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Behavior

Methoden, um den Einfluss von Top-down-Prozesse auf Visuelle Motor Verhalten erkunden

doi: 10.3791/51422 Published: April 16, 2014

Summary

Es ist unklar, wie die Top-Down-Signale von der ventralen visuellen Strom Bewegung beeinflussen. Wir entwickelten ein Paradigma zu motorischen Verhaltens auf ein Ziel auf einem 3D-Tiefeninversion Illusion zu testen. Signifikante Unterschiede sind in beiden bewusste, zielgerichteten Bewegungen und automatische Aktionen illusorisch und veridical Betrachtungsbedingungen berichtet.

Abstract

Kinästhetische Wahrnehmung ist wichtig, um die Umwelt erfolgreich zu navigieren. Wenn wir mit unserer täglichen Umgebung zu interagieren, werden einige Aspekte der Bewegung bewusst geplant, während andere spontan unter Bewusstsein kommen. Die bewusste Komponente dieser Dichotomie wurde ausgiebig in mehreren Zusammenhängen untersucht, während die spontane Komponente weitgehend untersucht bleibt. Darüber hinaus, wie Wahrnehmungsprozesse modulieren diese Bewegung Klassen ist noch unklar. Insbesondere ist ein aktuell diskutiertes Thema, ob die visuomotorische System ist durch die räumliche Wahrnehmung durch eine visuelle Illusion erzeugt, oder ob es nicht von der Illusion betroffen und wird stattdessen durch die Wahrnehmung veridical geregelt geregelt. Bistabile Wahrnehmungen wie 3D-Tiefeninversion Illusionen (Diis) bieten eine hervorragende Zusammenhang auf solche Wechselwirkungen und Balance zu studieren, vor allem in Kombination mit der Reichweite zu begreifen Bewegungen. In dieser Studie wird eine Methode entwickelt, die eine um DII verwendet ClarIFy die Rolle des Top-down-Prozesse auf motorische Aktion, vor allem zu untersuchen, wie auf ein Ziel auf einem DII sind in beiden bewusste und spontane Bewegung Domains betroffen erreicht.

Introduction

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Vision-for-Vision-Perception vs-for-Action-

Um die Umwelt erfolgreich zu navigieren, werden die Informationen aus dem visuellen System verwendet, um menschliche Bewegungen zu koordinieren. Wie visuelle Informationen ausgewählt und priorisiert werden, um motorische Handlungen beeinflussen, bleibt unklar. Zwei wichtige anatomische Projektionen ergeben sich aus dem primären visuellen Kortex, die ventralen bilden ("was" oder "Vision für die Wahrnehmung")-Weg, der sich auf die zeitliche Bereich, und der dorsalen ("wo", oder "Vision für die Aktion")-Weg , zum Scheitellappen 02.01. Die ventrale Strom wird in der Nutzung von visuellen Informationen für Wahrnehmungsprozesse wie Objekterkennung und Identifizierung verwickelt, während der dorsale Strom wird angenommen, dass ausschließlich Signale verarbeiten Handlungsführung und räumliche Wahrnehmung. Die gestellte Frage ist, ob Top-down-Prozesse von der ventralen Strom prägen die Art und Weise der Bewegungen ausgeführt werden.

Die famous Fallstudie der Patient DF durch Goodale und Milner 1992 ausgewertet, starke Hinweise und Unterstützung für die visuelle Zwei-Bäche-Hypothese, die behauptet, dass ventrale und dorsale Strom Prozesse trennbar sind für Wahrnehmung und Handlung 3. In der Theorie kann Bottom-up-Signale der Bewegung Parallaxe und binokulare Disparität Top-down-Wahrnehmungs Informationen wie Vorwissen und Vertrautheit, um genau unser Handeln zu überschreiben, was darauf hindeutet, dass der Bewegungsplanung ist unempfindlich gegen ventralen Strom Kontrolle. DF, der von visueller Form agnosia durch bilaterale ventralen Hinterhaupt Läsionen erlitten, behielt genaue Erfassen Fähigkeit zu Objekten, die sie nur schwer erkennen musste, die Unterstützung der Prämisse der visuelle Zwei-Streams Hypothese 4.3. Aufgrund von Fallstudien, wie DF, wurde davon ausgegangen, dass die Funktions ventral-dorsalen Strom Dichotomie bei gesunden, nichtpathologischer Personen gab es auch. , Ob diese Ergebnisse geben jedoch Hinweise auf eine absoLaute Arbeitsteilung für die Wahrnehmung und Handlung in neurotypical Populationen wurde heiß in den letzten zwanzig Jahre 5-10 diskutiert.

Die Verwendung von Illusionen, um Wahrnehmung und Handlung der Lagerung

Um die visuelle Zwei-Bäche-Hypothese in neurotypical Probanden zu testen, Forscher beschäftigen visuellen Illusionen zu untersuchen, wie verzerrte Wahrnehmungsurteile der Umwelt beeinflussen unsere motorische Handlungen. Die Ebbinghaus / Titchener Illusion, verwendet beispielsweise eine Zielplatte durch kleinere Platten, die größer ist als eine andere Platte mit der gleichen Größe von größeren Kreisen umgeben zu sein scheint, umgeben; dies ist aufgrund der Größe-Kontrastwirkung 11. Wenn die Teilnehmer zu erreichen, um die Scheibe Ziel zu erfassen, wenn die Zwei-Bäche-Hypothese gilt, dann ist die Grifföffnung der Hand greift an der Zielscheibe würde durch die Illusion davon unberührt, so dass die Teilnehmer auf die wahre Geometrie des Zielscheibe handeln und nicht auf falsche Wahrnehmungsgröße estim verlassenAtes. Aglioti et al. Bericht in der Tat dieses Verhalten, Denken, dass getrennte visuelle Prozesse regieren Fach Aktionen und bewusste Wahrnehmung 11. Umgekehrt haben andere Gruppen diese Ergebnisse umstritten, da sie keine Dissoziation zwischen Wahrnehmung und Handlungsprozesse, wenn sorgfältige Kontrolle der Übereinstimmung der Wahrnehmungs-und Greifaufgaben schlägt eine Integration von visuellen Informationen Strom statt einer Trennung 12. Trotz mehrerer Folgestudien durchgeführt, um zu bestätigen oder zu widerlegen die visuelle Zwei-Bäche-Hypothese mit der Ebbinghaus Illusion, es konkurrierende Beweisstücke, um beide Seiten des Arguments 13 unterstützen.

Um den Einfluss der visuellen Wahrnehmung auf Handlungsprozesse weiter zu erforschen, haben 3D-Tiefeninversion Illusionen (DII) auch verwendet worden. Diis produzieren illusorisch Bewegung und wahrgenommene Tiefe Umkehrung der Szenen, in denen körperlich konkaven Winkel als 14 konvex wahrgenommen und umgekehrt. The HollowGesicht Illusion ist ein Beispiel für eine DII, die die Wahrnehmung eines normal, konvexe Fläche erzeugt, obwohl der Stimulus physikalisch konkav, verwickelt die Rolle des Top-down-Einflüsse wie Vorwissen und Konvexität Bias, die illusionäre Wahrnehmung 15-16 entlocken. Trotz der Bemühungen, das motorische Verhalten in Richtung Erreichen Ziele auf der Hohl Gesicht Illusion zu charakterisieren, bleibt Beweise nicht eindeutig: eine Studie berichtet, eine Wirkung auf Motorleistung 17, während ein anderer nicht 18. Diese Studien stützen sich auf den Vergleich Wahrnehmungstiefe Schätzungen Entfernungsberechnungen der Hand relativ zu Zielen auf der Hohl Gesicht Illusion befindet Endpunkt. Widersprüchliche Ergebnisse über Maßnahmen auf diese Art von Stimuli durchgeführt, kann ein Ergebnis der Änderungen von Forschern verwendeten Verfahren sein. Da die Art und Weise, in der ventralen und dorsalen Strom-Information genutzt wird, ist noch bis zu debattieren, Funken diese Kontroverse die Notwendigkeit für eine robustere Konjunktur mit zusätzlichen erweiterten Maßnahmen der Kraft behavior.

Gerade deshalb ist eine Technik, wurde mit umgekehrter Perspektive Reize, die üblicherweise als "reverspectives", die eine andere Klasse von Diis 14 bilden bezeichnet entwickelt. Die Linearperspektive Hinweise, die stückweise auf 3D ebene Flächen gemalt werden produzieren Wettbewerb zwischen der physikalischen Geometrie der Reiz und die tatsächliche gemalte Szene. Datengesteuerte sensorische Signale, wie Fernglas Disparität und Bewegung begünstigen die Parallaxe veridical Wahrnehmung der physikalischen Geometrie, während auf Erfahrung basierende Vertrautheit mit Perspektive begünstigt die Tiefe Inversions Wahrnehmung (Abbildung 1). Der Vorteil der reverspective ist, dass es für die Platzierung eines Ziels auf eine Oberfläche, deren Anregung die Illusion wahrgenommene räumliche Orientierung unterscheidet sich um fast 90 Grad aus seiner physikalischen Ausrichtung (Figuren 1e und 1f). Dieser riesige Unterschied erleichtert die Prüfung, ob Reichweite-for-Greifbewegungen sind oder nicht Einflvon der Illusion beein usst. Diese Vorstellung ist der Schlüssel zu erkunden, ob Motor-Aktionen auf der reverspective durchgeführt von Top-down-Einflüsse aus dem ventralen Strom sind betroffen.

Bewegung Klassen in Perception-Action-Modelle

Wenn verschiedene Motor-Strategien werden unter illusorisch und veridical Wahrnehmungen, wenn Grabbing auf ein Ziel auf einem reverspective Stimulus eingesetzt, so kann es leicht durch das Studium der Krümmung der Hand der Ansatz verfolgt werden. Darüber hinaus ist eine Analyse der gesamten Entfaltung Bewegung von Beginn der zielgerichteten Bewegung auf die spontane, automatische Zurückziehen der Hand zurück in den Ruhezustand kann in der Tat Bypass etwaige Mängel in den vergangenen Testverfahren für Wahrnehmungs Einfluss auf die Motorleistung gefunden. Aktuelle Studien unterstreichen die Bedeutung des Studiums der Balance zwischen diesen beiden Bewegungsklassen sowie die Verwendung der Segmente durch die spontane Nervensysteme für vorausschauende und vorausschau control 19-21,23-24. Die neu statistisch definierten Klasse von spontanen automatische Bewegungen stellt neue Metriken und Funktionen, die sich als so entscheidend zu sein, wie die zielgerichtet diejenigen bisher zu sensomotorischen Veränderungen zu verfolgen und subtile Aspekte der natürlichen Verhaltensweisen zu quantifizieren gewesen.

Nach unserer Kenntnis bestehenden Forschungs auf der visuellen Zwei-Bäche-Hypothese konzentriert sich nur auf zielgerichtete Handlungen und damit keine Auswirkungen auf die automatische Übergangsbewegungen, die wesentlichen Komponenten auf die Vollendung des visuomotorischen Aktionsschleife sind zu ignorieren. Der Schwerpunkt muss daher auf die Bedeutung der automatischen Bewegungen, um sich voll zu erfassen beide Modi von Verhalten in der vorliegenden Paradigma zu Fragen der visuellen Wahrnehmungs-und Handlungsmodelle zu klären platziert werden. Hier Methoden entwickelt, um die Rolle des Top-down-Signalisierung im ventralen visuellen Strom auf Modulation der Bewegungsverhalten in der bewussten, zielgerichteten Handeln Domain in Verbindung mit spontanen, Transit untersuchenionalen Bewegungen mit einer robusten DII Reverse-Perspektive Reiz.

Gründe

Es wird vermutet, dass bei Top-down-visuelle Prozesse beeinflussen das sensomotorische System, voll Bewegungsbahnen in Richtung der Ziel eingebettet in der 3D-Perspektive umzukehren Szene unter der illusorischen Wahrnehmung wird von der Soll-Ansatz von der Wahrnehmung veridical (Abbildungen 1e ausgelöst unterscheiden und 1f). Da darüber hinaus die Illusion Wahrnehmung des reverspective Stimulus ist sehr ähnlich dem von einem geeigneten ("gezwungen") perspektivische Stimulus erhalten, erreicht zu einem eingebetteten Ziel auf einem reverspective ausgeführt ist daher ähnlich sein, Eigenschaften Lauf unter dem Einfluß des durchgeführten Illusion auf der reverspective Reiz (1c und 1f).

Wenn Top-down-visuelle Einflüsse keine Auswirkungen auf die Bewegungsbahn, dann wird die Hypothese aufgestellt, was gemacht und erreichter die illusorische Wahrnehmung würden die gleichen Eigenschaften wie Lauf unter dem veridical Wahrnehmung auf der reverspective Stimulus (Abbildung 1e) hergestellt sind, zeigen. In anderen Worten, sowohl illusorisch und veridical Wahrnehmung Lauf ähnlich in der Natur zu sein, so dass beide nach vorn Flugbahnen würde auf die wahre Geometrie des Stimulus zu handeln. Wie in der Vorwärts beobachteten Effekte erreichen zu übersetzen in die automatische Zurückziehen der Hand, ist unbekannt. Durch den Einsatz eines Motorvollanalyse, wollen wir unser Verständnis von Handlung und Wahrnehmung Schleifen, um die bestehenden Probleme bei der Hand zu klären.

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Protocol

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1. Aufbau der Vorrichtung Stimulus

  1. Konstruieren Sie eine bewegliche Plattform auf einer Laufschiene. Jeder Stimulus wird auf der bewegbaren Plattform in Abhängigkeit von der Art des Versuchs gefordert platziert werden.
  2. Sichern Sie die Spur auf einen Tisch in angemessener Höhe, die für die Reiz Plattform, um auf Augenhöhe mit dem Teilnehmer, sich vor dem Tisch sitzen werden kann.
  3. Bringen Sie eine versenkbare Federmechanismus auf den Stimulus-Plattform. Verbinden Sie den Eingang zu der Federmechanismus auf einer Leiterplatte.
  4. Legen Sie eine Reihe von Lampen hinter der Teilnehmer Sitz, mit Blick auf den Stimulus-Plattform. Es ist wichtig, den Reiz Plattform gleichmäßig zu beleuchten, weil ungleichmäßige Beleuchtung können Schatten, die mit der illusorischen Wahrnehmung stören gegossen. Schließen Sie den Satz von Lampen zu einem Konverter, der es mit der Leiterplatte verbindet.
  5. Bringen Sie eine Switch-Box an den Rand des Tisches, wo die Nähe zu der Teilnehmer sitzen. Die Teilnehmer legen ihre Hand auf den Schaltkasten eint die zu Beginn eines jeden Versuch und aktivieren Sie den Schalter, sobald sie ihre Hand heben, um die Reichweite Bewegung auszuführen. Verknüpfen Sie die Switch-Box Eingang auf der Leiterplatte.
  6. Schließen Sie jedes Ausgangs-Pin der Leiterplatte, auf der Mikrokontroller, um die gleichzeitige Aktivierung des Zurückziehen des beweglichen Plattform über den Federmechanismus und dem Ausschalten der Lichter, wenn die Schalterdose wird ausgelöst, einem Stift steuern. Der Reiz muss eingefahren und das Licht ausschalten muss nach der Einleitung der Reichweite Bewegung in jedem Versuch, alle Online-visuelle Korrekturen und haptische Rückmeldung zu verhindern. Der Schaltkasten wird eingesetzt, so dass der Reiz Rückzug und Dunkelheit Beginn werden nur nach Bewegung beginnt durchgeführt, so dass diese eine unmittelbare Reichweite Aufgabe.
  7. Schreiben Sie eine MATLAB-Programm, das die Mikrocontroller Signale steuert. Verwenden Sie den MATLAB-Code, eine Folge von Studien speichern und weisen Sie den Experimentator, welche Impulse und Sichtbedingungen, um für jeden Versuch zu verwenden.
  8. Constructiont Trainingsreize, die Rück Perspektive Reiz, und die Eigen-Perspektive Reiz (Abbildungen 1 und 2). Trainingsreize bestehen aus zwei rechteckige Platten, die die isolierten rechten Oberfläche Wand des mittleren Gebäudes in der umgekehrten Perspektive-Stimulus und der richtigen Perspektive-Stimulus eingebettet. Der Zweck der Ausbildung Impulse werden in der experimentellen Prozedur erläutert. Anbringung rot ebenen Targetplatten auf der rechten Seite der Mittellinie der Stimuli.

2. Teilnehmer

  1. Erhalten schriftliche Einverständniserklärung des IRB-genehmigten Protokoll in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki vor Beginn der experimentellen Sitzung.
  2. Testen Sie die Teilnehmer für die Sehschärfe in jedem Auge, Stereopsis (mit einem Randot-Stereo-Test), und Augen Dominanz.
  3. Set-up die Motion-Capture-System. Verwenden vierzehn elektro-magnetische Sensoren bei 240 Hz und Motion-Tracking-Software. Das hochauflösende Aufzeichnungssystem alTiefen für die eingehende Analyse der Entfaltung der Bewegung in drei Dimensionen von vierzehn Sensoren gleichzeitig, dass in der Vergangenheit Studien fehlen.
    1. Zeigen zwölf der vierzehn Sensoren auf den folgenden Körpersegmente mit Sport Bands entwickelt, um die uneingeschränkte Bewegungsfreiheit des Körpers zu optimieren: Kopf, Rumpf, rechts und links Schultern, linken Oberarm, Unterarm, linken Handgelenk, rechten Oberarm, rechten Unterarm, rechts Handgelenk, rechten Zeigefinger und Daumen der rechten Hand.
    2. Die restlichen beiden Sensoren auf der Rückseite der Stimuli direkt hinter der Zielposition, um eine genaue Position des Ziels im 3D-Raum relativ während des Trainings und Versuchsblöcke an den Teilnehmer zu erreichen.

3. Experimentelles

  1. Legen Sie alle Reize aus der Sicht des Teilnehmers zu diesem Zeitpunkt. Schalten Sie alle Lichter bis auf die verwendet werden, um den Reiz Plattform beleuchten Lampen. Dim keine Computer-Bildschirmen, die in Gebrauch sind, um das Know laufenBeispiel, so dass die Lichter nicht mit der gleichmäßige Beleuchtung auf dem Gerät projiziert stören.
  2. Vor Beginn keine Studien, informieren die Teilnehmer des Experiments Fluss. Benachrichtigen sie der Reiz Rückzug und Ausschalten von Lichtern, sobald sie Bewegung initiieren durch Heben der Hand aus dem Schaltkasten. Erinnern Sie sie nicht zu versuchen, die Rückzugs Plattform folgen, aber nur an, wo das Ziel war zuletzt zu greifen. Demonstrieren, wie bei dem sie zuletzt erinnere mich, das Ziel durch Annäherung es normal, dass die wahrgenommene Oberfläche greifen.
  3. Beginnen Praxis Studien. Diese Studien ermöglichen die Teilnehmer bequem mit dem Setup zu werden. Es gibt keine Teststimulus auf der Plattform - nur ein schwarzes Brett mit einer Mittelstange verwendet Vorsprung auf Reize zu befestigen. Weisen Sie den Teilnehmer an der Mittelstange zu erreichen und die Hand wieder zur Ruhe nach Abschluss der Reichweite auf seine / ihre eigenen Tempo zu bringen,; wiederholen Sie für drei Versuche. Hinweis: Es ist wichtig, nicht auf Anweisungen, wie Retrac gebent die Hand; sollte diese Komponente automatisch und unter bewusster Kontrolle.
  4. Initiieren Ausbildung Studien. Fragen Sie die Teilnehmer, um seine / ihre Augen nach jedem Versuch für den Rest des Experiments zu schließen. Während die Augen der Teilnehmer geschlossen sind, bringt das Trainingsreiz für die in der MATLAB-Programm, um den Mittelpfosten genannt; die Reihenfolge der Ausbildung Stimuluspräsentation wird von der MATLAB-Programm für insgesamt acht Versuche, vier für jeden Stimulus randomisiert. Trainingsreize helfen, zeigen die Krümmung der Reichweite, wenn aufgefordert, auf Ziele auf physischen Oberflächen Vertreter der in den experimentellen Stimuli Ziele zu greifen.
  5. Beginnen experimentellen Studien. Es gibt drei Reizbedingungen für die experimentellen Studien: (1) reverspective unter illusorisch Wahrnehmung, wie in Fig. 1f (REV-ILLU), (2) unter reverspective veridical Wahrnehmung, wie in Fig. 1e (REV-VER) und (3) Eigen-Perspektive (PRO), wie in Abbildung 1c. Daran erinnern, dass Bedingungengen (1) und (2) nutzen die gleichen physikalischen Stimulus reverspective.
    1. Zunächst präsentieren die reverspective Reiz. Fragen Sie die Teilnehmer, wenn er / sie die illusorische Wahrnehmung des mittleren Gebäudes "Herausspringen" auf ihn / sie zu stabilisieren. Wenn der Teilnehmer hat Mühe, die Stabilisierung der illusorischen Wahrnehmung, legen Sie eine de-Sammellinse auf der nicht dominanten Auge Stereopsis zu schwächen, um die illusorische Wahrnehmung zu bewahren und gleichzeitig zu erreichen Entfernung zum Ziel 18. Wenn der Teilnehmer erfordert die de-Sammellinse, dann stellen Sie sicher, dass Sie ihn / sie anzuweisen, sie anzuziehen, vor jeder REV-ILLU Studie.
    2. Nach der ersten REV-ILLU-Studie, wird der MATLAB-Programm die Reihenfolge der Versuche zufällig. Für jeden Versuch, geben Sie die folgenden Anweisungen in Abhängigkeit von der Konjunktur Zustand:
      REV-ILLU: "Sehen Sie sich die mittleren Gebäude wie knallen aus Richtung zu Ihnen."
      REV-VER: "Sehen Sie sich die mittleren Gebäude wie Höhlenforschung in weg von dir."
      PRO: "Sehen Sie sich die mittleren Gebäude wie knallen aus Richtung you ".
      Sobald der Teilnehmer bestätigt eine stabile Wahrnehmung, bitten Sie sie auf das Ziel zu packen. Führen zwölf Studien für jede Bedingung für insgesamt 36 Versuchs Studien.

4. Datenanalyse

  1. Um die Bewegungen im Hinblick auf die zielgerichtete Reichweite und automatischer Rückzüge zu analysieren, die Daten zuerst zerfallen in zwei Klassen Bewegung durch Erfassen der Punkt, an dem die Geschwindigkeit der Bewegung, nach der Einleitung, nähert momentane Geschwindigkeit Null.
  2. Um Unterschiede in der Krümmung der Hand Weg Bahnen für jeden Stimulus Zustand aussehen, führen Sie die Wilks Lambda Teststatistik auf der 3-dimensionalen Datensatzes zu jedem Zeitpunkt während der Flugbahn. Die Wilks Lambda-Test verringert die Wahrscheinlichkeit, Teststatistik Λ zu einem skalaren Wert über Determinanten, die uns helfen ableiten, ob die mittlere Flugbahn Vektor für REV-ILLU ist ähnlich REV-VER-oder PRO-22.
  3. Um die Orientierung zu studierensetzung der Hand zum Ziel am Ende des zielgerichteten erreichen, die zwischen der Einheit Annäherungsvektor durch den Daumen, Zeige-und Handgelenk Sensorpositionen relativ zu dem Target zu Einheitsvektor normal zu der Oberfläche erzeugt wird (Fig. 5a gebildete Winkel vergleichen und 5b).

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Representative Results

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1. Hand Path Trajektorien

Ergebnisse werden für Betr VT gezeigt. Die Wilks Lambda Teststatistik ermöglicht die Reduktion der dreidimensionalen Raumdaten in einen skalaren Wert, der durch die Verwendung der Determinanten. Die Wilks Lambda-Statistik verwendet die Likelihood Ratio Test , In dem die "innerhalb" Summe der Quadrate und Produkte bilden Matrix E, und die "Gesamt" Summe der Quadrate und Produkte von Matrix (E + H). Die Regel besagt, dass, wenn Die Nullhypothese zurückgewiesen. In , ist das Niveau des Vertrauens,oad/51422/51422eq5.jpg "Breite =" 15 "/> die Anzahl von Variablen oder Abmessungen, und und sind die Freiheitsgrade für die Hypothese und den Fehler jeweils in dem ist die Anzahl der Bedingungen und ist die Anzahl der Versuche. In unserem Fall, und . Daher erhalten wir aus der Look-Up-Tabelle in Rencher der Methoden für die A Multivariate gefundennalyse 22.

Hand Bahn-Trajektorie Analyse unter Verwendung der Wilk-Test zeigen eine Lambda statistisch signifikanten Unterschied zwischen REV-ILLU und REV-VER Bedingungen in der Vorwärts, zielgerichtete Bewegung (Abbildung 3a), als Während des gesamten Pfades Progression (Abbildung 3d). Dieses Verhalten wird auch in der Rückzugs noninstructed wie in dem Diagramm (Fig. 4a und 4d) gesehen erhalten. Wie zu erwarten, der Vergleich zwischen dem REV-VER und PRO Bedingungen unterscheidet sich deutlich sowohl in der Vorwärts-und retractory Bewegungen (3b, 3e, 4b und 4e). Da die Entfaltung der Bewegung ist entscheidend bei der Bestimmung Unterschiede in Ansatz werden Wilks Lambda-Werte, basierend auf dem Prozentsatz der Hand Bahnverlauf komplett (3d Figuren-3f aufgetragen und vs REV-ILLU Vergleich (Abbildung 3d) sind vergleichbar mit denen in der REV-VER vs PRO Vergleich (Abbildung 3e) gefunden. Das gleiche gilt für das Zurückziehen der Hand (Fig. 4d und 4e). Die REV-ILLU und PRO Bedingungen unterscheiden sich nicht signifikant in beiden Bewegungs Klasse, wie für alle Lambda-Werte, basierend auf dem Prozentsatz der komplette Pfad sowohl in Vorwärts-und Rückzugs Fällen (3c, 3f, 4c und 4f).

2. Hand Orientierung

Bei der Prüfung der Orientierung der Hand, als sie sich dem Ziel in jedem Zustand, hand-Ansatz Vektoren in REV-VER Fälle unterscheiden sich von denen in der REV-ILLU und PRO Fällen (5c). REV-ILLU und PRO Bedingungen erzeugen ähnliche Handhaltungen, wenn die wahrgenommene Orientierung in Richtung Ziel für REV-ILLU und dem physikalischen Ziel für die richtigen Bedingungen. Die zwischen der mittleren Einheit Ansatz Vektor für REV-ILLU Studien und dem Einheitsvektor normal zur Zieloberfläche gebildete Winkel erzeugt eine 97,5197 ° ± 3,2228 Differenz (5d). Daran erinnern, dass die umgekehrte Perspektive-Stimulus erzeugt fast 90-Grad maximal Unterschiede zwischen Illusion und veridical Staaten. Dies schlägt daher vor, Betr VT orientiert ihre Hand in Richtung der Ziel wahrgenommen und nicht den physischen Standort des Ziel unter der illusorischen Wahrnehmung.

Figur 1
Abbildung 1. Die richtige und R-everse-Perspektive Stimuli. (ac) Die richtige oder "gezwungen" Perspektive. (A) Vorderansicht der lackierten Stimulus. (B) Orthographische Aussicht. (C) Draufsicht: die veridical Wahrnehmung einer konkaven Szene mit einem Pfeil veranschaulicht eine typische Reichweite Flugbahn für das Ziel. (A, df) Die Umkehrperspektiv entstehen zwei Wahrnehmungen in Teilen (e) gezeigt, und (f). (A) Vorderansicht der lackierten Stimulus. (D) Orthographische Aussicht. (E) Draufsicht: die veridical Wahrnehmung eines konvexen Szene mit einem Pfeil veranschaulicht eine typische Reichweite und Weise. (F) Draufsicht: die illusorische Wahrnehmung einer konkaven Szene - durch gestrichelte Linien dargestellt - mit einem Pfeil veranschaulicht eine typische Reichweite und Weise. Die gestrichelten Abbildung zeigt die wahrgenommene Schein nur 3D-Form. Die Position des Objektes ist nicht accurate; in der Tat, die illusorische Objekt wurde bewusst auf den Betrachter, um die Reichweite und Weise klären ausgeglichen. Die Krümmung aller Bahnen übertrieben ist, um die Unterschiede, die entstehen, zu veranschaulichen, in Abhängigkeit von der Wahrnehmung. Die Wahrnehmung von (f) stellt einen hervorragenden Test zur Prüfung, ob die Flugbahn erreicht wird durch die Illusion (Trajektorie (f)) oder durch die physikalische Fläche (Trajektorie (e)) geregelt. Beachten Sie, dass die Eigen-und Reverse-Perspektiven die gleiche Vorderansicht (a). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2. Trainingsreize. ( (Cd) Die rechteckige Platte hat die gleiche Ausrichtung wie die rechte Wand des mittleren Gebäudes in der umgekehrten Perspektive 3D-Anregung. (A, c) Schematische Zeichnungen der Draufsichten, um die Platzierung der Paneele zu veranschaulichen, mit Pfeilen, die typische Reichweite Trajektorien. Die Krümmung der Trajektorien übertrieben ist, um den Unterschied zu verdeutlichen. (B, d) Fotos der Reize, wie sie die Teilnehmer erschienen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Fig. 3
Abbildung3. Zukunfts Hand Path Analysis Flugbahn. (Ac) Mittelbahnen aufgetragen in weiß mit Konfidenzintervall (farbige Rohre) für jeden Punkt in der Flugbahn für umgekehrte Perspektive veridical (REV-VER in grün), Reverse-Perspektive illusorisch (REV-ILLU in blau) und Eigen-Perspektive (RICHTIGEN in rot) Bedingungen für die zielgerichtete, bestimmt Vorwärtsbewegung. (Df) Lambda Werte für paarweise Vergleiche der Bedingungen auf der Basis Prozentsatz der Weg komplett. Mit der Wilks Lambda-Test, wenn Die Nullhypothese zurückgewiesen. ist durch die gestrichelte Linie angegeben. In (d) REV-VER vs REV-ILLU und (e) REV-VER vs RICHTIGE Vergleiche (f) REV-ILLU vs RICHTIGE 0,5 Vergleich Daher Hand Weg Trajektorien zwischen den Bedingungen unterscheiden sich nicht signifikant. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Fig. 4
Abbildung 4. Rückzug Hand Path Analysis Flugbahn. (Ac) Mittlere Trajektorien in weiß mit Konfidenzintervall (farbige Rohre) für jeden Punkt in der Flugbahn für umgekehrte Perspektive veridical (REV-VER in grün) aufgetragen, Reverse-Perspektive illusorisch (REV- ILLU in blau) undEigen-Perspektive (RICHTIGEN in rot) Bedingungen für die spontane, automatische Zurückziehen der Hand. (Df) Lambda Werte für paarweise Vergleiche der Bedingungen auf der Basis Prozentsatz der Weg komplett. Mit der Wilks Lambda-Test, wenn Die Nullhypothese zurückgewiesen. ist durch die gestrichelte Linie angegeben. In (d) REV-VER vs REV-ILLU und (e) REV-VER vs RICHTIGE Vergleiche , Was einen signifikanten Unterschied zwischen der Hand Pfad Trajektorien. Für den (f) REV-ILLU vs angemessenen Vergleich, Daher Hand Weg Trajektorien zwischen ConditIonen unterscheiden sich nicht signifikant. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 5
Abbildung 5. Hand Orientierung. (A) Das Gerät Ansatz Vektor der Hand wird durch Sensoren auf den Daumen befindet, Index-und Handgelenk-Positionen definiert. (B) Einheit (gestrichelt) Vektoren senkrecht zur Zielfläche für die richtige Perspektive-(oben) und Reverse-Perspektive (Mitte und unten) Reize. Unter dem Schein Wahrnehmung (unten, gestrichelte Linien) Dieser Vektor wird als nahezu senkrecht zu der physikalischen Einheitsvektor (Mitte) wahrgenommen. (C) Hand-Ansatz aufgetragen Vektoren für REV-VER (grün), REV-ILLU (blau) und PROPER (rot) Studien ( Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Discussion

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Unsere Verfahren stellen eine Plattform für die Gültigkeit der wahrnehmungsAktionsModelle durch die Analyse der gesamten Entfaltung der Bewegung in Bezug auf das experimentelle Aufgabe zu testen. Das Paradigma kann modifiziert werden, um andere Arten von visuellen Reizen zu testen, um diesen Bereich der Forschung zu erweitern. Zum Beispiel können andere 3D-Diis auf das Gerät getestet werden, um zu sehen, wie Wechselwirkungen zwischen Top-down-und Bottom-up-Prozesse übersetzen auf verschiedene Reize. Die Methoden können auch angepasst werden, um klinischen Populationen, die Störungen der Wahrnehmung und Aktionsprozesse ausge testen. Darüber hinaus kann die Motion-Capture-System in unserer Studie eingesetzt mit anderen Arten von Aufnahmegeräten ersetzt werden, um am besten entsprechen die experimentelle Aufgabe. Die mögliche Verallgemeinerung dieser Verfahren für andere Anwendungen hält daher erheblichen Wert in der Weiterentwicklung der menschlichen Verhaltensforschung.

Wie bei jedem Verfahren, weist jedoch die derzeitige Paradigma seine Grenzen. Wegen der Entfernung von haptic Feedback und Online-Sichtkontrolle durch das Ausschalten der Lichter-und Einfahren des Stimulus, wird in der vorliegenden Studie nicht für die gleichzeitige Aufzeichnung von Augenbewegungen in Verbindung mit der Ausführung der Bewegung zu ermöglichen. Augenbewegungen können helfen, ob Teilnehmer oder verwenden Sie einen allozentrischen egozentrischen Referenzrahmen, um eine Top-down-oder Bottom-up-Strategie 25 beschäftigen. Da die aktuelle Design nicht die Fähigkeit haben, die Umsetzung dieser zusätzlichen Maßnahme ist es, nur die Erfassung kinematische Funktion des Körpers beschränkt ist. Alternative Strategien zur haptischen Rückmeldung und Online-Sichtkontrolle zu entfernen, kann gesucht werden, um Augenbewegungen Maßnahmen zu erfassen.

Neben diesem Rückschlag hat das experimentelle Design mehrere Vorteile gegenüber bestehenden Methoden. Seit letzten Studien über die bewusste, ziel Richtung Aktionen und Endpunkt-Daten konzentrieren, übersehen Forscher keine Auswirkungen in der nicht angewiesen, automatischem Rücklauf, und in der eigentlichen unfolding der Bewegung von der Einleitung zur Ruhe. Die hier vorgestellte Protokoll berücksichtigt sowohl bewusste und automatische Bewegungsformen, um dazu beizutragen, ein besseres Verständnis der sensorisch-motorischen Verhalten unter verschiedenen Wahrnehmungszustände. Im Gegensatz zu anderen Strategien, konzentriert sich dieses Paradigma auf beiden räumliche und zeitliche Effekte, um ein umfassendes Verständnis der visuomotorischen Schleife zu gewinnen. Darüber hinaus ist die Stärke des Stimulus reverspective in diesem Experiment verwendet trumpft andere Diis in der Vergangenheit (zB Hohl Gesicht Illusion) verwendet, wie seine Konfiguration erzeugt fast 90 ° Unterschiede in der wahrgenommenen Oberflächenorientierung unter veridical und illusorisch Staaten bleiben der Nähe genug, um den Teilnehmer denn er / sie, mit ihm zu interagieren. Diese maximale Differenz hilft bei der Begriffsklärung der Rolle des Top-down-Prozesse auf sensorisch-motorischen Verhalten.

Da die Studie der Top-down-Einflüsse auf die sensomotorischen Prozesse ist wichtig, nicht nur in der normatives System, sondern auch in klischen Bevölkerung kann dieses Paradigma als ein nützliches Werkzeug, um sie zu studieren. Zukünftige Anwendungen dieses Protokolls können, gehören Schneiderei die Studie für Krankheiten wie Schizophrenie (SZ). Es ist bekannt, dass eine bestimmte Subpopulation von Patienten mit SZ zeigen eine Abnahme der Top-down-Funktion und haben Probleme in Wahrnehmungsorganisation 26-28 bekannt. So, das Verständnis, wie diese übersetzt die Motordomäne können unser Wissen voranzubringen, um bessere Diagnoseinstrumente und Therapien für die SZ zu entwickeln.

Dieses Protokoll wurde sorgfältig entwickelt, um die Rolle des Top-down-Prozesse auf sensomotorische Verhalten zu untersuchen, insbesondere, wenn ein Teilnehmer wird gebeten, auf eine Zielscheibe auf einen Reiz, der mehrere Wahrnehmungen produziert zu erreichen. Die kritischen Schritte innerhalb dieses Protokolls sind in der Auswahl der Reize und in der hohen Auflösung von Motion-Capture-vom Beginn der Bewegung zurück in Ruhezustand. Auch helfen die leistungsfähigen statistischen Analysen verdeutlichen, ob dieillusorische Wahrnehmung beeinflusst Motor-Strategien. Da diese Versuchsanordnung ermöglicht die Aufzeichnung mit hoher Auflösung von natürlichen und spontanen motorischen beabsichtigten Verhaltensweisen, kann die Analyseplattform entwickelt, helfen, aufzuklären, die bestehenden Probleme in Wahrnehmungs-und Handlungsmodelle, die lange diskutiert worden sind. Die vorläufigen Ergebnisse für Betr VT veranschaulichen dieses Potenzial.

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Disclosures

Die Autoren erklären, keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Acknowledgments

Die Autoren danken den Mitgliedern des Labors für Vision Research und der Sensory-Motor Integration Laboratory für die Unterstützung Lauf Teilnehmer dieser Studie, Polina Yanovich, Joshua Dobias und Robert W. Isenhower für Hilfe in der Anfangsphase zu bestätigen, und Tom Gnade für seine Hilfe beim Aufbau der Reiz. Diese Arbeit wurde von den folgenden Quellen unterstützt: die NSF Graduierten Fellowship Program: Auszeichnung # DGE-0937373, die NSF CyberEnabled Entdeckung und Innovation Typ I (Idee): Grant # 094158, und der Rutgers-UMDNJ NIH Biotechnology Training Program: Erteilen # 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

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Methoden, um den Einfluss von Top-down-Prozesse auf Visuelle Motor Verhalten erkunden
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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).

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