Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

Metoder til at udforske Indflydelse af Top-down Visual processer på motorisk adfærd

doi: 10.3791/51422 Published: April 16, 2014

Summary

Det er uklart, hvordan top-down signaler fra den ventrale visuelle strøm påvirke bevægelse. Vi har udviklet et paradigme til at teste motoren adfærd hen mod et mål på en 3D-dybde inversion illusion. Er rapporteret betydelige forskelle i både tilsigtede og målrettede bevægelser og automatiske handlinger under illusoriske og veridical visningsforhold.

Abstract

Kinæstetisk bevidsthed er vigtig for en vellykket navigere miljøet. Når vi interagerer med vores daglige omgivelser, er nogle aspekter af bevægelse bevidst planlagt, mens andre spontant forekomme under bevidsthed. Den bevidste del af denne dikotomi har i vidt omfang blevet undersøgt i flere sammenhænge, ​​mens den spontane komponent stadig i vid udstrækning under-udforsket. Desuden, hvordan perceptuelle processer modulere disse bevægelse klasser er stadig uklart. Især et aktuelt debatteret spørgsmål er, om visuomotor systemet er styret af den rumlige percept produceret af en visuel illusion, eller om det er ikke påvirket af illusionen og er underlagt i stedet ved den veridical percept. Bistabile perceptioner såsom 3D dybde inversion illusioner (DIIS) giver en glimrende sammenhæng til at studere disse interaktioner og balance, især når de anvendes i kombination med rækkevidde-til-greb bevægelser. I denne undersøgelse er en metode udviklet, der bruger en DII til clarify rolle top-down-processer på motor handling, især undersøge, hvordan når hen imod et mål på en DII påvirkes i både forsætlige og spontan bevægelse domæner.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Vision-for-Perception vs Vision-for-aktion

For at kunne navigere i miljøet, er oplysninger fra det visuelle system udnyttes til at hjælpe med at koordinere menneskelig bevægelse. Hvor visuel information vælges og prioriteres for at påvirke motoriske handlinger er fortsat uklar. To store anatomiske fremskrivninger opstår fra den primære visuelle cortex at danne den ventrale ("hvad", eller "vision for opfattelsen") vej, der strækker sig til den tidsmæssige området, og dorsale (", hvor" eller "vision for tiltag") vej til isselappen 1-2. Den ventrale strøm er impliceret i at udnytte visuel information til perceptuelle processer såsom objekt genkendelse og identifikation, mens dorsale strøm menes at udelukkende behandle signaler for handling vejledning og rumlig bevidsthed. Det stillede spørgsmål er, om ikke top-down processer fra den ventrale strøm forme den måde, hvorpå bevægelser udføres.

Den famous casestudie af Patient DF, evalueret af Goodale og Milner i 1992, forudsat stærke beviser og støtte til den visuelle to-streams hypotese, som hævder, at ventrale og dorsale stream processer er adskilles for perception og aktion 3. I teorien kan bottom-up signaler om bevægelse parallakse og kikkert ulighed tilsidesætte top-down perceptuelle oplysninger såsom forudgående viden og kendskab for nøjagtigt at vejlede vores handlinger, hvilket tyder på, at motor planlægning er uigennemtrængelig for ventral strøm kontrol. DF, der led af visuel form Agnosi forårsaget af bilaterale ventrale occipital læsioner bevaret præcis gribe evne mod objekter, som hun havde svært ved at genkende, støtte den forudsætning af det visuelle to-streams hypotese 3-4. På grund af casestudier som DF, blev det antaget, at den funktionelle ventrale-dorsale strøm dikotomi også eksisterede i raske nonpathological individer. Men uanset om disse resultater giver evidens for en absolut arbejdsdeling for perception og handling i neurotypical befolkninger har været genstand for heftig debat i løbet af de sidste tyve år 5-10.

Brug af Illusions at adskille Perception and Action

For at teste den visuelle to-streams hypotese i neurotypical fag, forskere ansætte visuelle illusioner at undersøge, hvordan skæve perceptuelle domme miljøet påvirker vores motoriske handlinger. Den Ebbinghaus / Titchener Illusion, for eksempel, bruger en disk mål omgivet af mindre diske der synes at være større end en anden disk af samme størrelse omgivet af større kredse; dette skyldes en størrelse kontrast effekt 11. Når deltagerne nå at forstå målet disk, hvis de to-streams hypotesen gælder, så greb blænde af hånden sensationsprægede på målet disken ville blive påvirket af den illusion, hvilket deltageren til at handle på den sande geometri af målet disk i stedet stole på urigtige perceptuelle størrelse estimates. Aglioti et al. i virkeligheden rapport denne adfærd, ræsonnement, at separate visuelle processer regulerer dygtige handlinger og bevidst opfattelse 11. Omvendt har andre grupper anfægtede disse resultater, at finde nogen adskillelse mellem perception og handling processer, når omhyggelig styring af matchning af perceptuelle og gribe opgaver, foreslår en integration af visuel stream information snarere end en adskillelse 12. På trods af flere opfølgende undersøgelser for at validere eller afkræfte den visuelle to-streams hypotese ved hjælp af Ebbinghaus Illusion, der er konkurrerende beviser til at understøtte begge sider af argumentet 13..

