Waiting
Login processing...

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

Behavior

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

doi: 10.3791/51422 Published: April 16, 2014

Summary

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

Abstract

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

Introduction

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

Vision-för-Perception vs Vision-för-åtgärd

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

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

Användning av Illusions att segregera Perception och åtgärd

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

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

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

Rörelse Klasser i Perception transaktion-modeller

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

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

Bakgrund

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

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

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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

1. Bygga Stimulus Apparatus

  1. Konstruera en rörlig plattform på en glidbana. Varje stimulus kommer att placeras på den rörliga plattformen beroende på vilken typ av rättegången krävde.
  2. Säkra spår på ett bord vid en lämplig höjd som medger den stimulans plattformen vara i ögonhöjd med den deltagare som skall sitter framför bordet.
  3. Bifoga en infällbar fjädermekanism till stimulans-plattformen. Anslut insignalen till fjädermekanism till ett kretskort.
  4. Placera en uppsättning av lampor bakom deltagarens sätet inför stimulans-plattformen. Det är viktigt att belysa den stimulans plattformen jämnt eftersom ojämn belysning kan kasta skuggor som stör den illusoriska percept. Anslut den uppsättning av lampor till en omvandlare som kopplar den till kretskortet.
  5. Bifoga en kopplingsdosa till kanten av bordet närmast där deltagaren kommer att sitta. Deltagarna placera sin hand på den kopplingsdosa ent i början av varje försök och aktivera brytaren så snart som de lyfter sin hand för att exekvera håll rörelse. Länk omkopplingsboxen inmatning till kretskortet.
  6. Anslut varje utgångsstift av kretskortet till ett stift på mikrokontroller för att styra den samtidiga aktiveringen av indragning av den rörliga plattformen via fjädermekanism och Stänga av lampor när omkopplingsbox utlöses. Stimulans måste fällas upp och lamporna måste stänga efter inledräckhåll rörelsen i varje försök att hindra någon online visuella korrigeringar och haptisk återkoppling uppstår. Kopplingsdosan används så att den stimulans indragning och mörker debut utförs endast efter rörelsen börjar, vilket gör detta en omedelbar räckvidd uppgift.
  7. Skriv ett MATLAB-program som styr mikrosignalerna. Använd MATLAB-kod för att lagra en sekvens av prövningar och instruera försöks vilka stimuli och visningsförhållanden som ska användas för varje försök.
  8. Constructiont träningsstimuli, med omvänd perspektiv stimulans och rätt-perspektiv stimulus (figur 1 och 2). Utbildnings stimuli består av två rektangulära paneler som representerar den isolerade högra ytan väggen i mitten byggnad inbäddad i omvänd-perspektiv stimulans och rätt-perspektiv stimulans. Syftet med de utbildnings stimuli kommer att diskuteras i den experimentella proceduren. Anbringa röda plana skiv mål till höger om mittlinjen av de stimuli.

2. Deltagare

  1. Skaffa skriftligt informerat samtycke från IRB godkända protokollet i enlighet med Helsingforsdeklarationen innan den experimentella sessionen.
  2. Testa deltagaren för synskärpan i varje öga, stereoseende (med hjälp av en Randot-Stereo Test), och ögondominans.
  3. Set-up av motion capture-system. Använd fjorton elektromagnetiska sensorer på 240 Hz och rörelse-mjukvara. Den högupplösta inspelningssystem albottenrekord för djupgående analys av den pågående rörelse i tre dimensioner av fjorton sensorer samtidigt, att tidigare studier saknar.
    1. Placera tolv av de fjorton sensorer på följande kroppssegment med hjälp av idrotts band för att optimera obegränsad rörlighet i kroppen: huvud, bål, höger och vänster axel, vänster överarm, vänster underarm, höger handled, höger överarm, höger underarm, höger handled, höger pekfinger och höger tumme.
    2. Placera de återstående två sensorerna på baksidan av de stimuli direkt bakom målplatsen för att uppnå en korrekt placering av målet i 3D-rymden i förhållande till deltagaren under träningen och experimentella block.

