Summary
Det er uklart hvor top-down signaler fra ventral visuell stream påvirke bevegelse. Vi utviklet et paradigme for å teste motor oppførsel mot et mål på en 3D-dybde inversjon illusjon. Vesentlige forskjeller er rapportert i både bevisste, målrettede bevegelser og automatiske handlinger i henhold illusoriske og veridical visningsforhold.
Abstract
Kinestetisk bevissthet er viktig å kunne navigere miljøet. Når vi samhandler med våre daglige omgivelser, er noen aspekter ved bevegelse bevisst planlagt, mens andre spontant oppstå under bevisst oppmerksomhet. Den bevisste delen av denne dikotomien har blitt studert inngå i flere sammenhenger, mens den spontane komponent fortsatt i stor grad under-utforsket. Dessuten, hvordan perseptuelle prosesser modulere disse bevegelse klasser er fortsatt uklart. Spesielt er en dag debattert tema om visuomotor systemet er styrt av den romlige percept produsert av en visuell illusjon, eller om det ikke er påvirket av illusjon, og styres i stedet av den veridical percept. Bistabila persepter som 3D-dybde inversjon illusjoner (Diis) gir en utmerket kontekst for å studere slike interaksjoner og balanse, spesielt når de brukes i kombinasjon med rekkevidde-til-grep bevegelser. I denne studien, er en metodikk utviklet som bruker en DII til clarify rollen som top-down prosesser på motor handling, spesielt utforske hvordan kommer mot et mål på en DII er berørt i både bevisste og spontan bevegelse domener.
Introduction
Vision-for-Perception vs Vision-for-Handling
For å kunne navigere miljøet, er informasjon fra det visuelle systemet utnyttes til å bidra til å koordinere menneskelig bevegelse. Hvor visuell informasjon er valgt og prioritert å påvirke motoriske handlinger er fortsatt uklart. To store anatomiske anslag oppstå fra den primære visuelle cortex å danne ventral ("hva", eller "visjon for persepsjon") veien, som strekker seg til den verdslige området, og dorsal ("der", eller "visjon for handling") veien , til isselappen 1-2. Den ventrale strømmen er innblandet i å utnytte visuell informasjon for perseptuelle prosesser som objekt gjenkjennelse og identifikasjon, mens rygg strømmen er tenkt å utelukkende behandle signaler for action veiledning og romlig bevissthet. Spørsmålet stilles er hvorvidt top-down prosesser fra ventral stream forme måten bevegelser fore.
Den famous casestudie av pasient DF, evalueres av Goodale og Milner i 1992, forutsatt sterke bevis og støtte for den visuelle med to bekker hypotesen, som hevder at ventral og dorsal stream prosesser er delbar for persepsjon og handling tre. I teorien kan bottom-up signaler om bevegelse parallakse og kikkert misforhold styre top-down perseptuelle informasjon som tidligere kunnskap og kjennskap for å nøyaktig veilede våre handlinger, noe som tyder på at motor planlegging er ugjennomtrengelig for ventral stream kontroll. DF, som led av visuell form agnosia forårsaket av bilaterale ventral occipitale lesjoner, beholdt nøyaktig fatte evne mot objekter som hun hadde problemer med å gjenkjenne, støtter forutsetningen for den visuelle med to bekker hypotesen 3-4. På grunn av case-studier som DF, ble det antatt at den funksjonelle ventral-dorsal stream dikotomi eksisterte også hos friske, nonpathological individer. Men hvorvidt disse funnene gir bevis for en absolutt arbeidsdeling for persepsjon og handling i neurotypical bestander har blitt heftig debattert i løpet av de siste tjue årene 5-10.
Bruk av Illusions å skille Perception og handling
For å teste den visuelle med to bekker hypotesen i neurotypical fag, ansetter forskere visuelle illusjoner å undersøke hvordan skjeve perseptuelle dommer av miljøet påvirker våre motoriske handlinger. Den Ebbinghaus / Titchener Illusion, for eksempel, bruker en disk target omgitt av mindre disker som ser ut til å være større enn en annen disk av samme størrelse omgitt av større sirkler; dette skyldes en størrelse kontrast effekt 11. Når deltakere kommer til å gripe skiven målet, dersom de to-strømmer av hypotesene er sant, så grepet åpning av hånden griper på disken målet vil være upåvirket av den illusion, forårsaker deltakeren til å opptre på den sanne geometrien til disken target heller enn å stole på feil perseptuelle størrelse estimater. Aglioti et al. faktisk rapport denne oppførselen, resonnement som separate visuelle prosesser styrer dyktige handlinger og bevisste oppfattelsen 11. Omvendt har andre grupper omstridt disse resultatene, finne ingen dissosiasjon mellom persepsjon og handling prosesser når nøye kontrollere matching av perseptuelle og fatte oppgaver, foreslår en integrering av visuell stream informasjon snarere enn en separasjon 12. Til tross for flere oppfølgingsstudier for å bekrefte eller avkrefte det visuelle med to bekker hypotesen ved hjelp av Ebbinghaus Illusion, det finnes konkurrerende biter av bevis for å støtte begge sider av argumentet 13.
For ytterligere å undersøke påvirkning av visuell persepsjon på handlingsprosesser, har 3D-dybde inversjon illusjoner (DII) også vært benyttet. Diis produsere illusorisk bevegelse og oppfattet dybden reversering av scener hvor fysisk konkave vinkler oppfattes som konvekse og vice versa 14. The HollowFace Illusion er et eksempel på en DII som genererer oppfatningen av en normal, konveks ansiktet selv om stimulus er fysisk konkav, impliserer rollen som top-down påvirkninger som forkunnskaper og konveksitet skjevhet å lokke fram den illusoriske percept 15-16. Til tross for innsatsen for å karakterisere motor atferd i å nå mot mål på Hollow Face Illusion, forblir bevis tvetydig: en studie rapporterer en effekt på motor utgang 17, mens en annen ikke 18. Disse studiene er avhengige av å sammenligne perseptuelle dybdeanslag til endepunkt avstandsberegninger i hånden i forhold til målene som ligger på Hollow Face Illusion. Motstridende resultater for handlinger som utføres på denne type stimuli kan være et resultat av variasjonene i metoder som brukes av forskere. Fordi måten ventral og dorsal stream informasjonen er benyttet er fortsatt opp til debatt, gnister denne uenigheten behovet for et mer robust stimulans med flere avanserte målinger av motor behavior.
Dette er nettopp derfor en teknikk ble utviklet ved hjelp av omvendt-perspektiv stimuli, ofte referert til som "reverspectives", som er en annen klasse av Diis 14. Lineære perspektiv signaler som er malt på stykkevis 3D plane overflater produsere konkurranse mellom den fysiske geometri av stimulus og den faktiske malt scene. Datadrevne sensoriske signaler, som kikkerten misforhold og bevegelse parallakse favorisere veridical iakttagelsen av den fysiske geometri, mens erfaringsbasert kjennskap perspektiv favoriserer dybde-inversjon percept (figur 1). Fordelen med reverspective er at det gir mulighet for plassering av et mål på en stimulans overflate som oppfattes romlig orientering under illusjonen avviker med nesten 90 grader fra sin fysiske orientering (Tall 1e og 1f). Denne enorme forskjellen i stor grad forenkler testing om rekkevidde-for-fatte bevegelser er eller ikke er influenced av illusjonen. Denne forestillingen er nøkkelen til å utforske hvorvidt motor handlinger utført på reverspective påvirkes av top-down påvirkninger fra ventral stream.
Bevegelse klasser i Perception handling-modeller
Hvis forskjellige motor strategier er ansatt i henhold illusoriske og veridical persepter når gripe mot et mål på en reverspective stimulans, da det lett kan spores ved å studere krumningen av hånden sin tilnærming. Videre kan en analyse av hele utfolding bevegelse fra initiering av den venstre-rettede bevegelsen til den spontane, automatisk tilbaketrekning av hånden tilbake til sin hviletilstand i virkeligheten bypass eventuelle mangler som finnes i tidligere fremgangsmåter for testing for perseptuell innflytelse på motorens effekt. Nyere studier fremheve betydningen av å studere forholdet mellom disse to bevegelse klasser så vel som anvendelse av de spontane segmentene ved nervesystemer for prediktiv og foregripende kontrol 19-21,23-24. Den nylig statistisk definert klasse av spontane-automatiske bevegelser gir nye beregninger og funksjoner som viser seg å være like viktig som de målrettede de har vært så langt å spore sensorisk-motoriske endringer og å kvantifisere subtile aspekter av naturlige atferd.
Så vidt vi vet, eksisterende forskning på visuelle med to bekker hypotesen bare fokuserer på målrettede handlinger, og dermed ignorerer eventuelle effekter på automatiske overgangs bevegelser som er viktige komponenter for å fullføre visuomotor handling loop. Det derfor må legges vekt på viktigheten av automatiske bevegelser for å fullt ut fange opp både moduser av motor oppførsel i det nåværende paradigme for å avklare spørsmål knyttet til visuell persepsjon-action-modeller. Her metoder er utviklet for å undersøke hvilken rolle top-down signalisering i det visuelle ventral stream på modulerende motor atferd i bevisst, målrettet handling domenet i forbindelse med spontan, transittional bevegelser ved hjelp av en robust DII omvendt-perspektiv stimulans.
Rasjonale
Det er en hypotese at, hvis top-down visuelle prosesser påvirker sansemotoriske system, full bevegelighet baner mot den innebygde mål i 3D reverse-perspektiv scene under illusorisk percept vil avvike fra målet tilnærming utløst av den veridical percept (Tall 1e og 1f). Dessuten, siden den illusoriske iakttagelsen av reverspective stimulus er meget lik den som oppnås ved en passende ("tvunget") perspektiv stimulus, er kommet ned i fremført mot et innebygd mål på en reverspective bør derfor være lik i egenskapene til delene utført under påvirkning av illusjon på reverspective stimulus (Tall 1c og 1f).
Hvis topp-ned visuelle påvirkninger ikke påvirke bevegelsen banen, så det er en hypotese at når laget undeh illusorisk percept ville vise de samme egenskapene som delene gjort under veridical percept på reverspective stimulus (figur 1e). Med andre ord, ville både illusoriske og veridical persept delene være lik i naturen, slik at begge termin bane stier ville handle på den sanne geometri av stimulans. Slik virkning observert i forover nå oversette den automatiske tilbaketrekning av hånden er ukjent. Ved å ansette en full motor analyse, vi tar sikte på å fremme vår forståelse av handling og persepsjon looper å avklare de eksisterende problemene på hånden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
En. Bygge Stimulus Apparatus
- Konstruer en bevegelig plattform på en glidende spor. Hver stimulus vil bli plassert på den bevegelige plattform, avhengig av typen av prøvelyste.
- Sikre spor på et bord på en passende høyde som gjør det mulig for plattformen å være stimulans i øyehøyde med deltakeren å bli sittende foran tabellen.
- Fest en uttrekkbar fjærmekanisme til stimulans plattformen. Kople-inngangen til fjærmekanismen til et kretskort.
- Plasser et sett med lykter bak deltakeren setet, vendt mot stimulus-plattformen. Det er viktig å belyse stimulans plattformen jevnt fordi ujevn belysning kan kaste skygger som forstyrrer den illusoriske percept. Koble sett med lykter til en omformer som knytter det til kretskortet.
- Fest en bryterboks til kanten av bordet nærmest der deltakeren vil bli sittende. Deltakerne plasserer hånden på bryteren boksen ent begynnelsen av hvert forsøk, og at bryteren aktiveres så snart de løfter sin hånd for å utføre rekkevidde bevegelse. Link bryterboksen innspill til kretskortet.
- Koble hver utgangspinnen av kretskortet til en nål på mikrokontrolleren for å styre den samtidige aktivering av tilbaketrekning av den bevegelige plattform via fjærmekanisme og deaktivering av lys når bryterboks blir utløst. Stimulans må trekke og lysene må slås av etter oppstart av rekkevidden bevegelse i hvert forsøk for å hindre eventuelle elektroniske visuelle korreksjoner og haptisk feedback oppstår. Bryterboksen er ansatt slik at stimulansen tilbaketrekking og mørke utbruddet utføres kun etter bevegelse begynner, noe som gjør dette til en umiddelbar rekkevidde oppgave.