For yderligere at undersøge indflydelsen af ​​visuel perception på handlingsprocesser har 3D dybde inversion illusioner (DII) også blevet udnyttet. DIIS producere illusorisk bevægelse og opfattede dybde tilbageførsel af scener, hvor fysisk konkave vinkler opfattes som konvekse og omvendt 14. The HollowFace Illusion er et eksempel på en DII der genererer opfattelsen af en normal, konvekse flade selvom stimulus er fysisk konkav, implicerer rolle top-down påvirkninger såsom forudgående viden og konveksitet skævhed at fremkalde den illusoriske percept 15-16. Trods bestræbelserne på at karakterisere motorisk adfærd i at nå hen imod målene på Hollow Face Illusion, beviser forbliver tvetydig: en undersøgelse rapporterer en effekt på motor udgang 17, mens en anden ikke 18 år. Disse undersøgelser beror på sammenligning af perceptuelle dybde estimater til endpoint afstand beregninger i hånden i forhold til mål, placeret på Hollow Face Illusion. Modstridende resultater på handlinger, der udføres på denne type stimuli kan være et resultat af variationer i metoder, der anvendes af forskere. Fordi den måde, som ventral og dorsal stream information udnyttes er stadig op til debat, denne kontrovers gnister behovet for en mere robust stimulus med yderligere avancerede foranstaltninger af motor behavior..

Det er netop derfor, en teknik blev udviklet ved hjælp af reverse-perspektiv stimuli, der almindeligvis omtales som "reverspectives", som danner en anden klasse af DIIS 14.. Linearperspektivet tidskoder, der er malet på stykkevis 3D plane overflader producere konkurrence mellem den fysiske geometri af stimulus og den faktiske malet scene. Datadrevne sensoriske signaler, såsom kikkert ulighed og bevægelse parallax begunstiger veridical percept af den fysiske geometri, hvorimod erfaringsbaseret fortrolighed med perspektiv favoriserer dybde-inversion percept (Figur 1). Fordelen ved reverspective er, at det giver mulighed for anbringelse af et mål på en stimulus overflade, hvis opfattes rumlige orientering i den illusion afviger med næsten 90 grader fra dens fysiske orientering (figur 1e og 1f). Denne enorme forskel i høj grad letter teste, om rækkevidde-for-fatte bevægelser er eller ikke er influenced af illusionen. Dette begreb er nøglen til at udforske, hvorvidt motoriske handlinger, der udføres på reverspective påvirkes af top-down-påvirkninger fra den ventrale strøm.

Movement Klasser i Perception-Action Modeller

Hvis der er forskellige motoriske strategier er ansat på illusoriske og veridical perceptioner når snuppe hen mod et mål på en reverspective stimulus, så den let kan spores ved at studere krumning af hånd tilgang. Desuden kan en analyse af hele udfolder bevægelse fra indledningen af ​​målrettede bevægelse til spontan, automatisk sænkning af hånden tilbage til sin hviletilstand faktisk bypass eventuelle mangler fundet i tidligere prøvningsmetoder for perceptuelle indflydelse på motorens ydelse. Nylige undersøgelser fremhæve betydningen af ​​at studere balance mellem disse to bevægelse klasser samt anvendelsen af ​​de spontane segmenter ved nervesystem for intelligent og foregribende control 19-21,23-24. Den nyligt statistisk definerede klasse af spontane-automatiske bevægelser giver nye målinger og funktioner, der viser sig at være så afgørende som de målrettede dem har været hidtil for at spore sansemotoriske ændringer og kvantificere subtile aspekter af naturlige adfærd.

Til vores viden, eksisterende forskning på det visuelle to-streams hypotese kun fokuserer på målrettede handlinger, og derved ignorerer eventuelle effekter på automatiske overgangsordninger bevægelser, der er væsentlige komponenter til at fuldføre visuomotor handling løkke. Vægten skal derfor placeres på vigtigheden af ​​automatiske bevægelser for fuldt ud at fange både former for motorisk adfærd i den nuværende paradigme at afklare spørgsmål vedrørende visuel perception-action-modeller. Her metoder er udviklet til at undersøge den rolle, som top-down signalering i den visuelle ventrale stream på modulerende motor adfærd i bevidst, målrettet handling domæne i forbindelse med spontan, transitional bevægelser med en robust DII omvendt perspektiv stimulus.