3. Försöksförfarande

  1. Placera alla stimuli ur vy från deltagaren vid den här tiden. Stäng av alla lampor utom lampor som används för att belysa den stimulans plattform. Dim alla datorskärmar som används för att köra kompetensiment, så att deras ljus inte stör den jämna belysningen projiceras på apparaten.
  2. Innan några försök, informera deltagaren om experimentet flödet. Meddela dem om stimulans indragning och stänga av lamporna när de initierar rörelse genom att lyfta sin hand från kopplingsdosan. Påminn dem om att inte försöka följa indragnings plattformen, men att bara ta vid där målet sågs senast. Visa hur man ta på var de sist ihåg att se målet genom att närma sig det normalt att den upplevda ytan.
  3. Börja övningsförsök. Dessa försök tillåter deltagaren att bli bekväm med installationen. Det finns inget test stimulans på plattformen - bara en svart styrelse med ett centrum stolpe utstick används för att fästa stimuli. Instruera deltagaren att nå i centrum polen och föra handen tillbaka till vila efter genomgången räckhåll, på hans / hennes egen takt; upprepa för tre försök. OBS: Det är viktigt att inte ge instruktioner om hur man returgåendet handen; denna komponent bör vara automatiska och under medveten kontroll.
  4. Initiera utbildningsförsök. Be deltagaren att stänga hans / hennes ögon efter varje försök för resten av försöket. Medan deltagarens ögon är slutna, anbringa utbildning stimulans lyste i MATLAB-programmet till centrum polen; ordningen på utbildnings stimulans presentationen randomiserad av MATLAB-program för totalt åtta försök, fyra för varje stimulus. Utbildnings stimuli hjälpa demonstrera krökning räckhåll när de ombads att ta på mål om fysiska ytor representativa för de mål som används i de experimentella stimuli.
  5. Börja experimentella studier. Det finns tre stimulansvillkoren för de experimentella försök: (1) reverspective enligt illusorisk percept, såsom i figur 1f (REV-ILLU), (2) reverspective enligt veridical percept, såsom i figur 1e (REV-VER), och (3) ordentlig-perspektiv (PRO), som i figur 1c. Minns att förutsätttioner (1) och (2) utnyttja samma fysiska reverspective stimulus.
    1. Först presentera reverspective stimulans. Fråga deltagaren om han / hon kan stabilisera den illusoriska percept av den mellersta byggnaden "poppar ut" mot honom / henne. Om deltagaren har svårt att stabilisera den illusoriska percept, placera en de-fokuseringslins på den icke-dominanta ögat försvagas stereoseende för att bevara den illusoriska percept samtidigt som når avståndet till målet 18. Om deltagaren kräver de-fokuseringslins, sedan se till att instruera honom / henne för att sätta dem på före varje REV-ILLU rättegång.
    2. Efter den första REV-ILLU rättegång kommer MATLAB programmet slumpa ordningen på försöken. För varje försök, ge följande instruktioner beroende på stimulans villkor:
      REV-ILLU: "Visa mitt hus som poppar ut mot dig."
      REV-VER: "Visa mitt hus som rasade samman bort från dig."
      PRO: "Visa mitt hus som poppar ut mot you. "
      När deltagaren bekräftar en stabil percept, be dem att ta på målet. Utför tolv försök för varje tillstånd för totalt 36 experimentella studier.

4. Dataanalys

  1. För att analysera de förflyttningar i termer av mål-riktat håll och automatiska retractions först sönderdela de data till två varuklasser genom att detektera den punkt vid vilken hastigheten hos rörelsen, efter dess initiering, nears momentana hastigheten noll.
  2. Att leta efter skillnader i krökning av handens väg banor för varje stimulus tillstånd, utför Wilks Lambda Provningsvärdet på 3-dimensionella dataset vid varje tidpunkt under banan. Den Wilks Lambda Test minskar sannolikheten teststatistik Λ till ett skalärt värde med hjälp av bestämningsfaktorer för att hjälpa oss att utläsa huruvida medelvärdet bana vektorn för REV-ILLU liknar REV-VER eller PRO 22.
  3. För att studera läggningförandet av handen mot målet i slutet av målinriktad räckvidd, jämföra den vinkel som bildas mellan enheten strategi vektorn genereras av tummen, index, och handled sensor lägen i förhållande till målets enhetsvektor normal till ytan (fig. 5a och 5b).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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

1. Hand Path Trajectories

Resultat visas för representant Ärende VT. Den Wilks Lambda Test Statistik gör det möjligt att minska våra tredimensionella rymddata till ett skalärt värde med hjälp av bestämningsfaktorer. Den Wilk s lambda statistik använder sannolikheten förhållandet testet , Där "i" summan av kvadraterna och produkter bildar matris E, och den "totala" summan av kvadraterna och produkter formulär matris (E + H). Regeln säger att, när , Nollhypotesen förkastas. I , är graden av förtroende,oad/51422/51422eq5.jpg "width =" 15 "/> är antalet variabler eller dimensioner, och och är frihetsgraderna för hypotesen och fel, respektive, i vilken är det antal villkor och är antalet försök. I vårt fall, och . Därför får vi från uppslagstabell som finns i Rencher s Metoder för multivariat AANALYS 22.

Hand väg bana analys med hjälp av Wilks Lambda Test avslöjar en statistiskt signifikant skillnad mellan REV-ILLU och REV-VER förhållanden i framåt, målinriktad rörelse (figur 3a), som genom hela banans progression (figur 3d). Detta beteende är också bevarad i noninstructed retraktion som framgår av diagrammet (fig 4a och 4d). Som väntat jämförelsen mellan REV-VER och PRO förhållanden skiljer sig avsevärt i både framåt-och retractory rörelser (figur 3b, 3e, 4b och 4e). Eftersom den pågående rörlighet är avgörande för att bestämma skillnader i synsätt, är Wilk s lambdavärden ritas utifrån andelen handens väg bana klar (figur 3d-3f och vs REV-ILLU jämförelse (figur 3d) liknar de som finns i REV-VER vs PRO jämförelse (Figur 3e). Samma sak gäller för tillbakadragning av handen (fig 4d och 4e). REV-ILLU och PRO förhållanden skiljer sig inte signifikant i någon rörelse klass, som för alla lambdavärden baserat på andelen av vägen klar i både fram-och bortkörning fall (figur 3c, 3f, 4c, och 4f).

2. Hand Orientering

Vid prövningen av orienteringen av handen när den närmar sig målet på varje tillstånd, hanted-metoden vektorer i REV-VER fall skiljer sig från de i REV-ILLU och PRO fall (figur 5c). REV-ILLU och PRO förhållanden producerar liknande handställningar när orientera mot det upplevda målet för REV-ILLU och det fysiska målet för rätta förhållanden. Den vinkel som bildas mellan den genomsnittliga enhets tillvägagångssätt vektor för REV-illu prövningar och enhetsvektor normal mot målytan alstrar en 97,5197 ° ± 3,2228 skillnad (Figur 5d). Minns att det omvända-perspektiv stimulans genererar nästan 90-graders maximal skillnader mellan illusoriska och veridical stater. Detta föreslår därför att representant Ärende VT orienterad sin hand mot den upplevda målet och inte den fysiska placeringen av mål enligt den illusoriska percept.

Figur 1
Figur 1. Rätt-och Reverse-Perspektiv Stimuli. (ac) En väl-eller "tvingat" perspektiv. (A) Framifrån av målade stimulans. (B) Orthographic vyer. (C) Ovanifrån: den veridical percept av en konkav scen med en pil som visar en typisk räckvidd förloppet för målet. (A, df) Den omvända-perspektiv ger upphov till två percepts, som visas i delar (E) och (F). (A) Framifrån av målade stimulans. (d) Orthographic vyer. (E) Ovanifrån: den veridical percept av en konvex scen med en pil som visar en typisk räckvidd bana. (F) Ovanifrån: den illusoriska percept av en konkav scen - visas med streckade linjer - med en pil som visar en typisk räckvidd bana. Den streckade figuren visar den upplevda illusorisk 3D endast form. Placeringen av objektet inte accurate; i själva verket var den illusoriska objekt medvetet förskjuten mot betraktaren för att klargöra räckvidden bana. Den krökning alla banor är överdriven för att illustrera skillnaderna som kan uppstå, beroende på percept. Den percept av (f) ger en utmärkt test för att undersöka om den når bana styrs av illusionen (banan för (f)) eller av den fysiska ytan (banan för (e)). Observera att korrekt-och reverse-perspektiv har samma framifrån (a). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2. Training stimuli. ( (Cd) Den rektangulära panelen har samma orientering som den högra väggen av den mellersta byggnaden i omkastad perspektivvy 3D stimulus. (A, c) schematiska ritningar av toppvyer för att illustrera placeringen av panelerna, med pilar som anger typiska reach banor. Krökningen av de banor är överdriven för att illustrera skillnaden. (B, d) Fotografier av de stimuli som de dök upp till deltagarna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur3. Forward Hand Path Banans analys. (Ac) Mean banor ritas i vitt med konfidensintervall (färgade rör) för varje punkt i banan för omvänd-perspektiv veridical (REV-VER i grönt), vända-perspektiv illusorisk (REV-ILLU i blått), och rätt-perspektiv (PROPER i rött) villkor för målinriktad, avsedd rörelse framåt. (Df) Lambda-värden för parvisa jämförelser av villkor baserat på procentandel av vägen klar. Använda Wilks Lambda Test, när , Nollhypotesen förkastas. ges av den streckade linjen. I (d) REV-VER vs REV-ILLU och (e) REV-VER vs PROPER jämförelser, (f) REV-ILLU vs PROPER .5 jämförelse, Därför Hand Path banor mellan förhållandena skiljer sig inte väsentligt. klicka gärna här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4
Figur 4. Tillbaka Hand Path Banans analys. (Ac) Mean banor ritas i vitt med konfidensintervall (färgade rör) för varje punkt i banan för omvänd-perspektiv veridical (REV-VER i grönt), vända-perspektiv illusorisk (REV- ILLU i blått), ochordentlig-perspektiv (PROPER i rött) Villkoren för det spontana, automatisk indragning av handen. (Df) Lambda-värden för parvisa jämförelser av villkor baserat på procentandel av vägen klar. Använda Wilks Lambda Test, när , Nollhypotesen förkastas. ges av den streckade linjen. I (d) REV-VER vs REV-ILLU och (e) REV-VER vs PROPER jämförelser, , Vilket indikerar en signifikant skillnad mellan handens väg banor. För (f) REV-ILLU vs riktig jämförelse, , Därför Hand Path banor mellan Conditjoner skiljer sig inte signifikant. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5
Figur 5. Hand Orientering. (A) Enhets tillvägagångssätt vektor handen definieras av sensorer placerade på tummen, index och handledspositioner. (B) Enhet (streckad) Vektorer normal mot målytan för korrekt perspektiv (överst) och omvänd-perspektiv (mellersta och nedersta) stimuli. Enligt den illusoriska percept (nedre panel, streckade linjer) denna vektor uppfattas som nästan vinkelrätt mot den fysiska enhetsvektor (mitten). (C) Hand tillvägagångssätt vektorer ritas för REV-VER (grön), REV-ILLU (blå), och rätt (rött) försök, ( Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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

Våra metoder ger en plattform för att testa giltigheten för perception-verksamhetsmodeller genom att analysera hela utvikning av rörelse i förhållande till den experimentella uppgiften. Paradigm kan modifieras för att testa andra typer av visuella stimuli för att bredda detta forskningsområde. Exempelvis kan andra 3D DIIS testas på apparaten för att se hur samspelet mellan top-down och bottom-up processer översätta på olika stimuli. Metoderna kan också skräddarsys för att testa kliniska populationer som kan ha störningar i perception och åtgärdsprocesser. Dessutom kan motion capture-system som används i vår studie att ersättas med andra typer av färdskrivare för att bäst passa den experimentella uppgiften. Den möjlig generalisering av dessa metoder för andra tillämpningar har därför betydande värde i utvecklingen av mänskliga beteendeforskning.

Men som med all teknik, har den nuvarande paradigm sina begränsningar. På grund av avlägsnandet av hap-tic återkoppling och online visuell kontroll genom att släcka lampor och dra tillbaka stimulans går denna studie inte tillåter samtidig registrering av ögonrörelser i samband med utförandet av rörelsen. Ögonrörelser kan hjälpa till att identifiera huruvida deltagarna använder en allocentric eller egocentriskt referensram att anställa en top-down eller bottom-up-strategi 25. Eftersom den nuvarande utformning inte har möjlighet att genomföra denna kompletterande åtgärd, är den begränsad till endast fånga kroppens kinematiska funktion. Alternativa strategier för att ta bort haptisk återkoppling och online visuell kontroll kan sökas ut för att fånga ögat åtgärder rörelse.

Förutom detta bakslag, har den experimentella designen flera fördelar jämfört med befintliga metoder. Eftersom tidigare studier som fokuserade på de avsiktliga, mål-riktnings åtgärder och slutpunktdata, forskare förbisett några effekter på icke-uppdrag, automatisk indragning, och i själva unfolding av rörelsen från initiering till vila. Protokollet presenteras här tar hänsyn till både avsiktliga och automatiska former av rörelse för att hjälpa till att bygga en bättre förståelse för sensomotorisk beteende under olika perceptuella tillstånd. Till skillnad från andra strategier, fokuserar detta paradigm på både rumsliga och tidsmässiga effekter för att få en full förståelse av visuomotor slingan. Dessutom är hållfastheten hos reverspective stimulus som användes i detta experiment trumf andra DIIS använts tidigare (t.ex. ihåliga ansikte illusion) som dess konfiguration genererar nästan 90 ° skillnader i upplevd ytorientering enligt veridical och illusoriska states medan återstående nära nog till deltagaren för han / hon att interagera med det. Denna maximala skillnad stöd i olika betydelser av den roll som toppstyrda processer på sensomotorisk beteende.

Eftersom studien av top-down påverkan på sensorisk-motoriska processer är viktigt inte bara i det normsystem, men även i cliniCal populationer, kan detta paradigm visa sig vara ett användbart verktyg för att studera dem. Framtida tillämpningar av detta protokoll kan omfatta skräddarsy studien för sjukdomar såsom schizofreni (SZ). Det är känt att en viss subpopulation av patienter med SZ uppvisar en minskning av top-down-funktionen och har kända problem i perceptuell organisation 26-28. Således kan förstå hur detta kan översättas till motor domänen förbättra vår kunskap för att utveckla bättre diagnostiska verktyg och behandlingsmetoder för SZ.

Detta protokoll var noggrant utformade för att undersöka betydelsen av toppstyrda processer på sensomotorisk beteende, särskilt när en deltagare uppmanas att nå på ett mål på en stimulans som ger flera percepts. De kritiska steg inom detta protokoll är i valet av stimuli och i hög upplösning av motion capture från initiering av rörelsen tillbaka till vilande tillstånd. Också, de kraftfulla statistiska analyser hjälpa belysa huruvidaillusorisk percept påverkar motoriska strategier. Eftersom detta experimentella designen gör det möjligt att med hög upplösning inspelning av naturliga avsedda och spontana motoriska beteenden, kan den analytiska plattform som utvecklats hjälpa belysa de befintliga frågorna i perception-verksamhetsmodeller som länge har diskuterats. De preliminära resultaten för representant Ärende VT illustrerar denna potential.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Författarna vill tacka för medlemmarna i Laboratoriet för Vision Research och sensomotorisk integration laboratorium för att hjälpa köra deltagare i denna studie, Polina Yanovich, Joshua Dobias, och Robert W. Isenhower om hjälp i den inledande designfasen, och Tom Nåd för hans hjälp att bygga stimulans. Detta arbete stöddes av följande källor: NSF Graduate Research Fellowship Program: Award # DGE-0937373, den CyberEnabled Discovery NSF och innovation typ I (Idé): Grant # 094.158, och Rutgers-UMDNJ NIH Bioteknik Training Program: Grant # 5T32GM008339-22.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Cite this Article

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

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter