14. The HollowFace Illusion är ett exempel på en DII som genererar uppfattningen om en normal, konvexa sidan även om stimulansen är fysiskt konkav, blandar roll top-down påverkan liksom förkunskaper och konvexitet partiskhet att framkalla den illusoriska percept ^15-16. Trots insatser för att karakterisera motoriken nå mot mål på Hollow Face Illusion bevis förblir tvetydig: en studie redovisar en effekt på motorutgång ¹⁷ medan en annan inte gör det ^18. Dessa studier förlitar sig på att jämföra perceptuella djup uppskattning till studiens slut avståndsberäkningar i handen i förhållande till mål som ligger på den ihåliga Face Illusion. Motstridiga resultat på åtgärder som utförs på denna typ av stimuli kan vara en följd av variationer i metoderna som används av forskare. Därför att det sätt på vilket ventrala och dorsala strömmen informationen utnyttjas är fortfarande upp till debatt, denna kontrovers gnistor behovet av en mer robust stimulans med ytterligare avancerade mått på motor behavior.

Det är just därför en teknik som har utvecklats med hjälp av reverse-perspektiv stimuli, som vanligtvis kallas "reverspectives", som utgör en annan klass av DIIS ^14. Linjära perspektiv ledtrådar som är målade på styckvis 3D plana ytor producerar konkurrens mellan den fysiska geometrin av den stimulans och den faktiska målade scenen. Datadrivna sensoriska signaler, såsom kikare olikhet och rörelse parallax gynnar veridical percept av den fysiska geometrin, medan erfarenhetsbaserad kunskap om perspektiv gynnar djup-inversion percept (Figur 1). Fördelen med den reverspective är att det möjliggör placering av ett mål på en stimulans yta vars upplevda rumslig orientering under illusionen avviker med nästan 90 grader från dess fysiska orientering (figur 1e och 1f). Denna enorma skillnad underlättar testa om nå-för-griprörelser är eller inte är infl kraftigtuenced av illusionen. Detta begrepp är nyckeln till att undersöka huruvida motor åtgärder som utförs på reverspective påverkas av top-down influenser från den ventrala strömmen.

Rörelse Klasser i Perception transaktion-modeller

Om olika motoriska strategier är anställda i illusoriska och veridical percepts när gripa tag mot ett mål på en reverspective stimulans, då det lätt kan spåras genom att studera krökning av handen strategi. Dessutom kan en analys av hela utspelas rörelsen från initiering av målinriktad rörelse till den spontana, automatisk indragning av handen tillbaka till sitt vilotillstånd faktiskt bypass alla brister som konstaterats i tidigare testmetoder för perceptuell påverkan på motoreffekten. Nya studier belyser betydelsen av att studera balansen mellan dessa två rörelseklasser samt användningen av de spontana segment av nervsystemet för prediktiv och förutseende control ^19-21,23-24. Den nyligen statistiskt definierad klass av spontana automatiska rörelser ger nya mått och funktioner som visar sig vara lika viktigt som de målinriktade de har varit hittills för att spåra sensorisk-motoriska förändringar och att kvantifiera subtila aspekter av naturliga beteenden.

Till vår kunskap, befintlig forskning på det visuella två-strömmar hypotesen fokuserar bara på målinriktade handlingar, och därigenom ignorera eventuella effekter på automatiska övergångs rörelser som är viktiga komponenter för att slutföra visuomotor action slingan. Tyngdpunkten måste därför läggas på betydelsen av automatiska rörelser för att till fullo fånga både sätt motorik i nuvarande paradigm för att klargöra frågor om visuell perception-verksamhetsmodeller. Här metoder utvecklas för att undersöka rollen av top-down-signalering i det visuella ventral stream på modulerande motor beteende avsiktlig, målinriktad handling domän i samband med spontan, transitional rörelser med hjälp av en robust DII omvänd perspektiv stimulans.

Bakgrund

Det är en hypotes att om top-down visuella processer påverkar den sensoriska-motoriska systemet, full rörlighet banor mot det inbäddade målet i 3D-omvänd-perspektiv scenen under illusorisk percept kommer att skilja sig från målet tillvägagångssätt framkallad av veridical percept (fig. 1e och 1f). Eftersom den illusoriska percept av reverspective stimulans är mycket lik den som erhålles genom en riktig ("tvingade") perspektiv stimulans, når utförs mot en inbäddad mål på en reverspective bör därför vara lika i egenskaper som når genomförts under inflytande av den illusion på reverspective stimulus (figur 1c och 1f).

Om top-down visuella påverkan inte påverkar rörelsebana, så det är en hypotes som når gjort undER de illusoriska percept skulle uppvisa samma egenskaper som når gjorts enligt veridical percept på reverspective stimulus (Figur 1e). Med andra ord skulle båda illusoriska och veridical Percept räckvidd vara liknande till sin natur, så att båda framåt bana banor skulle verka på den sanna geometrin hos stimulus. Hur som observerats i den främre når översätta i automatisk indragning av handen är okänd. Genom att använda en fullständig motoranalys, strävar vi efter att öka vår förståelse för handling och uppfattning loopar att förtydliga de befintliga frågorna.

Protocol

1. Bygga Stimulus Apparatus Konstruera en rörlig plattform på en glidbana. Varje stimulus kommer att placeras på den rörliga plattformen beroende på vilken typ av rättegången krävde. Säkra spår på ett bord vid en lämplig höjd som medger den stimulans plattformen vara i ögonhöjd med den deltagare som skall sitter framför bordet. Bifoga en infällbar fjädermekanism till stimulans-plattformen. Anslut insignalen till fjädermekanism till ett kretskort. Placera en upp…

Representative Results

1. Hand Path Trajectories Resultat visas för representant Ärende VT. Den Wilks Lambda Test Statistik gör det möjligt att minska våra tredimensionella rymddata till ett skalärt värde med hjälp av bestämningsfaktorer. Den Wilk s lambda statistik använder sannolikheten förhållandet testet , Där "i" summan av kvadraterna och produkter bildar matris E, och den "totala" …

Discussion

Våra metoder ger en plattform för att testa giltigheten för perception-verksamhetsmodeller genom att analysera hela utvikning av rörelse i förhållande till den experimentella uppgiften. Paradigm kan modifieras för att testa andra typer av visuella stimuli för att bredda detta forskningsområde. Exempelvis kan andra 3D DIIS testas på apparaten för att se hur samspelet mellan top-down och bottom-up processer översätta på olika stimuli. Metoderna kan också skräddarsys för att testa kliniska populationer som…

Materials

Laboratory bench
Slidable Track with Retractable Spring			built in-house
Retractable Spring
Adjustable Lamps
Switch Box
Circuit Board
Arduino	Smart Projects, Italy
MATLAB	The MathWorks Inc., Natick, MA, USA
Randot-dot Stereo Test
Reverse-Perspective Stimulus			built in-house
Proper-Perspective Stimulus			built in-house
Training Stimuli			built in-house
Polhemus Motion Capture System	Liberty, Colchester, VT, USA
The Motion Monitor Motion-Tracking Software	Innovative Sports Training, Inc., Chicago, IL
Sport Sweatbands
De-Focusing Lens