Grundlag

Det antages, at hvis top-down visuelle processer påvirker den sensorisk-motoriske system, fuld bevægelse baner mod den integrerede mål i 3D omvendt perspektiv scene under den illusoriske percept vil afvige fra målet tilgang fremkaldt af den veridical percept (figur 1e og 1f). Da den illusoriske percept af reverspective stimulus er meget lig den, der opnås ved en ordentlig ("tvinges") perspektiv stimulus, når op udført mod en integreret mål på en reverspective bør derfor være ens i egenskaber til rækkevidder udført under indflydelse af illusion om reverspective stimulus (figur 1c og 1f).

Hvis top-down visuelle påvirkninger ikke påvirke bevægelsen bane, så er det en hypotese, at når lavet undis de illusoriske percept ville udstille de samme kendetegn som rækkevidder foretaget under veridical percept på reverspective stimulus (Figur 1e). Med andre ord vil både illusoriske og veridical Percept løb være af samme art, således at både frem bane stier vil virke på den sande geometri stimulus. Hvordan observerede virkninger i den forreste nå oversætte i den automatiske tilbagetrækning af hånden er ukendt. Ved at ansætte en fuld motor analyse, vi sigter mod at fremme vores forståelse af handling og opfattelse sløjfer at afklare de eksisterende problemer ved hånden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1.. Opbygning Stimulus Apparatus

  1. Konstruere en bevægelig platform på en glidende spor. Hver stimulus vil blive placeret på den bevægelige platform, afhængigt af typen af ​​retssagen opfordrede til.
  2. Fastgør sporet på et bord i en passende højde, der giver mulighed for stimulus platform til at være i øjenhøjde med deltageren til at blive siddende foran bordet.
  3. Vedhæft et udtrækkeligt fjedermekanisme på stimulus platform. Slut input til fjedermekanisme til en printplade.
  4. Placer et sæt lygter bag deltagerens sæde, står stimulus platform. Det er vigtigt at belyse stimulus platform jævnt fordi ujævn belysning kan kaste skygger, der interfererer med den illusoriske percept. Tilslut et sæt lygter til en konverter, der forbinder den til printkortet.
  5. Vedhæft en omskifterboks til kanten af ​​bordet tættest på, hvor deltageren vil blive siddende. Deltagerne placere deres hånd på omskifterboks ent begyndelsen af ​​hver prøve og aktivere kontakten, så snart de løfter deres hånd til at udføre rækkevidde bevægelse. Knytte omskifterboks input til printkortet.
  6. Forbind hver udgang pin af kredsløb til en pin på microcontroller til at styre den samtidige aktivering af tilbagetrækning af den bevægelige platform via fjedermekanisme og deaktivering af lys, når omskifterboks udløses. Stimulus skal trække og lysene skal slukkes efter indledningen af ​​den rækkevidde bevægelse i hvert forsøg for at forhindre nogen online visuelle rettelser og haptisk feedback fra forekommende. Den omskifterboks er ansat, således at stimulus tilbagetrækning og mørke debut kun udføres efter bevægelse begynder, hvilket gør dette en umiddelbar rækkevidde opgave.
  7. Skriv en Matlab program, der styrer microcontroller signaler. Brug Matlab kode til at gemme en sekvens af forsøg, og instruere forsøgslederen hvilke stimuli og visningsforhold bruge til hvert forsøg.
  8. Bygget uddannelse stimuli, reverse perspektiv stimulus og den korrekte-perspektiv stimulus (figur 1 og 2). Uddannelse stimuli består af to rektangulære plader, der repræsenterer den isolerede højre overflade væg af den midterste bygning indlejret i omvendt perspektiv stimulus og korrekt-perspektiv stimulus. Formålet med uddannelse stimuli vil blive drøftet i den eksperimentelle procedure. Anbringer røde plane disk mål til højre for midterlinjen af ​​stimuli.

2. Deltagere

  1. Indhente skriftligt informeret samtykke af IRB godkendte protokol i overensstemmelse med Helsinki-deklarationen, før du begynder den eksperimentelle session.
  2. Test deltager for synsstyrke på hvert af øjnene, stereopsis (ved hjælp af en Randot-Stereo Test), og øjne dominans.
  3. Opsætning af motion capture-system. Brug fjorten elektromagnetiske sensorer ved 240 Hz og motion-tracking software. Den høje opløsning optagelse system alnedture for den grundige analyse af den udfoldelse af bevægelse i tre dimensioner af fjorten sensorer samtidig, at tidligere undersøgelser mangler.
    1. Placer tolv af de fjorten sensorer på følgende kropssegmenter hjælp sport bands designet til at optimere ubegrænset bevægelse af kroppen: hoved, krop, højre og venstre skuldre, venstre overarm, venstre underarm, venstre håndled, højre overarm, højre underarm, højre håndled, højre hånd pegefinger, og højre hånds tommelfinger.
    2. Placer de resterende to sensorer på bagsiden af ​​stimuli direkte bag målstedet for at opnå en nøjagtig position af målet i 3D rummet i forhold til deltageren under træningen og eksperimentelle blokke.

3.. Forsøgsfremgangsmåde

  1. Læg alle stimuli ud af visningen fra deltageren på dette tidspunkt. Sluk alt lys, undtagen lamperne anvendes til at belyse stimulus platform. Dim eventuelle computerskærme, der er i brug for at køre experprøv dig frem, således at deres lys ikke forstyrrer jævn belysning projiceres på apparatet.
  2. Inden du begynder eventuelle forsøg underrette deltageren om eksperimentet flow. Underrette dem om stimulus tilbagetrækning og slukke lys, når de indleder bevægelse ved at løfte deres hånd slukke på kontakten kassen. Mind dem om ikke at forsøge at følge tilbagetrækningskraften platform, men at kun få fat på, hvor målet blev sidst set. Demonstrere hvordan at få fat i, hvor de sidst huske at se målet ved at nærme det normalt at den opfattede overflade.
  3. Begynd praksis forsøg. Disse forsøg giver mulighed for deltageren at blive fortrolig med opsætningen. Der er ingen test stimulus på platformen - kun et sort bord med et center pol fremspring bruges til at fastgøre stimuli. Instruer deltageren at nå i centrum pol og bringe hånden tilbage til hvile ved at udfylde rækkevidde, på hans / hendes eget tempo; gentag for tre forsøg. Bemærk: Det er vigtigt ikke at give instruktioner om, hvordan retract hånden; denne komponent skal være automatisk og under bevidst kontrol.
  4. Indled uddannelse forsøg. Spørg deltageren til at lukke hans / hendes øjne efter hvert forsøg for resten af ​​eksperimentet. Mens deltagerens øjne er lukkede, anbringe uddannelse stimulus efterlyst i MATLAB program til centrum pol; rækkefølgen af ​​uddannelse stimulus præsentation randomiseres ved MATLAB program til i alt otte forsøg, fire for hver stimulus. Uddannelse stimuli hjælpe demonstrere krumning af rækkevidde når bedt om at få fat på mål for fysiske overflader repræsentative for de mål, der anvendes i de eksperimentelle stimuli.
  5. Begynd eksperimentelle forsøg. Der er tre stimulus betingelser for de eksperimentelle forsøg: (1) reverspective under illusorisk percept, som i figur 1f (REV-Illu), (2) reverspective under veridical percept, som i figur 1e (REV-VER) og (3) ordentlig-perspektiv (PRO), som i figur 1c. Husk på, at betintioner (1) og (2) anvende den samme fysiske reverspective stimulus.
    1. Først præsentere reverspective stimulus. Spørg deltageren, hvis han / hun kan stabilisere illusoriske percept af den midterste bygning "popping ud" over for ham / hende. Hvis deltageren har problemer med at stabilisere den illusoriske percept, placere en de-fokus linse på nondominant øje at svække stereopsis for at bevare den illusoriske percept samtidig opretholde nå afstanden til målet 18. Hvis deltageren kræver de-fokus linse, så sørg for at instruere ham / hende til at sætte dem på før hver REV-Illu retssag.
    2. Efter den første REV-Illu retssag vil MATLAB programmet randomisere rækkefølgen af ​​forsøg. For hvert forsøg, giver følgende instrukser afhængigt af stimulus betingelse:
      REV-Illu: "Se den midterste bygning som popping ud mod dig selv."
      REV-VER: "Se den midterste bygning som caving i væk fra dig."
      PRO: "Se den midterste bygning som popping ud mod you. "
      Når deltageren bekræfter en stabil percept, bede dem at få fat i målet. Udfør tolv forsøg for hver betingelse for i alt 36 eksperimentelle forsøg.

4.. Dataanalyse

  1. At analysere bevægelser i form af målrettede rækkevidde og automatiske retractions, først nedbrydes dataene i to bevægelse klasser ved at opdage det punkt, hvor hastigheden af ​​bevægelsen, efter sin indvielse, nærmer øjeblikkelig nul hastighed.
  2. For at lede efter forskelle i krumning af hånd sti baner for hver stimulus tilstand, udføre Wilk s Lambda teststørrelse på det 3-dimensionelle datasæt på hvert tidspunkt under bane. Den Wilk s Lambda Test reducerer sandsynligheden teststørrelsen Λ til en skalar værdi i form af determinanter til at hjælpe os udlede, hvorvidt den gennemsnitlige bane vektor for REV-Illu ligner REV-VER eller PRO 22.
  3. At studere orienteringførelsen af hånden mod målet ved udgangen af målrettet rækkevidde, sammenligne vinklen mellem enheden tilgang vektor genereret af tommelfingeren, indeks og håndled sensor positioner i forhold til målets enhedsvektor vinkelret på overfladen (figur 5a og 5b).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1.. Hand Path Trajectories

Resultaterne er vist for repræsentant Vedr VT. Den Wilk s Lambda teststatistikken mulighed for reduktion af vores tre-dimensionelle rum data i en skalar værdi ved brug af determinanter. Den Wilk s lambda statistik bruger likelihood ratio test , Hvor "indenfor" sum af kvadrater og produkter udgør matrix E og 'total' sum af kvadrater og produkter formular matrix (E + H). Det i reglen hedder, at når , Nulhypotesen afvises. I , er graden af ​​tillid,oad/51422/51422eq5.jpg "width =" 15 "/> er antallet af variabler eller dimensioner, og og er frihedsgraderne for hypotesen og fejl, henholdsvis i hvilken er antallet af betingelser, og er antallet af forsøg. I vores tilfælde, og . Derfor får vi fra look-up tabel findes i Rencher s Metoder til Multivariant ANALYSE 22.

Hånd sti bane analyse vha. Wilk s Lambda Test afslører en statistisk signifikant forskel mellem REV-Illu og REV-VER forhold i fremad, målrettet bevægelse (figur 3a), som hele stien progression (figur 3d). Denne adfærd er også bevaret i noninstructed dementi, som ses på grafen (4a og 4d). Som forventet, sammenligningen mellem den REV-VER-og PRO forhold adskiller sig væsentligt i både de fremadrettede og retraktært bevægelser (figur 3b, 3e, 4b, og 4e). Da udfoldelsen af bevægelsen, er afgørende for forskelle i tilgang er Wilk s lambdaværdier plottet baseret på den procentdel af hånden sti bane komplet (figur 3d-3f og vs REV-Illu sammenligning (figur 3d) svarer til dem, der findes i REV-VER vs PRO sammenligning (figur 3e). Det samme gælder for tilbagetrækningen af hånden (figur 4d og 4e). REV-Illu-og PRO betingelser ikke afviger væsentligt i enten bevægelse klasse, som for alle lambda værdier baseret på den procentdel af stien færdig i både fremad og tilbagetrækningselementer sager (figur 3c, 3f, 4c, og 4f).

2.. Hånd Orientering

Ved undersøgelsen af ​​orienteringen af ​​hånden når den nærmer sig målet i hver tilstand, Hand-tilgang vektorer i REV-VER sager adskiller sig fra dem i REV-Illu og PRO sager (figur 5c). REV-illu-og PRO betingelser producere lignende håndstillinger når orientere mod den opfattede målet for REV-Illu og de fysiske mål for ordentlige forhold. Den vinkel, der dannes mellem middelværdien enhed fremgangsmåde vektor for REV-illu forsøg og enhedsvektor vinkelret på måloverfladen producerer en 97,5197 ° ± 3,2228 forskel (figur 5d). Husk på, at det omvendte-perspektiv stimulus genererer næsten 90-graders maksimal forskelle mellem illusoriske og veridical stater. Det foreslår derfor, at repræsentant Vedr VT orienteret sin hånd mod den opfattede målet og ikke den fysiske placering af målet under den illusoriske percept.

Figur 1
Figur 1.. Korrekt-og Reverse-Perspective Stimuli. (ac) Den korrekte-eller "tvinges" perspektiv. (A) forfra den malede stimulus. (B) ortografiske synspunkter. (C) ovenfra: det veridical percept af en konkav scene med en pil, der illustrerer en typisk rækkevidde bane for målet. (A, df) Det omvendte-perspektiv giver anledning til to perceptioner, vist i dele (e) og (f). (A) forfra den malede stimulus. (d) ortografiske synspunkter. (E) Top udsigt: den veridical percept af en konveks scene med en pil, der illustrerer en typisk rækkevidde bane. (F) ovenfra: det illusoriske percept af en konkav scene - vist med stiplede linier - med en pil, der illustrerer en typisk rækkevidde bane. Den stiplede linje figur viser den opfattede illusorisk 3D kun form. Placeringen af ​​objektet ikke ACCURAte; i virkeligheden var den illusoriske objekt bevidst opvejes mod observatør med henblik på at klarlægge rækkevidden bane. Krumningen af ​​alle baner er overdrevet for at illustrere de forskelle, der kunne medføre, afhængigt af percept. Den percept af (f) giver en fremragende test for at undersøge, om den nåede bane er styret af illusionen (bane (f)) eller af den fysiske overflade (bane (e)). Bemærk, at de rette-og reverse-perspektiver deler den samme forfra (a). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2. Training Stimuli. ( (Cd) Det rektangulære panel har samme retning som den højre væg af den midterste bygning i omvendt perspektiv 3D stimulus. (A, c) Skematiske tegninger af top visninger for at illustrere placeringen af panelerne med pile, der viser typiske reach baner. Krumningen af ​​banerne er overdrevet for at illustrere forskellen. (B, d) fotografier af de stimuli, som de syntes at deltagere. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur3.. Forward Hand Path Trajectory Analyse. (Ac) Mean baner plottet i hvid med konfidensintervaller (farvede rør) for hvert punkt i forløb for omvendt perspektiv veridical (REV-VER i grønt), reverse-perspektiv illusorisk (REV-Illu i blåt), og korrekt-perspektiv (PROPER i rødt) betingelser for målrettet bestemt fremadrettet bevægelse. (Df) Lambda-værdier for parvise sammenligninger af betingelser, baseret på procentdelen af angrebet fuldstændig. Brug af Wilk s Lambda Test, når , Nulhypotesen afvises. er givet ved den stiplede linje. I (d) REV-VER vs REV-Illu og (e), REV-VER vs ordentlig sammenligning, (f) REV-Illu vs PROPER .5 sammenligning Derfor hånd sti baner mellem betingelser ikke afviger væsentligt. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4.. Tilbagetrækning Hand Path Trajectory Analyse. (Ac) Mean baner plottet i hvid med konfidensintervaller (farvede rør) for hvert punkt i forløb for omvendt perspektiv veridical (REV-VER i grønt), reverse-perspektiv illusorisk (REV- Illu i blåt), ogordentlig-perspektiv (Proper i rødt) betingelser for spontan, automatisk sænkning af hånden. (Df) Lambda-værdier for parvise sammenligninger af betingelser, baseret på procentdelen af angrebet fuldstændig. Brug af Wilk s Lambda Test, når , Nulhypotesen afvises. er givet ved den stiplede linje. I (d) REV-VER vs REV-Illu og (e), REV-VER vs ordentlig sammenligning, , Hvilket indikerer en betydelig forskel mellem hånd sti baner. For det (f) REV-Illu vs korrekt sammenligning, , Derfor hånd sti baner mellem conditionioner ikke afviger væsentligt. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5.. Hand Orientering. (A) Enheden tilgang vektor af hånden er defineret af sensorer placeret på tommelfingeren, indeks og håndled positioner. (B) Enhed (stiplet) vektorer vinkelret på måloverfladen for korrekt perspektiv (øverst) og omvendt perspektiv (i midten og nederst) stimuli. Under den illusoriske percept (nederste panel, stiplede linjer) denne vektor opfattes som næsten vinkelret på den fysiske enhed vektor (midten). (C) Hand tilgang vektorer plottet for REV-VER (grøn), REV-Illu (blå), og korrekt (rød) forsøg ( Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Vores metoder giver en platform for at teste gyldigheden af ​​opfattelsen-action-modeller ved at analysere hele den udfoldelse af bevægelse i forhold til den eksperimentelle opgave. Paradigmet kan modificeres til at teste andre typer af visuelle stimuli at udvide dette forskningsområde. For eksempel kan andre 3D DIIS testes på apparatet for at se, hvordan samspillet mellem top-down og bottom-up-processer oversætte til forskellige stimuli. Metoderne kan også være skræddersyet til at teste kliniske populationer, der kan have forstyrrelser i perception og handling processer. Desuden kan motion capture-system udnyttes i vores undersøgelse blive erstattet med andre typer kontrolapparater bedst passer den eksperimentelle opgave. Den mulige generalisering af disse metoder til andre applikationer besidder derfor betydelig værdi i udvikling af menneskelige adfærdsforskning.

Men som med enhver teknik, det nuværende paradigme har sine begrænsninger. På grund af fjernelsen af ​​haptic feedback og online visuel kontrol ved at slukke lyset og tilbagetrækning af stimulus, er denne undersøgelse ikke mulighed for samtidig optagelse af øjenbevægelser i forbindelse med udførelsen af ​​bevægelsen. Øjenbevægelser kan hjælpe med at identificere, hvorvidt deltagerne bruger en allocentric eller egocentrisk referenceramme til at ansætte en top-down eller bottom-up-strategi 25. Fordi den nuværende udformning ikke har evnen til at gennemføre denne yderligere foranstaltning, er det begrænset til kun at fange kroppens kinematiske funktion. Alternative strategier til at fjerne haptisk feedback og online visuel kontrol kan være søgt ud for at fange øjenbevægelser foranstaltninger.

Udover dette tilbageslag, det eksperimentelle design har flere fordele i forhold til eksisterende metoder. Da tidligere undersøgelser fokuseret på de bevidste, mål-retning handlinger og end-point data, forskerne overset nogen effekt i den ikke-instrueret, automatisk sænkning, og i selve unfolding af bevægelsen fra start til hvile. Protokollen præsenteres her tager højde for både forsætlige og automatiske former for bevægelse for at hjælpe med at opbygge en bedre forståelse af sensorisk-motorisk adfærd under forskellige perceptuelle stater. I modsætning til andre strategier, dette paradigme fokuserer på både rumlige og tidsmæssige virkninger for at få en fuld forståelse af visuomotor løkken. Desuden styrken af den reverspective stimulus anvendt i dette eksperiment overtrumfer andre DIIS brugt i fortiden (f.eks hul-face illusion) som sin konfiguration genererer næsten 90 ° forskelle i opfattelsen overflade orientering under veridical og illusoriske stater, mens de resterende tæt nok til deltageren for han / hun at interagere med det. Denne maksimale forskel hjælpemidler i flertydig af den rolle, top-down-processer på sansemotoriske adfærd.

Da studiet af top-down indflydelse på sansemotoriske processer er vigtigt ikke bare i den normative system, men også i Clingiske populationer, kan dette paradigme vise sig at være et nyttigt redskab til at studere dem. Fremtidige anvendelser af denne protokol kan omfatte skræddersy undersøgelsen for sygdomme såsom skizofreni (SZ). Det er kendt, at en bestemt underpopulation af patienter med SZ udviser et fald i top-down funktion og har kendte problemer i perceptuelle organisation 26-28. Således kan forstå, hvordan dette udmønter sig til motoren domænet fremme vores viden til at udvikle bedre diagnostiske redskaber og behandlinger for SZ.

Denne protokol er omhyggeligt designet til at undersøge, hvilken rolle af top-down-processer på sansemotoriske opførsel, især når en deltager bliver bedt om at nå op på et mål på en stimulus, der producerer flere perceptioner. De kritiske skridt i denne protokol er i udvælgelsen af ​​de stimuli, og i den høje opløsning på motion capture fra påbegyndelse af bevægelse tilbage til hviletilstand. Også de kraftige statistiske analyser hjælpe belyse hvorvidtillusorisk percept påvirker motoriske strategier. Fordi denne eksperimentelle design giver mulighed for den høje opløsning optagelse af naturlige tilsigtede og spontane motoriske adfærd, kan den analytiske platform udviklet hjælpe belyse de eksisterende problemer i opfattelsen-action modeller, der længe har været debatteret. De foreløbige resultater for repræsentant Vedr VT illustrere dette potentiale.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Forfatterne vil gerne anerkende medlemmerne af Laboratoriet for Vision Research og Sanse-Motorisk Integration Laboratorium for at hjælpe køre deltagere i denne undersøgelse, Polina Yanovich Joshua Dobias, og Robert W. Isenhower om hjælp i den indledende designfase, og Tom nåde for hans hjælp i opbygningen af ​​stimulus. Dette arbejde blev støttet af følgende kilder: NSF Graduate Research Fellowship Program: Award # DGE-0937373, NSF CyberEnabled Discovery og Innovation Type I (Idé): Grant # 094.158, og Rutgers-UMDNJ NIH Bioteknologi Training Program: Grant # 5T32GM008339-22.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Schneider, G. E. Two visual systems. Science. 163, 895-902 (1969).
  2. Ingle, D., Goodale, M. A., Mansfield, R. J. W. Analysis of visual behavior. MIT Press. (1982).
  3. Goodale, M. A., Milner, A. D. Separate visual pathways for perception and action. Trends Neurosci. 15, 20-25 (1992).
  4. James, T. W., Culham, J., Humphrey, G. K., Milner, A. D., Goodale, M. A. Ventral occipital lesions impair object recognition but not object-directed grasping: an fMRI study. Brain. 126, 2463-2475 (2003).
  5. Pisella, L., Binkofski, F., Lasek, K., Toni, I., Rossetti, Y. No double-dissociation between optic ataxia and visual agnosia: multiple sub-streams for multiple visuo-manual integrations. Neuropsychologia. 44, 2734-2748 (2006).
  6. Westwood, D. A., Goodale, M. A. Perceptual illusion and the real-time control of action. Spat. Vis. 16, 243-254 (2003).
  7. Schenk, T. Visuomotor robustness is based on integration not segregation. Vis. Res. 50, 2627-2632 (2010).
  8. Schenk, T. No dissociation between perception and action in patient DF when haptic feedback is withdrawn. J. Neurosci. 32, 2013-2017 (2012).
  9. Gegenfurtner, K., Henriques, D., Krauzlis, R. Recent advances in perception and action. Vis. Res. 51, 801-803 (2011).
  10. Binkofski, F., Buxbaum, L. J. Two action systems in the human brain. Brain Lang. (2012).
  11. Aglioti, S., DeSouza, J. F., Goodale, M. A. Size-contrast illusions deceive the eye but not the hand. Curr. Biol. 5, 679-685 (1995).
  12. Franz, V. H., Gegenfurtner, K. R., Bulthoff, H. H., Fahle, M. Grasping visual illusions: no evidence for a dissociation between perception and action. Psychol. Sci. 11, 20-25 (2000).
  13. Gilster, R., Kuhtz-Buschbeck, J. P., Wiesner, C. D., Ferstl, R. Grasp effects of the Ebbinghaus illusion are ambiguous. Exp. Brain Res. 171, 416-420 (2006).
  14. Papathomas, T. V. Art pieces that 'move' in our minds – an explanation of illusory motion based on depth reversal. Spatial Vis. 21, 79-95 (2007).
  15. Papathomas, T. V., Bono, L. M. Experiments with a hollow mask and a reverspective: top-down influences in the inversion effect for 3-D stimuli. Perception. 33, 1129-1138 (2004).
  16. Hill, H., Johnston, A. The hollow-face illusion: object-specific knowledge, general assumptions or properties of the stimulus. Perception. 36, 199-223 (2007).
  17. Hartung, B., Schrater, P. R., Bulthoff, H. H., Kersten, D., Franz, V. H. Is prior knowledge of object geometry used in visually guided reaching. J. Vis. 5, 504-514 (2005).
  18. Kroliczak, G., Heard, P., Goodale, M. A., Gregory, R. L. Dissociation of perception and action unmasked by the hollow-face illusion. Brain Res. 1080, 9-16 (2006).
  19. Torres, E. B. Two classes of movements in motor control. Exp. Brain Res. 215, 269-283 (2011).
  20. Torres, E. B. Signatures of movement variability anticipate hand speed according to levels of intent. Behav. Brain Func. 9. 10, 10 (2013).
  21. Torres, E. B., Heilman, K. M., Poizner, H. Impaired endogenously evoked automated reaching in Parkinson's disease. J. Neurosci. 31, 17848-17863 (2011).
  22. Rencher, A. C. Methods of multivariate analysis. 2nd edn, J. Wiley. (2002).
  23. Torres, E. B., Zipser, D. Simultaneous control of hand displacements and rotations in orientation-matching experiments. J. Appl. Physiol. 96, 1978-1987 (2004).
  24. Yanovich, P., Isenhower, R. W., Sage, J., Torres, E. B. Spatial-orientation priming impedes rather than facilitates the spontaneous control of hand-retraction speeds in patients with Parkinson's disease. PLoS ONE. 8, 1-19 (2013).
  25. Prime, S. L., Marotta, J. J. Gaze strategies during visually-guided versus memory-guided grasping. Exp. Brain Res. 225, 291-305 (2013).
  26. Schneider, U., et al. Reduced binocular depth inversion in schizophrenic patients. Schizophrenia Res. 53, 101-108 (2000).
  27. Dima, D., Dillo, W., Bonnemann, C., Emrich, H. M., Dietrich, D. E. Reduced P300 and P600 amplitude in the hollow-mask illusion in patients with schizophrenia. Psychiatry Res. 191, 145-151 (2011).
  28. Butler, P. D., Silverstein, S. M., Dakin, S. C. Visual perception and its impairment in schizophrenia. Biol. Psychiatry. 64, 40-47 (2008).
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Nguyen, J., Papathomas, T. V., Ravaliya, J. H., Torres, E. B. Methods to Explore the Influence of Top-down Visual Processes on Motor Behavior. J. Vis. Exp. (86), e51422, doi:10.3791/51422 (2014).More

Nguyen, J., Papathomas, T. V., Ravaliya, J. H., Torres, E. B. Methods to Explore the Influence of Top-down Visual Processes on Motor Behavior. J. Vis. Exp. (86), e51422, doi:10.3791/51422 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter