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Behavior

Metodi per Esplora l'influenza di Top-down processi visivi sul comportamento motorio

doi: 10.3791/51422 Published: April 16, 2014

Summary

Non è chiaro come i segnali top-down dal flusso visivo ventrale influenzano il movimento. Abbiamo sviluppato un paradigma per testare il comportamento del motore verso un bersaglio su un 3D illusione di profondità inversione. Differenze significative sono riportate in entrambi i movimenti goal-directed intenzionali e le azioni automatiche in condizioni di visualizzazione illusorie e veritiere.

Abstract

Consapevolezza cinestetica è importante per navigare con successo l'ambiente. Quando interagiamo con il nostro ambiente quotidiano, alcuni aspetti del movimento sono deliberatamente previsti, mentre altri si verificano spontaneamente sotto consapevolezza cosciente. La componente intenzionale di questa dicotomia è stata ampiamente studiata in molti contesti, mentre la componente spontanea rimane esplorato sotto-gran parte. Inoltre, come i processi percettivi modulano queste classi di movimento è ancora chiaro. In particolare, una questione attualmente dibattuta è se il sistema visuo-motorio è regolato dalla percezione spaziale prodotta da una illusione ottica o se non è influenzata dalla illusione ed è disciplinato invece dalla percezione veridica. Percetti bistabile come 3D illusioni profondità di inversione (DIIS) forniscono un contesto eccellente per studiare tali interazioni e l'equilibrio, soprattutto quando usato in combinazione con portata da afferrare movimenti. In questo studio, si sviluppa una metodologia che utilizza un DII per clarficare il ruolo dei processi top-down in azione motoria, in particolare esplorando come raggiunge verso un bersaglio con una DII sono interessati a entrambi i domini movimento intenzionali e spontanee.

Introduction

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Vision-per-percezione vs Vision-per-azione

Per navigare con successo l'ambiente, informazioni dal sistema visivo è utilizzato per coordinare il movimento umano. Come si seleziona informazioni visive e priorità di influenzare le azioni motorie rimane poco chiaro. Due grandi proiezioni anatomiche derivano dalla corteccia visiva primaria per formare il ventrale ("cosa" o "visione per percezione") percorso, che si estende alla zona temporale, e la dorsale ("dove", o "visione per l'azione") pathway , al lobo parietale 1-2. Il flusso ventrale è implicato in utilizzando le informazioni visive per i processi percettivi, quali il riconoscimento di oggetti e l'identificazione, mentre il flusso dorsale è pensato di elaborare i segnali in esclusiva per l'orientamento dell'azione e consapevolezza spaziale. La domanda posta è se o non processi top-down dal flusso ventrale forma al modo in cui vengono eseguiti i movimenti.

Il fcaso di studio amous del paziente DF, valutati da Goodale e Milner nel 1992, ha fornito una forte evidenza e il supporto per l'ipotesi di due flussi video, che sostiene che i processi del flusso ventrale e dorsale sono separabili per la percezione e l'azione 3. In teoria, i segnali bottom-up di parallasse di movimento e di disparità binoculare possono ignorare top-down informazioni percettive come la conoscenza preliminare e la familiarità al fine di orientare con precisione le nostre azioni, suggerendo che la pianificazione del motore è impermeabile al controllo del flusso ventrale. DF, che soffriva di forma visiva agnosia causata da lesioni bilaterali occipitali ventrali, ha mantenuto la capacità di presa preciso verso gli oggetti che lei aveva difficoltà a riconoscere, sostenere la premessa del visual due flussi ipotesi 3-4. A causa di casi di studio come DF, si è ipotizzato che il funzionale ventrale-dorsale flusso dicotomia esisteva anche in individui sani, non patologiche. Tuttavia, se questi risultati forniscono la prova di un assodivisione liuto di lavoro per la percezione e l'azione in popolazioni neurotypical è stato molto dibattuto negli ultimi venti anni 5-10.

L'uso di illusioni per immagazzinare percezione e azione

Per verificare l'ipotesi visiva due flussi in soggetti neurotipici, i ricercatori impiegano illusioni visive per studiare come i giudizi percettivi distorta dell'ambiente influenzano le nostre azioni motorie. L'illusione Ebbinghaus / Titchener, per esempio, utilizza un obiettivo disco circondato da dischi più piccoli che sembra essere più grande di un altro disco della stessa dimensione, circondato da cerchi più grandi; ciò è dovuto ad un effetto taglia-contrasto 11. Quando i partecipanti arrivano a cogliere l'obiettivo del disco, se l'ipotesi di due corsi d'acqua è vero, allora l'apertura presa della mano afferra al bersaglio fisso lascia impregiudicata l'illusione, causando il partecipante ad agire sulla vera geometria del disco di destinazione piuttosto che contare su errata taglia Stima percettivoAtes. Aglioti et al. in relazione realtà questo comportamento, il ragionamento che i processi visivi separati regolano le azioni qualificati e percezione cosciente 11. Al contrario, altri gruppi hanno contestato questi risultati, non trovando dissociazione tra i processi di percezione e azione quando si controlla attentamente la corrispondenza dei compiti percettivi e afferrare, proponendo una integrazione di informazioni via visiva, piuttosto che una separazione 12. Nonostante diversi studi di follow-up condotti per convalidare o confutare l'ipotesi di due flussi video utilizzando l'illusione Ebbinghaus, ci sono pezzi concorrenti di prove per sostenere entrambi i lati della questione 13.

Per esplorare ulteriormente l'influenza della percezione visiva sui processi di azione, sono anche stati utilizzati 3D illusioni profondità di inversione (DII). DIIS producono il movimento illusorio e l'inversione profondità percepita delle scene in cui gli angoli concavi fisicamente sono percepiti come convesso e viceversa 14. The HollowFaccia illusione è un esempio di un DII che genera la percezione di una normale, faccia convessa anche se lo stimolo è fisicamente concava, implicando il ruolo di influenze top-down come la conoscenza preventiva e polarizzazione convessità di suscitare la percezione illusorio 15-16. Nonostante gli sforzi per caratterizzare il comportamento del motore al raggiungimento verso obiettivi sulla Hollow Illusion faccia, prova rimane equivoca: uno studio riporta un effetto sulla potenza motore 17, mentre un altro non lo fa 18. Questi studi si basano sul confronto tra stime di profondità percettive all'endpoint calcoli di distanza del relativo mano per obiettivi situati sulla Hollow Illusion volto. Risultati contrastanti su azioni eseguite su questo tipo di stimoli possono essere il risultato di variazioni nei metodi utilizzati dai ricercatori. Perché il modo in cui viene utilizzato le informazioni ventrale e dorsale flusso è ancora a discutere, questa polemica scintille la necessità di uno stimolo più robusto, con ulteriori misure avanzate di behavio motorer.

Questo è precisamente il motivo per cui una tecnica è stata sviluppata utilizzando stimoli reverse-prospettiche, comunemente indicato come "reverspectives", che costituiscono un'altra classe di DIIS 14. Spunti prospettiva lineare che sono dipinti su superfici piane tratti 3D producono concorrenza tra la geometria fisica dello stimolo e la scena dipinta reale. Segnali sensoriali guidate dai dati, come ad esempio la disparità binoculare e parallasse di movimento favoriscono la percezione veridica della geometria fisica, mentre la familiarità basato sull'esperienza con la prospettiva favorisce la percezione della profondità inversione (Figura 1). Il vantaggio del reverspective è che permette per il posizionamento di un bersaglio su una superficie stimolo cui percepito orientamento spaziale con l'illusione differisce di circa 90 gradi rispetto all'orientamento fisico (figure 1e e 1f). Questa differenza enorme facilita notevolmente testare se portata-per-afferrare i movimenti sono o non sono influenzato dall'illusione. Questa nozione è la chiave per esplorare o meno azioni motorie eseguite sul reverspective sono influenzati da influenze top-down dal flusso ventrale.

Classi di movimento nei modelli percezione-azione

Se diverse strategie motorie sono impiegate sotto percezioni illusorie e veritiere quando afferra verso un bersaglio su uno stimolo reverspective, allora può essere facilmente monitorati studiando la curvatura dell'approccio della mano. Inoltre, l'analisi di dall'iniziazione del movimento goal-directed l'intero movimento dispiegarsi al spontaneo, retrazione automatica della mano al suo stato di riposo può infatti bypass eventuali carenze riscontrate nei metodi passati di test per influenza percettiva in uscita del motore. Recenti studi evidenziano l'importanza di studiare l'equilibrio tra queste due classi di movimento così come l'uso dei segmenti spontanee dai sistemi nervosi per Contro predittiva e preventival 19-21,23-24. La classe è stata statisticamente definita di movimenti spontanei-automatico fornisce nuove metriche e le caratteristiche che risultano essere cruciale come quelle goal-directed sono stati finora per tenere traccia delle modifiche sensoriali-motorie e di quantificare gli aspetti sottili di comportamenti naturali.

A nostra conoscenza, ricerca esistente sull'ipotesi di due flussi video si concentra solo sugli atti goal-directed, ignorando in tal modo gli eventuali effetti sui movimenti di transizione automatici che sono componenti significativi per il completamento del ciclo di azione visuomotorio. L'accento deve quindi essere posto sull'importanza dei movimenti automatici, al fine di cogliere appieno entrambe le modalità di comportamento motorio nel presente paradigma di chiarire le questioni riguardanti i modelli di percezione-azione visiva. Qui i metodi sono stati sviluppati per indagare il ruolo della segnalazione top-down nel flusso ventrale visivo sul modulazione comportamento motorio in, dominio un'azione deliberata goal-directed in collaborazione con spontanea, di transitomovimenti ionale con un robusto DII stimolo reverse-prospettiva.

Fondamento logico

Si ipotizza che, se i processi visivi top-down influenzano il sistema sensoriale-motorio, traiettorie pieno movimento verso l'obiettivo incorporato nella scena inversa prospettiva 3D sotto la percezione illusoria sarà diverso dall'approccio bersaglio suscitato dalla percezione veridica (figure 1e e 1f). Inoltre, poiché la percezione illusoria dello stimolo reverspective è molto simile a quella ottenuta con un corretto ("forzato") stimolo prospettiva, infiltrazione eseguita verso un obiettivo incorporato di un reverspective dovrebbero essere simili in caratteristiche a raggiunge svolte sotto l'influenza del illusione sullo stimolo reverspective (Figure 1 quater e 1 septies).

Se il top-down influenze visive non influenzano la traiettoria di movimento, allora si ipotizza che raggiunge fatta under la percezione illusoria si presentano le stesse caratteristiche raggiunge effettuati nell'ambito della percezione veridica sullo stimolo reverspective (Figura 1e). In altre parole, raggiunge percezione sia illusorie e veridiche sarebbero simili in natura, in modo che entrambi i percorsi di traiettoria avanti agirebbero sulla vera geometria dello stimolo. Come effetti osservati in avanti raggiungono tradurre nella ritrazione automatica della mano è sconosciuto. Con l'ausilio di un'analisi completa del motore, puntiamo a migliorare la nostra comprensione di azione e percezione passanti per chiarire le questioni esistenti a portata di mano.

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Protocol

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1. Costruire la Apparato stimolo

  1. Costruire una piattaforma mobile su un binario di scorrimento. Ogni stimolo verrà disposto sulla piattaforma mobile a seconda del tipo di processo richiesto.
  2. Fissare la traccia su un tavolo ad una altezza adeguata che permette la piattaforma stimolo sia a livello degli occhi con il partecipante di essere seduti davanti al tavolo.
  3. Collegare un meccanismo a molla scomparsa alla piattaforma stimolo. Collegare l'ingresso al meccanismo a molla di un circuito.
  4. Posizionare un set di lampade dietro il sedile del partecipante, di fronte la piattaforma stimolo. E 'importante per illuminare la piattaforma di stimolo in modo uniforme, perché l'illuminazione non uniforme, può proiettare ombre che interferiscono con la percezione illusoria. Collegare il set di lampade ad un convertitore che lo lega al circuito.
  5. Collegare un commutatore al bordo del tavolo più vicino al quale si siederanno al partecipante. I partecipanti hanno posto la loro mano sul contenitore di interruttore at all'inizio di ogni prova e attivare l'interruttore non appena alzano la mano per eseguire il movimento portata. Collegare l'ingresso del box interruttore per il circuito.
  6. Collegare ogni pin di uscita del circuito di un perno sul microcontrollore per controllare l'attivazione simultanea di retrazione della piattaforma mobile tramite il meccanismo a molla e lo spegnimento delle luci quando il commutatore viene attivato. Lo stimolo deve rientrare e le luci devono spegnersi dopo l'inizio del movimento di portata in ogni prova per evitare qualche correzione visiva online e feedback tattile si verifichi. Il commutatore è impiegato in modo tale che la retrazione stimolo e l'oscurità esordio vengono eseguite solo dopo il movimento inizia, rendendo questo un compito immediato portata.
  7. Si scriva un programma MATLAB che controlla i segnali del microcontrollore. Utilizzare il codice MATLAB per memorizzare una sequenza di prove e istruire lo sperimentatore quali stimoli e condizioni di visualizzazione da utilizzare per ogni prova.
  8. Construcstimoli t formazione, lo stimolo inversa prospettiva, e lo stimolo corretta-prospettiva (Figure 1 e 2). Stimoli formativi sono costituiti da due pannelli rettangolari che rappresentano l'isolato muro superficie destra dell'edificio centrale incorporato nel stimolo inversa prospettiva e lo stimolo adeguato-prospettiva. Lo scopo degli stimoli formazione sarà discusso nella procedura sperimentale. Fissare obiettivi planari disco rosso a destra della linea mediana degli stimoli.

2. Partecipanti

  1. Ottenere il consenso informato scritto del IRB approvato protocollo nel rispetto della Dichiarazione di Helsinki prima di iniziare la sessione sperimentale.
  2. Testare il partecipante per l'acuità visiva in ciascun occhio, stereopsi (utilizzando un test Randot-Stereo), e la dominanza oculare.
  3. Set-up del sistema di motion capture. Utilizzare quattordici sensori elettro-magnetici a 240 Hz e software di motion tracking. Il sistema di registrazione ad elevata risoluzione alminimi per l'analisi approfondita dello svolgimento del movimento in tre dimensioni di quattordici sensori contemporaneamente, che studi precedenti non hanno.
    1. Mettere dodici dei quattordici sensori sui seguenti segmenti corporei utilizzando le bande sportive progettate per ottimizzare la libertà di movimento del corpo: testa, tronco, destra e sinistra spalle, parte superiore del braccio sinistro, sull'avambraccio sinistro, polso sinistro, braccio destro, avambraccio destro, polso, mano destra dito indice e pollice della mano destra.
    2. Posizionare i rimanenti due sensori sul retro degli stimoli direttamente dietro la posizione di destinazione di raggiungere una posizione accurata del target nello spazio 3D rispetto al partecipante durante la formazione e blocchi sperimentali.

Procedura sperimentale 3.

  1. Mettere tutti gli stimoli di vista dal partecipante in questo momento. Spegnere tutte le luci ad eccezione delle lampade utilizzate per illuminare la piattaforma di stimolo. Dim eventuali schermi di computer in uso per eseguire la compeanche provare in modo che le luci non interferiscono con l'accensione anche proiettata sul apparato.
  2. Prima di iniziare qualsiasi sperimentazione, informa il partecipante del flusso esperimento. Comunica loro la retrazione stimolo e lo spegnimento delle luci, una volta che iniziano il movimento sollevando la mano fuori dalla scatola dell'interruttore. Ricorda loro di non cercare di seguire la piattaforma retrattile, ma solo afferrare dove l'obiettivo è stato visto l'ultima volta. Dimostrare come afferrare dove durano ricordo di aver visto il target avvicinandosi normale alla superficie percepita.
  3. Inizia prove pratiche. Queste prove permettono al partecipante di diventare agio con la configurazione. Non c'è stimolo test sulla piattaforma - solo un bordo nero con una sporgenza poli utilizzato per collegare stimoli. Istruire i partecipanti per raggiungere al polo centrale e per portare la mano torna a riposare al termine della portata, alla sua / il suo proprio ritmo; ripetere per tre prove. Nota: E 'importante non dare istruzioni su come retrazionet la mano; questa componente dovrebbe essere automatica e sotto controllo cosciente.
  4. Avviare prove di formazione. Chiedere al partecipante di chiudere il suo / suoi occhi dopo ogni prova per il resto dell'esperimento. Mentre gli occhi del partecipante sono chiuse, apporre lo stimolo di formazione denominato nel programma MATLAB per il palo centrale; l'ordine di presentazione stimolo allenante è randomizzato dal programma MATLAB per un totale di otto prove, quattro per ogni stimolo. Stimoli di formazione aiutano a dimostrare la curvatura della portata quando gli viene chiesto di afferrare a bersagli su superfici fisiche rappresentante degli obiettivi utilizzati nelle stimoli sperimentali.
  5. Inizia prove sperimentali. Ci sono tre condizioni di stimolo per le prove sperimentali: (1) reverspective sotto percept illusorio, come in Figura 1f (REV-illu), (2) reverspective sotto percezione veridica, come in Figura 1e (REV-VER) e (3) corretta-prospettiva (PRO), come in Figura 1c. Ricordiamo che condizionizioni (1) e (2) utilizzare lo stesso stimolo fisico reverspective.
    1. Prima di presentare lo stimolo reverspective. Chiedere al partecipante se lui / lei può stabilizzare la percezione illusoria del palazzo di mezzo "saltar fuori" verso di lui / lei. Se il partecipante ha difficoltà a stabilizzare la percezione illusoria, mettere una lente di messa a fuoco sugli occhi non dominante per indebolire stereopsi al fine di preservare la percezione illusoria, pur mantenendo raggiungere distanza del bersaglio 18. Se il partecipante richiede la lente di messa a fuoco, quindi assicurarsi di istruire lui / lei a metterli prima di ogni prova REV-ILLU.
    2. Dopo la prima prova REV-ILLU, il programma MATLAB casuale l'ordine delle prove. Per ogni prova, dare le seguenti istruzioni a seconda della condizione di stimolo:
      REV-ILLU: "Guarda l'edificio centrale come saltar fuori verso di te."
      REV-VER: "Guarda l'edificio centrale come speleologia lontano da voi."
      PRO: "Vedi l'edificio centrale come saltar fuori verso you ".
      Una volta che il partecipante conferma un percetto stabile, chiedere loro di afferrare il bersaglio. Eseguire dodici prove per ciascuna condizione per un totale di 36 prove sperimentali.

4. Analisi dei dati

  1. Per analizzare i movimenti in termini di portata goal-directed e retrazioni automatiche, prima scomporre i dati in due classi movimento rilevando il punto in cui la velocità del movimento, dopo l'apertura, si avvicina velocità zero istantanea.
  2. Per cercare differenze nella curvatura della mano traiettorie di percorso per ogni condizione di stimolo, eseguire Lambda prova Statistica del Wilk sul set di dati 3-dimensionale in ogni momento durante la traiettoria. Lambda test del Wilk riduce il test probabilità statistica Λ un valore scalare mediante determinanti per aiutarci dedurre se il vettore medio di traiettoria per REV-illu è simile a REV-VER o PRO 22.
  3. Per studiare l'orientamentozione della mano verso il bersaglio alla fine della portata goal-directed, confrontare l'angolo formato tra il vettore approccio unità generato dal pollice, indice e polso posizioni della sonda rispetto al vettore unitario del bersaglio normale alla superficie (figure 5a e 5b).

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Representative Results

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1. Mano Traiettorie Path

I risultati sono mostrati per Rappresentante Oggetto VT. Lambda Statistica test del Wilk consente la riduzione dei nostri dati spaziali tridimensionali in un valore scalare dall'uso di determinanti. Statistica lambda del Wilk utilizza il test del rapporto di verosimiglianza , In cui la somma 'all'interno' di piazze e prodotti forma matriciale E, e la somma 'totale' di piazze e prodotti di matrice forma (E + H). La norma stabilisce che, quando , L'ipotesi nulla viene rifiutata. In , è il livello di fiducia,oad/51422/51422eq5.jpg "width =" 15 "/> è il numero di variabili o dimensioni, e e sono i gradi di libertà per l'ipotesi di errore e, rispettivamente, in cui è il numero di condizioni e è il numero di prove. Nel nostro caso, e . Pertanto, si ottiene dalla tabella di look-up trovato in Metodi di Rencher per multivariata AANALISI 22.

Percorso Mano analisi della traiettoria usando Lambda prova del Wilk rivelano una differenza statisticamente significativa tra REV-ILLU e condizioni REV-VER in avanti, movimento goal-directed (Figura 3a), come tutto progressione dell'intero percorso (Figura 3d). Questo comportamento si conserva anche la retrazione noninstructed come si vede nel grafico (figure 4a e 4d). Come previsto, il confronto tra il REV-VER e condizioni PRO differisce significativamente in entrambi i movimenti in avanti e retractory (figure 3b, 3e, 4b e 4e). Dal momento che il dispiegarsi di movimento è fondamentale nel determinare differenze di approccio, i valori lambda di Wilk sono tracciate in base alla percentuale di mano traiettoria percorso completo (figure 3d-3f e vs confronto REV-ILLU (Figura 3d) sono simili a quelli trovati nel REV-VER vs PRO confronto (Figura 3e). Lo stesso vale per la retrazione della mano (Figure 4 quinquies e 4 sexies). Il REV-ILLU e condizioni PRO non differiscono in modo significativo in entrambi classe movimento, come per tutti i valori lambda in base alla percentuale di percorso completo sia in avanti e casi retrazione (figure 3c, 3f, 4c, e 4f).

2. Orientamento della mano

Nell'esaminare l'orientamento della mano che si avvicina il bersaglio in ogni condizione, hanvettori d-approccio nei casi REV-VER differiscono da quelli del REV-ILLU e casi PRO (Figura 5c). REV-ILLU e condizioni PRO producono posture simili, a mano quando orientando verso l'obiettivo percepita di REV-ILLU e l'obiettivo fisico per condizioni adeguate. L'angolo formato tra il vettore medio approccio unità per prove REV-illu e il versore normale alla superficie bersaglio produce un 97,5197 ° ± 3,2228 differenza (figura 5d). Ricordiamo che lo stimolo di inversione prospettiva genera quasi differenze massime di 90 gradi tra stati illusori e veritiere. Questo suggerisce quindi che rappresentativa Oggetto VT orientato la sua mano verso il bersaglio percepito e non la posizione fisica del bersaglio sotto la percezione illusoria.

Figura 1
Figura 1. L'propriamente e REverse-Perspective stimoli. (ac) La prospettiva "costretto"-proprio o. (A) Vista frontale dello stimolo dipinta. (B) La vista ortografica. (C) Vista dall'alto: la percezione veridica di una scena concavo con una freccia che illustra una tipica traiettoria portata per il target. (A, df) Il reverse-prospettiva dà origine a due percezioni, mostrati in parti (e) e (f). (A) Vista frontale dello stimolo dipinta. (d) La vista ortografica. (E) Vista dall'alto: la percezione veridica di una scena convesso con una freccia che illustra una tipica traiettoria portata. (F) Vista dall'alto: la percezione illusoria di una scena concavo - mostrato da linee tratteggiate - con una freccia che illustra una tipica traiettoria portata. La figura tratteggiata indica solo la forma 3D illusorio percepito. La posizione dell'oggetto non e decTE; infatti, l'oggetto illusorio stato deliberatamente compensato verso l'osservatore per chiarire la traiettoria portata. La curvatura di tutte le traiettorie è esagerato per illustrare le differenze che potrebbero risultare, a seconda della percezione. La percezione di (f) fornisce un'ottima prova per valutare se la traiettoria raggiungere è regolato dalla illusione (traiettoria di (f)) o dalla superficie fisica (traiettoria della (e)). Si noti che i corretta-e reverse-prospettive condividono la stessa vista frontale (a). cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2
Figura 2. Formazione stimoli. ( (Cd) Il pannello rettangolare ha lo stesso orientamento della parete destra dell'edificio centrale nello stimolo 3D reverse-prospettiva. (A, c) i disegni schematici delle migliori viste per illustrare il posizionamento dei pannelli, con le frecce che indicano traiettorie tipiche portata. La curvatura delle traiettorie è esagerato per illustrare la differenza. (B, d) Le fotografie degli stimoli come apparivano ai partecipanti. cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura3. Path Forward mano Traiettoria Analysis. (Ac) traiettorie medie tracciate in bianco, con intervalli di confidenza (tubi colorati) per ogni punto della traiettoria di inversione prospettica veridica (REV-VER in verde), inversione di prospettiva illusoria (REV-ILLU in blu), e proprio-prospettiva (CORRETTO in rosso) le condizioni per il movimento in avanti destinato goal-directed. (Df) valori di Lambda per confronti a coppie delle condizioni basano sulla percentuale di percorso completo. Usando Lambda prova del Wilk, quando , L'ipotesi nulla viene rifiutata. è dato dalla linea tratteggiata. In (d) REV-VER vs REV-ILLU e (e) REV-VER vs confronti CORRETTE, (f) REV-ILLU vs adeguato confronto .5, , Quindi traiettorie percorso mano tra le condizioni non differiscono in modo significativo. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4. Percorso di svincolo a mano Traiettoria Analysis. (Ac) traiettorie medie tracciate in bianco, con intervalli di confidenza (tubi colorati) per ogni punto della traiettoria di inversione prospettica veridica (REV-VER in verde), inversione di prospettiva illusoria (REV- ILLU in blu), ecorretta-prospettiche (CORRETTE in rosso) le condizioni per la spontanea, retrazione automatica della mano. (Df) valori di Lambda per confronti a coppie delle condizioni basano sulla percentuale di percorso completo. Usando Lambda prova del Wilk, quando , L'ipotesi nulla viene rifiutata. è dato dalla linea tratteggiata. In (d) REV-VER vs REV-ILLU e (e) REV-VER vs confronti CORRETTE, , Indicando una differenza significativa tra mano traiettorie di percorso. Per la (f) REV-ILLU vs confronto CORRETTO, , Quindi traiettorie percorso mano tra condizioni non differiscono in modo significativo. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
Figura 5. Mano Orientamento. (A) Il vettore approccio unità della mano è definita da sensori posti sul pollice, indice e posizioni polso. (B) Unità (tratteggiata) vettori normali alla superficie di destinazione per il corretto-prospettiva (in alto) e reverse-prospettica (basso e intermedio) stimoli. Sotto la percezione illusorio (pannello inferiore linee tratteggiate) questo vettore è percepito come quasi perpendicolare al vettore unità fisica (centro). (C) i vettori di avvicinamento della mano tracciate per REV-VER (verde), REV-ILLU (blu), e (RED) Ricerche CORRETTE, ( Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

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I nostri metodi forniscono una piattaforma per testare la validità dei modelli percezione-azione analizzando tutto lo svolgimento del movimento in relazione al compito sperimentale. Il paradigma può essere modificato per testare altri tipi di stimoli visivi di ampliare questo settore di ricerca. Ad esempio, altri DIIS 3D può essere provato con l'apparecchio per vedere come le interazioni tra processi top-down e bottom-up si traducono in vari stimoli. I metodi possono inoltre essere calibrate per testare popolazioni cliniche che possono avere perturbazioni nei processi di percezione e azione. Inoltre, il sistema di motion capture utilizzata nel nostro studio può essere sostituito con altri tipi di apparecchi per soddisfare al meglio l'attività sperimentale. La possibile generalizzazione di questi metodi per altre applicazioni detiene pertanto un valore significativo per il progresso della ricerca comportamentale umana.

Tuttavia, come con qualsiasi tecnica, il paradigma attuale ha i suoi limiti. A causa della rimozione di HAPrisposte tic e linea controllo visivo spegnendo le luci e ritraendo lo stimolo, il presente studio non consente la registrazione simultanea dei movimenti oculari in concomitanza con l'esecuzione del movimento. I movimenti oculari possono aiutare a identificare o meno partecipanti utilizzano un telaio allocentrica o egocentrica di riferimento di assumere un top-down o bottom-up strategia 25. Perché il design attuale non ha la capacità di attuazione di questa misura supplementare, è costretto a catturare solo la funzione cinematica del corpo. Strategie alternative per eliminare il feedback tattile e il controllo visivo in linea possono essere ricercate per catturare azioni movimento degli occhi.

Oltre a questa battuta d'arresto, il disegno sperimentale ha diversi vantaggi rispetto ai metodi esistenti. Da studi precedenti sono concentrati sui deliberate, le azioni goal-direzionali e dati end-point, i ricercatori trascurati gli effetti della non-istruito, ritorno automatico, e nel unfoldi realeng di iniziazione dal movimento di riposare. Il protocollo qui presentato prende in considerazione sia le forme intenzionali e automatiche del movimento per aiutare a costruire una migliore comprensione del comportamento sensomotorio sotto diversi stati percettivi. A differenza di altre strategie, questo paradigma si concentra su entrambi gli effetti spaziali e temporali per acquisire una piena comprensione del ciclo visuomotorio. Inoltre, l'intensità dello stimolo reverspective utilizzato in questo esperimento trionfi altri Diis utilizzati in passato (ad es cava faccia illusione) come configurazione genera quasi 90 ° differenze di orientamento della superficie percepita sotto stati veridiche e illusorie pur rimanendo abbastanza vicino al partecipante per lui / lei per interagire con esso. Questa differenza massima aiuta nella disambiguazione del ruolo dei processi top-down sul comportamento senso-motorio.

Poiché lo studio delle influenze top-down sui processi sensomotori è importante non solo nel sistema normativo, ma anche in clinpopolazioni iCal, questo paradigma potrebbe rivelarsi uno strumento utile per studiarli. Le future applicazioni di questo protocollo possono includere sartoria lo studio di patologie come la schizofrenia (SZ). E 'noto che una certa sottopopolazione di pazienti con SZ mostra una diminuzione funzionamento dall'alto verso il basso e sono noti problemi nell'organizzazione percettiva 26-28. Così, capire come questo si traduce al dominio motore può avanzare la nostra conoscenza per sviluppare migliori strumenti diagnostici e terapie per la SZ.

Questo protocollo è stato accuratamente progettato per studiare il ruolo dei processi top-down sul comportamento senso-motorio, in particolare quando un partecipante viene chiesto di raggiungere ad un bersaglio su uno stimolo che produce più percetti. I passaggi critici all'interno di questo protocollo sono nella selezione degli stimoli e l'alta risoluzione di cattura del movimento tra l'avvio del movimento di ritorno alla condizione di riposo. Inoltre, le potenti analisi statistiche aiutano a chiarire se l'percezione illusoria influenza strategie motorie. Perché questo disegno sperimentale permette la registrazione ad alta risoluzione di comportamenti naturali destinate e spontanea del motore, la piattaforma analitica sviluppata può aiutare a chiarire le problematiche esistenti in modelli di percezione-azione che sono state a lungo dibattute. I risultati preliminari rappresentativa Argomento VT illustrano questo potenziale.

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Disclosures

Gli autori dichiarano interessi finanziari concorrenti.

Acknowledgments

Gli autori desiderano ringraziare i membri del Laboratorio di Vision Research e Sensory-Motor Integration Laboratory per aiutare i partecipanti corrono in questo studio, Polina Yanovich, Joshua Dobias, e Robert W. Isenhower aiuto nella fase iniziale di progettazione, e Tom Grazia per il suo aiuto nella costruzione di stimolo. Questo lavoro è stato sostenuto dalle seguenti fonti: il Graduate Research Fellowship Program NSF: Aggiudicazione # DGE-0937373, la NSF CyberEnabled Discovery e l'innovazione di tipo I (Idea): Grant # 094158, e il Programma NIH Biotecnologie Training Rutgers-UMDNJ: Concessione # 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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Metodi per Esplora l'influenza di Top-down processi visivi sul comportamento motorio
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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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