- Skriv et MATLAB-program som styrer mikrosignaler. Bruk MATLAB-kode for å lagre en sekvens av prøvelser og instruere eksperimentator hva stimuli og visningsforholdene som skal brukes for hvert forsøk.
- Byggingt opplærings stimuli, omvendt-perspektiv stimulus, og riktig-perspektiv stimulus (figurene 1 og 2). Trening stimuli består av to rektangulære plater som representerer den isolerte høyre overflatevegg av midtbygningen innleiret i revers-perspektiv stimulus og riktig-perspektiv stimulus. Hensikten med trenings stimuli vil bli omtalt i den eksperimentelle prosedyre. Fest røde plane skive mål på høyre side av midtlinjen av de stimuli.
2. Deltakere
- Innhente skriftlig informert samtykke fra IRB godkjent protokoll i samsvar med Helsinkideklarasjonen før du starter den eksperimentelle økten.
- Test deltaker for synsskarphet i hvert øye, stereopsis (ved hjelp av en Randot-Stereo Test), og øye dominans.
- Set-up på motion capture-systemet. Bruk fjorten elektro-magnetiske sensorer på 240 Hz og motion-sporing. Den høyoppløste opptak system allows for dyptgående analyse av utfoldelsen av bevegelse i tre dimensjoner av fjorten sensorer samtidig, som tidligere studier mangler.
- Plasser tolv av de fjorten sensorer på følgende kroppsdeler ved hjelp av sportsbånd designet for å optimalisere ubegrenset bevegelse av kroppen: hode, kropp, høyre og venstre skulder, venstre overarm, venstre underarm, venstre håndledd, høyre overarm, høyre underarm, høyre håndledd, høyre pekefinger, og høyre tommel.
- Plasser de gjenværende to sensorer på baksiden av de stimuli direkte bak målstedet for å oppnå en nøyaktig posisjon av skiven i 3D-rom i forhold til deltakeren i løpet av treningen, og eksperimentelle blokker.
Tre. Eksperimentell Prosedyre
- Legg alle stimuli ut av utsikten fra deltaker på dette tidspunktet. Slå av alle lysene bortsett fra lampene som brukes til å belyse stimulans plattformen. Dim noen dataskjermer som er i bruk for å kjøre kompetanseform, slik at deres lys ikke forstyrrer den jevne belysning projisert på anordningen.
- Før du starter noen prøvelser, informere deltakeren av forsøket flyt. Informer dem av stimulans tilbaketrekking og slå av lys når de setter i gang bevegelsen ved å løfte hånden av bryteren boksen. Minn dem om ikke å prøve å følge tilbaketrekkings plattform, men å bare ta tak i der målet var sist sett. Demonstrer hvordan å hente på hvor de siste huske å ha sett målet ved å nærme seg det normale til det som oppfattes overflaten.
- Begynn praksis prøvelser. Disse studiene gir mulighet for deltakeren til å bli komfortabel med det oppsettet. Det er ingen test stimulans på plattformen - bare en svart bord med et senter pol utvekst brukes til å feste stimuli. Be deltakeren til å komme på senteret pol og å bringe den hånden tilbake til hvile etter endt rekkevidde, på hans / hennes eget tempo; gjenta etter tre forsøk. Merk: Det er viktig ikke å gi instruksjoner om hvordan du RETRACt hånden; denne komponenten bør være automatisk og under bevisst kontroll.
- Initiere treningsforsøk. Be deltakeren å lukke hans / hennes øyne etter hvert forsøk for resten av forsøket. Mens deltakerens øyne er lukket, påføre trening stimulus kalles for i Matlab-programmet til sentrum pol; rekkefølgen av trenings stimulus presentasjon er randomiserte ved MATLAB program for en total av åtte forsøk, fire for hver stimulus. Trening stimuli hjelpe demonstrere kurvatur utilgjengelig da bedt om å ta på mål på fysiske flater representant for de målene som brukes i de eksperimentelle stimuli.
- Begynn eksperimentelle studier. Det er tre tiltaks forhold for de eksperimentelle studier: (1) reverspective henhold illusorisk percept, som i figur 1f (REV-Illu), (2) reverspective henhold veridical percept, som i figur 1e (REV-VER), og (3) riktig-perspektiv (PRO), som i figur 1c. Husker at betingetsjoner (1) og (2) anvende den samme fysiske reverspective stimulus.
- Først presentere reverspective stimulans. Spør deltakeren om han / hun kan stabilisere illusorisk percept av den midterste bygningen "spratt ut" mot ham / henne. Dersom deltakeren har problemer med å stabilisere den illusoriske percept, plassere en de-fokus linse på nondominant øye å svekke stereopsis for å bevare den illusoriske percept samtidig opprettholde nå avstand til målet 18. Hvis deltakeren krever de-fokus linse, så sørg for å instruere ham / henne til å sette dem på før hver REV-Illu rettssaken.
- Etter den første REV-Illu rettssaken, vil MATLAB program randomisere rekkefølgen på studiene. For hvert forsøk, gi følgende instruksjoner avhengig av stimulans tilstand:
REV-Illu: "Se den midterste bygningen som spratt ut mot deg."
REV-VER: "Se den midterste bygningen som grotting i fra deg."
PRO: "Se den midterste bygningen som spratt ut mot you. "
Når deltakeren bekrefter en stabil percept, be dem om å ta på målet. Utfør tolv forsøk for hver tilstand for totalt 36 eksperimentelle studier.
4. Data Analysis
- For å analysere de bevegelser i forhold til mål-rettet rekkevidde og automatiske retractions, først brytes dataene i to bevegelse klasser ved å detektere det punkt hvor hastigheten av bevegelsen, etter sin start, nærmer momentan null hastighet.
- For å se etter forskjeller i krumningen av hånd sti baner for hver stimulus tilstand, utføre Wilks Lambda-test statistikk på tre-dimensjonale datasett på hvert tidspunkt i løpet av banen. I Wilks Lambda Test reduserer sannsynligheten teststatistikk Λ til en skalar verdi ved hjelp av determinanter som vil utlede hvorvidt eller ikke den midlere bane vektor for REV-Illu er lik REV-VER eller PRO 22..
- For å studere orientering av hånden mot målet ved enden av den venstre-rettede rekkevidde, sammenligne vinkelen som dannes mellom enheten tilnærming vektor som genereres av tommelen, peke, og håndledd sensorposisjoner i forhold til målets enhetsvektor normal på overflaten (figurene 5a og 5b).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
En. Hånd Sti Trajectories
Resultatene er vist for representant Subject VT. I Wilks Lambda Test Statistic muliggjør reduksjon av de tre-dimensjonale rommet data til en skalar verdi ved bruk av determinanter. Den Wilks lambda statistikken bruker likelihood ratio test 
, Der "innenfra" summen av kvadrater og produkter danner matrise E, og den "totalt" summen av kvadrater og produkter skjema matrise (E + H). Regelen sier at når 
, Nullhypotesen forkastes. I 
, 
er nivået av tillit,oad/51422/51422eq5.jpg "width =" 15 "/> er antall variabler eller dimensjoner, og 
og 
er frihetsgradene for hypotesen og feiling, henholdsvis, i hvilket 
er antall tilstander og 
er antall forsøk. I vårt tilfelle, 
og 
. Derfor får vi 
fra look-up table funnet i Rencher sine metoder for multivariat Analysis 22.
Hånd banen banen analyse ved hjelp av Wilks Lambda Test avslører en statistisk signifikant forskjell mellom REV-Illu og REV-VER forholdene i termin, mål-rettet bevegelse (Figur 3a), som 
gjennom hele banen progresjon (figur 3d). Dette problemet er også bevart i noninstructed tilbaketrekking som sett i grafen (figur 4a og 4d). Som forventet, skiller sammenligning mellom REV-VER og PRO forholdene betydelig i både fremover og retractory bevegelser (Tall 3b, 3e, 4b, og 4e). Siden utfoldelsen av bevegelse er avgjørende for å fastslå forskjeller i tilnærmingen, er Wilks lambda verdier plottet basert på prosentandelen av hånden bane bane full (Tall 3d-3F og 
for alle lambda-verdier basert på prosentandelen av banen komplett i både frem-og heve tilfeller (figur 3c, 3f, 4c, og 4f).
2. Hånd Orientering
Når undersøke retningen på hånden som det nærmer seg mål i hver tilstand, håd-tilnærming vektorer i REV-VER tilfeller avvike fra de i REV-Illu og PRO tilfeller (figur 5c). REV-Illu og PRO forhold produsere liknende hånd positurer når orientere mot antatt mål for REV-Illu og fysiske mål for ryddige forhold. Den vinkel som dannes mellom den midlere enheten tilnærming vektor for REV-illu forsøk og den enhetsvektor normalt på skiveoverflaten frembringer en 97,5197 ° ± 3,2228 forskjell (figur 5d). Husker at den omvendte-perspektiv stimulans genererer nesten 90 graders maksimal forskjeller mellom illusoriske og veridical stater. Dette tyder derfor på at representant Subject VT orientert hånden mot det som oppfattes som mål og ikke den fysiske plasseringen av målet under illusorisk percept.
Figur 1 Riktig-og R.everse-perspektiv Stimuli. (ac) Riktig-eller "tvunget" perspektiv. (A) Forsiden av malt stimulans. (B) ortografiske visninger. (C) Sett ovenfra: den veridical percept av en konkav scene med en pil som illustrerer en typisk rekkevidde banen for målet. (A, df) Revers-perspektiv gir opphav til to percepts, som er vist i delene (e) og (f). (A) Forsiden av malt stimulans. (d) ortografiske utsikt. (E) Sett ovenfra: den veridical percept av en konveks scene med en pil som illustrerer en typisk rekkevidde bane. (F) Sett ovenfra: illusorisk percept av en konkav scene - vist med stiplede linjer - med en pil som illustrerer en typisk rekkevidde bane. Den stiplede linjer Figuren viser den oppfattes illusorisk 3D-form bare. Posisjonen av objektet ikke er Accurate; faktisk ble illusorisk objekt bevisst utlignet mot observatør for å klargjøre rekkevidden banen. Krumningen av alle baner er overdrevet for å illustrere forskjellene som kan følge, avhengig av iakttagelsen. Den iakttagelsen av (f) gir en utmerket test for å undersøke hvorvidt den nådde bane styres av en illusjon (banen til (f)), eller ved fysisk overflate (banen (e)). Merk at riktig-og bakover-perspektiver har samme forfra (a). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Training Stimuli. (
FigurTre. Forward Hånd Sti Mønster Analysis. (Ac) Mean baner plottet i hvitt med konfidensintervall (fargede rør) for hvert punkt i banen for omvendt-perspektiv veridical (REV-VER i grønt), reverse-perspektiv illusorisk (REV-Illu i blått), og riktig-perspektiv (RIKTIG i rødt) betingelser for mål-rettet, ment bevegelse fremover. (Df) Lambda verdier for parvise sammenligninger av forholdene basert på prosentandel av banen fullført. Bruke Wilks Lambda Test, når 
, Nullhypotesen forkastes. 
er gitt ved den stiplede linjen. I (d) REV-VER vs REV-Illu og (e) REV-VER vs RIKTIG sammenligninger, 
(f) REV-Illu vs RIKTIG 0,5 sammenligning 
, Derfor hånd sti baner mellom forholdene ikke signifikant forskjellig. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Retraksjon Hånd Sti Mønster Analysis. (Ac) Mean baner som er tegnet inn i hvitt med konfidensintervall (fargede rør) for hvert punkt i banen for omvendt-perspektiv veridical (REV-VER i grønt), reverse-perspektiv illusorisk (REV- Illu i blått), ogriktig-perspektiv (riktig i rødt) vilkårene for den spontane, automatisk tilbaketrekking av hånden. (Df) Lambda verdier for parvise sammenligninger av forholdene basert på prosentandel av banen fullført. Bruke Wilks Lambda Test, når 
, Nullhypotesen forkastes. 
er gitt ved den stiplede linjen. I (d) REV-VER vs REV-Illu og (e) REV-VER vs RIKTIG sammenligninger, 
, Noe som indikerer en betydelig forskjell mellom hånd sti baner. For den (f) REV-Illu vs RIKTIG sammenligning 
, Derfor hånd sti baner mellom Conditioner skiller seg ikke vesentlig. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5. Hånd legning. (A) Enheten tilnærming vektor av hånden er definert av sensorer som er plassert på tommelen, indeks, og pulsposisjoner. (B) Unit (stiplet) vektorer normal til målet overflaten for riktig-perspektiv (øverst) og revers-perspektiv (midten og bunn) stimuli. Under den illusoriske percept (bunnpanelet, stiplede linjer) denne vektoren oppleves som nesten vinkelrett på den fysiske enhetsvektor (i midten). (C) Hånd tilnærming vektorer plottet for REV-VER (grønn), REV-Illu (blå), og riktig (røde) studier (
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Våre metoder gir en plattform for å teste gyldigheten av oppfatningen-handlingsmodeller ved å analysere hele utfoldelsen av bevegelse i forhold til den eksperimentelle aktivitet. Paradigmet kan bli endret for å teste andre typer visuelle stimuli for å utvide dette forskningsområdet. For eksempel, kan andre 3D Diis bli testet på apparatet for å se hvordan samspillet mellom top-down og bottom-up prosesser sette til ulike stimuli. Metodene kan også skreddersys for å teste kliniske populasjoner som kan ha forstyrrelser i persepsjon og handling prosesser. Videre kan bevegelsen capture system benyttet i vår studie bli erstattet med andre typer av registreringsutstyret til best passer den eksperimentelle oppgave. Den mulige generalisering av disse metodene for andre programmer har derfor betydelig verdi i å fremme menneskelig atferdsforskning.
Imidlertid, som med en hvilken som helst teknikk, har det nåværende sine begrensninger. På grunn av fjerningen av haptic tilbakemeldinger og online visuell kontroll ved å slå av lysene og trekke tilbake stimulansen, gjør denne studien tillater ikke for samtidig opptak av øyebevegelser i forbindelse med utførelsen av bevegelsen. Øyebevegelser kan bidra til å identifisere hvorvidt deltakerne bruker en allocentric eller egosentriske referanseramme å ansette en top-down eller bottom-up strategi 25. Fordi den aktuelle utforming ikke har evnen til å gjennomføre denne ytterligere tiltak, er det begrenset til bare å fange kroppens kinematisk funksjon. Alternative strategier for å fjerne haptisk tilbakemelding og online visuell kontroll kan søkes ut for å fange øyet bevegelse tiltak.
I tillegg til dette tilbakeslaget har eksperimentell design flere fordeler fremfor eksisterende fremgangsmåter. Siden tidligere studier fokusert på de bevisste, mål-retning handlinger og endepunktsdata, forskere oversett eventuelle effekter i ikke-instruert, automatisk tilbaketrekkingen, og i selve unfolding av bevegelsen fra initiering til resten. Protokollen presenteres her tar hensyn til både bevisste og automatiske former for bevegelse for å bidra til å bygge en bedre forståelse av sansemotorisk atferd under ulike perseptuelle stater. I motsetning til andre strategier, fokuserer dette paradigmet på både romlige og tidsmessige effekter for å få en full forståelse av visuomotor loop. Videre styrken på reverspective stimulans brukt i dette eksperimentet trumfer andre Diis brukt i det siste (f.eks hul-ansikt illusjon) som sin konfigurasjon genererer nesten 90 ° forskjeller i opplevd overflaten orientering henhold veridical og illusoriske tilstander mens resterende nær nok til deltakeren for han / hun til å samhandle med det. Dette maksimal forskjell hjelpemidler i disambiguering av rollen top-down prosesser på sansemotorisk atferd.
Etter studium av top-down påvirkninger på sensorisk-motoriske prosesser er det viktig, ikke bare i den norm systemet, men også i cliniCal populasjoner, kan dette paradigmet vise seg å være et nyttig verktøy for å studere dem. Fremtidige anvendelser av denne protokollen kan omfatte skreddersy studiet for patologi som schizofreni (SZ). Det er kjent at en viss undergruppe av pasienter med SZ utstillings en nedgang i top-down funksjon og har kjente problemer i perseptuelle organisasjon 26-28. Dermed kan forstå hvordan dette omsettes til motoren domene fremme vår kunnskap til å utvikle bedre diagnostiske verktøy og behandling for SZ.
Denne protokollen ble nøye utformet for å undersøke hvilken rolle top-down prosesser på sansemotorisk atferd, spesielt når en deltaker blir bedt om å komme på et mål på en stimulus som produserer flere persepter. De kritiske trinnene i denne protokollen er i valg av stimuli og i høy oppløsning på motion capture fra oppstart av bevegelsen tilbake til hviletilstand. Også, de kraftige statistiske analyser hjelp belyse hvorvidtillusorisk percept påvirker motoriske strategier. Fordi dette eksperimentelt design gir mulighet for høy oppløsning opptak av naturlige tilsiktede og spontane motoriske atferd, kan det analytisk plattform utviklet hjelpe belyse de eksisterende problemene i persepsjon-action modeller som har lenge vært debattert. De foreløpige resultater for representant Subject VT illustrere dette potensialet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer ingen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å takke medlemmene av Laboratory of Vision Forskning og Sensory-Motor Integration Laboratory for å hjelpe kjøre deltakerne i denne studien, Polina Yanovich, Joshua Dobias, og Robert W. Isenhower for hjelp i den innledende designfasen, og Tom nåde for hans hjelp i å bygge stimulans. Dette arbeidet ble støttet av følgende kilder: NSF Graduate Research Fellowship Program: Award # DGE-0937373, NSF CyberEnabled Discovery og Innovasjon Type I (Idea): Grant # 094158, 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 |
References
- Schneider, G. E. Two visual systems. Science. 163, 895-902 (1969).
- Ingle, D., Goodale, M. A., Mansfield, R. J. W. Analysis of visual behavior. , MIT Press. (1982).
- Goodale, M. A., Milner, A. D. Separate visual pathways for perception and action. Trends Neurosci. 15, 20-25 (1992).
- 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).
- 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).
- Westwood, D. A., Goodale, M. A. Perceptual illusion and the real-time control of action. Spat. Vis. 16, 243-254 (2003).
- Schenk, T. Visuomotor robustness is based on integration not segregation. Vis. Res. 50, 2627-2632 (2010).
- Schenk, T. No dissociation between perception and action in patient DF when haptic feedback is withdrawn. J. Neurosci. 32, 2013-2017 (2012).
- Gegenfurtner, K., Henriques, D., Krauzlis, R. Recent advances in perception and action. Vis. Res. 51, 801-803 (2011).
- Binkofski, F., Buxbaum, L. J. Two action systems in the human brain. Brain Lang. , (2012).
- Aglioti, S., DeSouza, J. F., Goodale, M. A. Size-contrast illusions deceive the eye but not the hand. Curr. Biol. 5, 679-685 (1995).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hill, H., Johnston, A. The hollow-face illusion: object-specific knowledge, general assumptions or properties of the stimulus. Perception. 36, 199-223 (2007).
- 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).
- 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).
- Torres, E. B. Two classes of movements in motor control. Exp. Brain Res. 215, 269-283 (2011).
- Torres, E. B. Signatures of movement variability anticipate hand speed according to levels of intent. Behav. Brain Func. 9. 10, 10 (2013).
- Torres, E. B., Heilman, K. M., Poizner, H. Impaired endogenously evoked automated reaching in Parkinson's disease. J. Neurosci. 31, 17848-17863 (2011).
- Rencher, A. C. Methods of multivariate analysis. , 2nd edn, J. Wiley. (2002).
- Torres, E. B., Zipser, D. Simultaneous control of hand displacements and rotations in orientation-matching experiments. J. Appl. Physiol. 96, 1978-1987 (2004).
- 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).
- Prime, S. L., Marotta, J. J. Gaze strategies during visually-guided versus memory-guided grasping. Exp. Brain Res. 225, 291-305 (2013).
- Schneider, U., et al. Reduced binocular depth inversion in schizophrenic patients. Schizophrenia Res. 53, 101-108 (2000).
- 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).
- Butler, P. D., Silverstein, S. M., Dakin, S. C. Visual perception and its impairment in schizophrenia. Biol. Psychiatry. 64, 40-47 (2008).
