Summary
מאמר זה מתאר שיטה חדשה להעריך להיסחף הפרופריוצפטיבית על מטוס 2D באמצעות האשליה במראה המשלב הליך psychophysical עם ניתוח באמצעות למידת מכונה.
Introduction
בשנים האחרונות, מחקר על התחושה או הניסיון של גוף העצמי, כלומר, גוף של האדם עצמו, גדל בהקשר של התגלמות. התגלמות מתייחס לרעיון או רעיון שיש לי גוף פיזי או וירטואלי כי יכול לקיים אינטראקציה עם הסביבה, כגון לכת, אחיזה, ונוגע ללב. למשל, אדם יכול לגעת אובייקט או אדם אחר מיקומו של הסביבה על ידי הזזת הגוף שלהם, במקרה זה זרוע ויד משלהם. כיום, אינטראקציה או תקשורת זו אינה מוגבלת באמצעות הגוף הטבעי של האדם עצמו. בשל המצאות ופיתוח של רובוטים דמויים אדם או על דמויות בעולם הווירטואלי, הגוף האנושי הטבעי ניתן להחליף על ידי גוף מלאכותי, כגון דמויי אדם, רובוט בשלט רחוק, תותבת חשמלית, או גלגול בגרפיקה ממוחשבת במציאות מדומה. לדוגמה, חוקרים פיתחו רובוט המפעיל אשר יכול "לתפוס" אובייקט להציב מול הרובוט באמצעות הגוף המכני, גם אם רובוt מושם הרחק 1,2 תנוחת הגוף של המפעיל. בדומה בדוגמא זו, אם אדם יכול לבצע פעולה באמצעות גוף מלאכותי, אשר הגוף יחזיק את הייחוס העצמי הגוף של המפעיל?
אנחנו יכולים למצוא נושאים הקשורים בקלות הדיון הזה על הייחוס או הקרנה של "עצמי" מהגוף הטבעי משלנו גוף מלאכותי, שאינו בשר ארוחה עצם. ניתן למצוא דוגמה אחת בתחום הרפואי; למשל, בתחום של שיקום רפואי, טיפולים כי "טריק" התחושה עצמית הגוף של המטופל באמצעות מראות הן נבדקים בהפחתת כאב ושיפור תפקוד מוטורי של איבר חסר או משותק, שנקראו ראי טיפול 3-6. בטיפול זה, תמונת השיקוף של חלק הגוף המעושה או איבר יכולה להטעות את המוח של המטופל להאמין כי האיבר החסר או משותק תואם את אחד המוצג במראה להוביל את ההרגשה שזה עדיין אותומצבו של לשעבר (כלומר, לפני התאונה). זה עדיין תחת דיון כיצד האשליה הזאת משפיעה על העמידות של המוח הקשורים לייצוג הגוף. בנוסף לסוג זה של הדיון על הגוף הטבעי שלנו, אנחנו יכולים למצוא דיונים דומים על התגלמות, במיוחד של בעיות עיצוב אינטראקציה אנושית מערכת בתחום ההנדסה. תחושת העצמי עבור גוף מלאכותי או וירטואלי נחקרה גם בהקשר של נוכחות מרחוק, ממשק מוח-מכונה, והמוח-מחשב ממשק 1,2,7-9. כמה חוקרים דיווחו כי רובוט דמויות-האדם, אשר יכול להעביר את תחושת מישוש מיד הרובוט שלו אל כף ידו של המפעיל, יכול ללכוד את תחושת המפעיל של גוף עצמי לרובוט כמו גם במובן של להיות במקום שבו הרובוט ממוצב במקום שבו המפעיל אכן קיים, שנקרא-קיום טלה 1. חוקרים אחרים דיווחו כי גלגול וירטואלי המשקף את תנועות הגוף של המפעיל חזקly מעביר את תחושת המפעיל של גוף עצמי מגוף מפעיל עצם לגוף הווירטואלי 9. ממצאים אלה מצביעים על אופן שבו משתמשים יכולים להקרין תחושת העצמי-גוף שלהם לתוך גוף מלאכותי, כגון דמויי אדם, רובוט בשלט רחוק, תותבת חשמלית, או גלגול-גרפיקה ממוחשבת במציאות מדומה, גם אם הגוף המלאכותי אינו מחובר ישירות שלהם מוח וגוף.
מחקר מדעי בסיסי על סוג זה של תחושה עצמית גוף הלא-בשר-ודם, איברי גוף דמוי מלאכותיים בחנו את מנגנוני המוח הבסיסיים בשביל החוויה של גוף עצמי באמצעות אשלית יד גומי (RHI) 10-13 וראי אשליה (MI) 14-16 בתחומי הרפואה וההנדסה וכן הפסיכופיסיקה ו בנוירופסיכולוגיה. RHI הוא התחושה יד גומי שייכת גוף של האדם עצמו, והוא עוררה על ידי מלטפת זמנית יד גומי גלויה מצד המוסתר של המשתתף. ב MI, יד IMAge במראה הממוקם לאורך ציר midsagittal חזותית לוכדת את המיקום הנתפס של המשתתף של היד הנגדית הסמויה. יתר על כן, תנועות סינכרוני של היד שקפה סמוי לעורר את התחושה החזקה כאילו התמונה ביד שקפה הייתה היד הנגדית הסמויה. על פי המחקר על האשליות האלה, העקביות בין מידע multimodal ואת חיזוי משוב תחושתי על תנועות גוף נראית לשחק תפקיד חשוב עבור השיפוט של ייחוס עצמי בגוף. לפיכך, שתי האשליות האלה יכולות להיות ראיות פשוטות אך רבות עצמה וכלים למדענים לחקור את מנגנוני המוח בסיסיים התחושה שלנו של להיות מרומה או להאמין כי חפץ או תמונה מלאכותי יכול להיות חלק בגופנו באופן סובייקטיבי משלו, וכי התחושה עצמית הגוף שלנו עושה לא צריך להיות קשור לגוף הפיזי הטבעי שלנו.
בכל המחקרים הללו המפורטים לעיל, הדיון כבר מבוסס על הרעיון של consisti "עצמי"ng משני סוגים של תחושה המוצעת על ידי הפילוסוף גלאגר 17: את תחושת הבעלות ואת תחושת הסוכנות. תחושת הבעלות מתייחסת התחושה כי חלק גוף שנצפה הוא אדם עצמו. תחושת הסוכנות תואמת את התחושה כי תנועת גוף היא שגרם עצמית. תחושות שני אלה מוגדרים העצמי מינימלי, כלומר, תחושה מיידית של העצמי 16. על פי תפיסה זו, הייחוס "העצמי" עבור הגופים הטבעיים, פגום, וירטואליים, מכאניים יכול להיות מוערך על ידי אותה האינדקסים: את תחושת הבעלות והסוכנות. על מנת להשתמש תחושה זו להערכה מדעית, נשאלת השאלה כיצד למדוד את תחושת בעלות סוכנות וחסונה. נכון לעכשיו, להערכת תחושת בעלות הסוכנות בעיקר מסתמכת על שאלונים, במקור שהציעו Botvinick 9. בנוסף לשאלונים, שנוכל לנסות למדוד אותם בדרכים כמותית. למשל, טכ העורבתגובה ductance (SCR) שימש כמדד פיזיולוגי הבעלות במקרים בהם מצד גומי נחתך לפתע סכין 18. על SCR מחושב על ידי מדידת המאפיינים החשמליים של העור הוא אינדיקטור רגיש תקף עורר 19. מאז שיטה זו מיושמת בדרך כלל לניסויים אחת למשתתף, מדידת SCR אינו מתאים כמדד פיזי במהלך ניסויים הפסיכופיסיקה מחייבים מדידות חוזרות בתוך משתתפים. אחד המדדים התנהגותי המצליחים ביותר עבור תחושת הבעלות הוא להיסחף הפרופריוצפטיבית. להיסחף פרופריוצפטיבי הוא השינוי בעמדת הנתפס של היד האמיתית הסמויה לעבר העמדה של אובייקט שנראה כמו יד, כגון תותבת מתוצרת הגומי או גרפיקה ממוחשבת 10-13. מאז השינוי הזה יכול להיות מוערך שוב ושוב ובאופן עמיד על ידי מדידת המרחק בין היד האמיתית תיראה ואת הדימוי החזותי של היד, להיסחף הפרופריוצפטיבית isa מדד פיזי מתאים מדידות פסיכופיסיות. עם זאת, שימוש זה צריך להיות מוערך בזהירות, כי הדיונים האחרונים הביעו חששות לגבי להיסחף הפרופריוצפטיבית תמיד יכול לשמש כמדד התנהגותי הבעלות 12.
בדרך כלל, להיסחף הפרופריוצפטיבית נמדדת רק אחד משלושה כיוונים, כגון גובה, רוחב, או עומק. להיסחף הפרופריוצפטיבית מעט נמדד בכיוונים מרובים בשל הקושי לאמוד באופן חזותי נתונים רבים מימדיים. הגבלה המטרולוגי זה אינה קריטית למחקר בסיסי לחקור את המנגנונים לעבד מידע רב חושי, כי יכולים להיות מתוכננים תנאי ניסוי בקלות והמבוקר להגביל את הממד הנמדד. עם זאת, בחיי היומיום, בידינו לנוע בחופשיות 3D לעקוב כוונותינו. במצב זה, קשה ובלתי מתאים כדי למדוד התנהגות של משתתף עם שאלונים, תנועת גבולות אשר קשות positions של הידיים. לפיכך, בהתחשב היישומים הפוטנציאליים עבור תחושת בעלות הסוכנות בהנדסה ושיקום, מדידה הכוללת כיוונים רבים ומאפשרת תנועת יד חופשית דרושה על מנת להעריך את הקשר המרחבי בין משוב החזותי הפרופריוצפטיבית במצבים בחיי היומיום. אם מדידה כזה אפשרי, המרחק המדוד בין ידות אמיתיות ציינו יכול להיות מנוצל כקו מנחה את תחושת-הגוף עצמי. זה לא יכול רק להיות אינדיקטור להתקדמות שיקום אלא גם קריטריון המרחבים לקזז בין יעד מניפולציות על צג הזרוע המבצעת. נשאלת השאלה, כיצד מדידה זו ניתן ליישם באופן מהימן וביעילות.
כדי לענות על שאלה זו, אנו מציגים שיטה חדשה להעריך להיסחף הפרופריוספטיבי אשר תואם את המשמרת מהעמדה של היד האמיתית הסמויה של המשתתף לזה של o יד דמוית גלויהbject, על מטוס 2D באמצעות האשליה במראה ידי שילוב הליך psychophysical וניתוח באמצעות למידת מכונה. בהשוואת יד גומי, תמונת היד במראה מאוד לוכדת את המיקום הנתפס של המשתתף של היד האמיתית הסמויה. יתר על כן, תמונת שיקוף מיד משקף תנועות ידיים מרצון עבור מיקום היד. לפיכך, תמונת ראי נבחרה המשוב החזותי של היד של המשתתף. בנוסף, למדוד הפרופריוצפטיבית להיסחף דומה למצבים בחיי היומיום, המשתתפים ממוצבת ניסוי על ידי בדיקה היד הנעלמה שלהם כרצונו שלהם, ומספר ניסויים הוגדל. למרות כל שילוב של הוראות אלה עלולים שמש, השילוב של גובה ועומק נבחר בשל ההקלות של צבת המראה אנכית. כדי לבדוק התאמה בין השיטה שלנו המחקרים קודמים 13, שני תנאים ויזואלי יושמו: עם ובלי משוב חזותי. במצב עם משוב חזותי, במראה wכמו מיקומו במישור midsagittal ליצור בבואה של יד שמאל, כאילו נראו כמו יד ימין. במצב ללא משוב חזותי, לוח מט שמש כדי להסתיר את יד ימין האמיתית של המשתתף. החוקרים העריכו את האפקטיביות של שיטה חדשה זו על ידי השוואת התוצאות המושגות בעזרת שאלון על תחושת הבעלות וסוכנות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל ההיבטים של הניסוי אושרו על ידי ועדת האתיקה של המכון הטכנולוגי של טוקיו.
1. התקנה ניסיונית
- חומר והגדרה עבור מדידת דריפט פרופריוצפטיבי.
- השג עמדה שיכול להכיל צלחת ס"מ 100 x 100 אנכית (איור 1).
- לקבל כיסא שעליו משתתף יכול לשבת בנוחות במהלך הניסוי.
- השג מראה אקרילי 100 x 100 סנטימטרים לוח מט.
- השג את גשש עמדה (למשל, SLC-C02, Cyverse) כדי לעקוב אחר המיקום הימני של המשתתף. רזולוציה מרחבית צריך להיות בערך 1.5 מ"מ כדי לאפשר מספר מספיק של דגימות כדי לשמש עבור למידת מכונה.
- קבל סמנים LED ו retroreflective אינפרא אדום אשר ישמשו כדי לציין את המיקום של הדוכן יד ימין של המשתתף, בהתאמה (ראה צעדים 1.1.11 ו 3.2.6).
- השג את דוושת הרגל על תגובת המשתתף. צור את תכנית מחוייט, אשר יכול להקליט בו זמנית להציג לעומת התגובה המשתתף עמדה ולשחק צפצוף כמשוב של התגובה משתתף כאשר דוושת הרגל נלחצה. בניסויים אלה, עמדת יד ימין של המשתתף נאספה באמצעות ההתקן לכיד מנוע ותכנית מחוייט שלה בהתאם להוראות יצרן.
הערה: לדברי עיתון קודם 16, התכנית פותחה עם ערכת פיתוח תוכנה. התוכנית מחוייט שפותחה על ידי ערכת פיתוח התוכנה ניתן להתאים עבור מותגים אחרים של התקני לכידת תנועה. - השתמש מטרונום לספק תזמון אותות להכשרת תנועת הידיים, כלומר, הקשה על פני המראה או הלוח. ראה שלב 3.1.1 לקבלת הוראות הדרכה מדויקת.
- השתמשו באוזניות מבטלות רעש כדי לצמצם את האפשרות כי המשתתף יכול לשמוע רמזים קול לתפקיד ביד.
- עבור תנאי משוב החזותיים, לצרף את המראה אל הדוכן. עבור התנאי ללא משוב חזותי, לצרף את הלוח אל הדוכן.
- מניחים את אינפרא אדום LED על-השמאלית העליונה של המראה או הלוח.
- חומר והגדרה עבור מדידת תחושת הבעלות והסוכנות.
- חזור על התהליך משלב 1.1.1 לשלב 1.1.11.
- יצירה או להשיג בשאלון להערכת תחושת הבעלות וסוכנות (למשל, 10,13,16). טבלה 1 מציגה דוגמאות מן השאלון השתמשו במחקר הקודם 15.
- להשתמש במחשב לפקח או בטאבלט לתצוגה השאלון למשתתף.
2. המשתתפים
- לגייס כ -10 משתתפים ימניים עם ראייה תקינה או תקנה אל-נורמלי.
הערה: מספר המשתתפים יכול להיות מותאם על פי מטרות הניסוי ומספר ניסויים חוזרים ונשנים לכל participנְמָלָה. - קבלת הסכמה מדעת בכתב להשתתפות לפני תחילת הניסוי.
נוהל ניסוי 3.
- הדרכה שלב עבור תנועת הידיים.
- לאמן את המשתתפים לנצל באופן סינכרוני עם שתי ידיים על המראה או הלוח על קצב מסוים באמצעות מטרונום. הדרך את המשתתפים לבצע את התנועה הקשה על ידי שמירה על העקב של היד במגע עם המראה או לוח. בתחילת האימון, להתחיל מטרונום על קצב של 60 פעימות לדקה ואז להורות המשתתף שברצונך להעביר את שתי הידיים באופן סינכרוני על פי קול של מטרונום.
- ודא כי העיתוי של תנועת היד של המשתתף הוא קרוב מחזור אחד לכל שניות (כ 1 רץ) על ידי השוואתה לקול דקות מטרונום המספר לאחר תחילת קשה.
- הערכת פרופריוצפטיבי דריפט על מישור midsagittal של המשתתף.
- הר במראה או לוח על הדוכן בהתבסס על התנאים: עם משוב חזותי, הר במראה; ללא משוב חזותי, לעלות על הלוח.
- ודא משתתף כי יושב קרוב מאוד במראה או הלוח, אשר ממוקם במישור midsagittal של המשתתף (איור 1).
- ודא כי משתתף יכול לראות את תמונת הראי של יד שמאל אבל לא יכול לראות את יד ימין האמיתית.
- הדרך משתתף לשים לב התמונה של יד שמאל במראה במהלך הניסוי.
- שים את סמני retroreflective על אצבע ופרק כף יד המורה הימנית של המשתתף.
- מאז הסמנים מוכנסים רק על יד ימין של המשתתף, לוודא כי התחושה לתחושה של יד ימין של המשתתף עקב הסמנים המצורפים אינה משתנית משמעותית בהשוואת יד השמאל ידי שאילתותמשתתף בעל פה.
- שים את האוזניות מבטלות רעש מעל האוזניים של המשתתף.
- הדרך את המשתתף כדי להזיז את יד שמאל כ 30 סנטימטר אנכי 30 סנטימטר אופקי מהפינה הימנית התחתונה של במראה כדי לשמור על מיקום יד שמאל זה במהלך הניסוי. עמדה זו מוגדרת כמו המקור של פני השטח של המטוס 2 ד.
- הדרך את המשתתף למקם את יד ימין כרצונו בצד השני של המראה או לוח כדי לשמור על מעמדה עד תום המשפט.
- הדרך את המשתתף על המשימה כדלקמן:
- בתחילת כל ניסוי, להורות המשתתף ללחוץ על הכפתור האמצעי של דוושת הרגל. בשלב זה, המערכת תישמע צפצוף דרך האוזניות כמשוב של עיתונות הדוושה.
- לאחר שמיעת הצפצוף, להורות המשתתף להתחיל קשה בשתי הידות באופן סינכרוני ב 1 הרץ על גבי הלוח, אשר הוא המראההתנאי עם משוב חזותי או הלוח במצב ללא משוב חזותי.
- אחרי יותר משש תנועות ידיים, להורות משתתף לעצור את התנועה בזמן המועדף ולענות על שאלה לגבי המיקום יד ימין על ידי לחיצה ימינה או הלחצן השמאלי על דוושת רגל. על הלחצן הימני הוא כן והשמאל הוא לא. השאלה היא, "האם אתה מרגיש כי הזכות ואת יד שמאל נמצאת באותה התנוחה?" ברגע זה, המשתתף יישמע צפצוף כמשוב לעיתונות הדוושה שוב.
הערה: אם המשתתפים לשאול על המשמעות של "באותה תנוחה," אומר להם כי "באותה תנוחה" משמעות הדבר היא כי גובה סובייקטיבי ועומק של יד ימין הם שווה ערך לזה של יד שמאל. - הדרך את המשתתף שברצונך להעביר ימינם לתפקיד אחר לפי בחירתם. לאחר מכן, להתחיל את הניסוי שוב. מחזור זה יימשך עד 200 ניסויים לכל מצב.
- במהלך המשימה, לבדוק כי העיתוי של הקשת המשתתף נשאר כ 1 הרץ על ידי הצגת התנועה לעומת מטרונום.
הערה: הצליל של מטרונום אפשר לשמוע רק על ידי הנסיין. - לאחר שסיים כ -100 ניסויים, בואו המשתתף לקחת הפסקה.
- בצעו את הניסוי עבור תנאים אחרים (עם או ללא משוב חזותי) בימים נפרדים.
- הערכת תחושת הבעלות והסוכנות במצב Mirror.
- הגדר את עמדותיו של יד ימין לאיסוף התגובות של המשתתף על שאלון על תחושת הבעלות וסוכנות. לדוגמא, בפרסום קודם 16, היו 13 ולפניה עמדות יד ימין. נקודות אלה סודרו כל 7 ס"מ עד ± 21 ס"מ מהראשית.
- לבצע את אותו הליך של abלהערכת אובה כמפורט משלב 3.2.2 לשלב 3.2.7.
- הדרך את המשתתף למקם את יד ימין בעקבות מדריך הנסיין ולתחזק את עמדתה עד גמר במשפט אחד.
- הדרך את המשתתף על המשימה כדלקמן:
- בתחילת המשפט, ללחוץ על הכפתור האמצעי של דוושת הרגל. בשלב זה, המשתתף ישמע צפצוף כמשוב של עיתונות הדוושה.
- לאחר מכן, להתחיל ללחוץ על הידיים ימינה ושמאלה סינכרוני הרץ 1.
- אחרי יותר משש פעמים של טפיחות, להפסיק קשה כאשר הנסיין מציין. לאחר מכן, לענות על השאלות על תחושת בעלות הסוכנות בצג באמצעות סולם ליקרט 7 נקודות עם דירוגים החל -3 ( "מסכים לחלוטין") כדי +3 ( "מסכים לחלוטין") עם 0 מציין לא הסכם ולא מחלוקת ("לֹא בָּטוּחַ").
- הזז את היד ימינה עד לנקודה כי הנסיין מציין. לאחר מכן, להתחיל את הניסוישוב. מחזור זה יימשך עד מספר המשרות ממני כי הנסיין מגדיר.
- ודא כי המשתתף יכול להבין את המשימה ולבקש המשתתף כדי להתחיל את המשימה.
ניתוח 4. נתונים
- הניתוח של דריפט פרופריוצפטיבי על מישור midsagittal של המשתתף.
- השג את הכלי הסטטיסטי שמכיל את יישום למידת מכונה, במיוחד לתמוך מכונת וקטור (למשל, R, MATLAB). השתמש מכונת וקטור התמיכה (SVM) כמו מסווג כדי לחלץ את הגבולות של התגובות של המשתתף. פרסום קודם מספק סבר האלגוריתמים של המסווג (ראה פרק 7) 20. במאמר זה, נסביר את השיטה באמצעות R (גרסה 3.1.2).
- התקן את החבילה בשם "kernlab" 21, אשר מכיל את הניתוח באמצעות SVM ביישום R.
- סמן את האזור שבו מוצג proprioceptive להיסחף של היד כדלקמן (איור 2 מתאר את ייצוג סכמטי של זרימת ניתוח נתונים). ראה קוד תוכנה משלים מדגם נתונים להסבר נוסף של ניתוח נתונים זה.
- חשב את תנוחות ידות זכויות יחסית מהראשית. מחק נתונים עם שגיאות (למשל, נתוני מיקום חסרים או תגובות של המשתתף) מהניתוח.
- הפוך מודל הסתברותי של תגובות "כן" של המשתתף בחלל 2D באמצעות SVM. השתמש בנתונים מהתגובות כתיאור סמלי של המודל. השתמש בנתונים של עמדת יד ימין כמו הפרמטרים של המודל. השתמש הקרנל פונקציה רדיאלי בסיס הנפוץ כמו הקרנל עבור SVM. על מנת למנוע את הניתוח השרירותי, לחשב סיגמא (כלומר, פרמטר המשמש לשינוי המשקל של כל נקודת נתונים) על פי אומדנו סיגמא אוטומטי.
- ודא כי המודל הוא מצויד כהלכה על ידי סימון כי השגיאות אימון דואר של המודל נמצאות תחת 0.2. באמצעות מודל הסתברותי, להגדיר את האזור שבו p-value של תגובות "כן" הנבדק מוערך ביותר מ -0.5.
- ממוצע כל הנתונים של המשתתף לבצע האזור שבו מוצג להיסחף הפרופריוצפטיבית.
הערה: ככל שקשה ממוצע הגבול של "כן" או "לא" בתגובה ששטחם נאמד על ידי p-ערכי התגובות בחלל 2D, שני סוגים של ממוצע מומלצים. שיטה אחת היא ממוצע של p-הערכים עבור התגובות של המשתתף בחלל 2D, המהווה את השיטה לפני הערכת הגבול. השיטה האחרת היא ממוצע בגודל האזור, אשר משמש ולאחר שהעריכה את הגבול.
- ניתוח של המידע גודל ושטח שאלון.
- השג את הכלי הסטטיסטי כדי להעריך את המשמעות של העמדה ואת הקטגוריות של השאלון (למשל, SPSS או R).
- להעריך הפצה נורמליתn של כל הנתונים באמצעות מבחן שפירא-וילק, ולהחיל את הבדיקה הלא פרמטרית מתאימה כאשר אחד או יותר של מערכי נתונים המתאימים לא הצליח לעמוד בקריטריונים של התפלגות נורמלית (למשל, ווילקוקסון חתם דרגת בדיקה, בדיקת פרידמן).
הערה: אם שיטה פרמטרית שמתאימה הניסוי חסר, השתמש בשיטה פרמטרית ולהסביר את ההיגיון. במחקר קודם 16, דו-כיווני חזר אמצעים ANOVA ניתח את נתוני השאלון, כפי שאין תחליף הלא פרמטרית לניתוח זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
נציג תוצאות ממחקר קודם מוצגות כדי להמחיש את השיטה 16. איור 3A מראה כי צורות השטח שבו משתתף לא הצליח לפענח את מרחבית לקזז בין העמדת יד שמאל וימין שונה בין התנאים עם (מראה) ובלי (לוח) חזותי . משוב איור 3 ב מציג שמידות באזור במצבו עם משוב חזותי גדולים משמעותית מאשר במצב ללא משוב חזותי (ווילקוקסון חתם דרגה מבחן: Z = -2.803, p = 0.005). תוצאות אלו מצביעות כי נדרש לקזז בין משוב חזותי הפרופריוצפטיבית לשמור להיסחף הפרופריוצפטיבית הוא כ -10 ס"מ ושינויים ערך זה על ידי כיוון (איורים 3 ו -4). ההיסט אנכי הופיע גדול יותר היסט אופקי. באיור 5, הפריסה המרחבית האנכית ואופקית של f ציון שאלוןאו גוף בעלות הסוכנות הראו חלוקת unimodal. פסגותיהם היו בראשית הצירים, שבו יד ימין של המשתתף היה כמעט באותו מיקום כמו זה של התמונה ביד שיקוף. לעומת זאת, את הפריסה המרחבית על הציון של ההצהרות בקרה כמעט שטוחה ותחת -1. קוטג 'דו-כיווני חזרו אמצעי ANOVA חשף ההשפעות העיקריות עבור בקטגוריות והעמדות כי המשתתפים מעידים בשאלונים (אופקית: קטגוריה: F (3,27) = 11.12, p <0.001; התפקיד: F (6,54) = 10.27, p <0.001; אנכית: קטגוריה: F (3,27) = 24.21, p <0.001, תפקיד: F (6,54) = 7.298, p <0.001). יחסי הגומלין בין בקטגוריה ומצב היו גם משמעותי (אופקי: F (18,162) = 9.42, p <0.001; אנכי: F (18,162) = 8.00, p <0.001). תוצאות אלו מרמזות כי תחושת בעלות סוכנות ירד כאשר מרחבית לקזז בין של אמיתי משתתף הסתירה יד ימין ואת התמונה ביד שיקוף מוגברת. בשינה אלחוטית איור 6, ההשוואה בין ויזואליזציה של תוצאות היסחפות שאלון הפרופריוצפטיבית עבור תחושת בעלות הסוכנות מראה כי באזורים לקזז לשמור התופעות האלה הן קונצנטריים וכמעט חפיפה.
איור 1:. סקירה כללית של הגדרת הגדרת הניסוי כוללת עמדה שמחזיקה או במראה או הלוח, כיסא, מכשיר תגובה (דוושת רגל), ומכשירי הקלטה לתפקיד ידו של המשתתף. הדמות העליונה מציגה את הייצוג סכמטי של ההתקנה מהכיוון שבו משתתף יכול לראות את תמונת הראי של ידו / ידה השמאלית. הדמות התחתונה מראה את התצוגה של הישבן של המראה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
FO: keep-together.within-page = "1"> 
איור 2:. זרימת ניתוח נתונים (א) דוגמא של התגובה משתתפת ועמדות יד ימין. (ב) ייצוג סכמטי של מודל התגובה "כן" מוערך על ידי SVM. (ג) תוצאה של ניתוח הגבול. (ד) אזורים ממוצעים פני משתתפים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3: השוואה בין צורות שטח וגדל בין התנאים עם ובלי משוב חזותי (א) השוואת צורות שטח.. מקורו של הגרף הוא המיקום של יד שמאל, כלומר, את המיקום של המילתמונת יד rrored במצב המשוב החזותי. הצירים אנכיים ואופקיים להראות את המיקום יד ימין של המשתתף כמשוב הפרופריוצפטיבית של היד. (ב) השוואה בין הגדלים באזור. ציר אנכי מראה את הגדלים באזור שבו משתתפים יכולים לא לזהות את מרחבית לקזז בין העמדת יד שמאל וימין. ציר אופקי מראה את המצב עם או בלי תמונת יד שיקוף כמו משוב חזותי (מימין: עם משוב חזותי, לשמאל: ללא משוב חזותי). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4:. פרט נתונים עבור רוב המשתתפים, את הצורה של הגבול במצב המראה הייתה גדולה יותר במצב הלוח. הדבר מצביע על כך השיטה להדמיה באמצעותSVM הצליח מראה את ההשפעה של לכידה חזותית על ידי דימוי הגוף במראה. לעומת זאת, עבור משתתפי D, H, ו- J, היו כמה הבדלים פני התנאים, המציין כי ייתכן שיש הבדלים אינדיבידואליים להשפעת הלכידה חזותית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5: תוצאות השאלון: (א) הפריסה המרחבית של ציון שאלון לאורך הציר האנכי.. (ב) הפריסה המרחבית של ציון שאלון לאורך הציר האופקי. עשרות בעלות הסוכנות היו הגבוהה ביותר ביחס ממוצא לעמדות אנכיים ואופקיים. PleASE לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 6: השוואה בין סיווג ושאלון (א) הפריסה המרחבית של עשרות שאלון הבעלות סוכנות לאורך הציר האופקי.. (ב) הפריסה המרחבית של עשרות שאלון הבעלות סוכנות לאורך הציר האנכי. (C) משוער האזור שבו המשתתפים לא יכלו לזהות את הקיזוז בין דימוי יד שיקוף וטשטש אמיתי יד ימין. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
| קטגוריה | |
| בַּעֲלוּת | 1. הרגשתי כאילו הייתי looking לימיני עצמו. |
| 2. הרגשתי כאילו היד במראה הייתה חלק מהגופים. | |
| 3. זה נראה כאילו אני חש את התנועה של יד ימין שלי במיקום שבו היד במראה עבר. | |
| 4. הרגשתי כאילו היד במראה הייתה ביד שלי. | |
| בַּעֲלוּת לִשְׁלוֹט | 5. הרגשתי כאילו יד ימין האמיתית שלי הייתה הופכת מצד במראה. |
| 6. זה נראה כאילו יש לי יותר ביד ימין אחד. | |
| 7. נראה כאילו היד במראה נסחפה לעבר היד האמיתית שלי. | |
| 8. זה הרגיש כאילו היה לי כבר לא יד ימין, כאילו יד ימין שלי נעלמה. | |
| סוֹכְנוּת | 9. היד במראה עברה בדיוק כמו שרציתי יד ימין שלי, כאילו הוא מציית לרצוני. |
| 10. הרגשתי כאילו שאני שולט התנועה של היד במראה כאילו אני אשלוט כי יד ימין שלי. | |
| 11. הרגשתי כאילו שאני גורמת לתנועה נוצר על ידי היד ראיתי כמו יד ימיני. | |
| 12. בכל פעם הזזתי את היד הימנית שלי, ציפיתי מצד במראה לנוע באותו אופן. | |
| סוֹכְנוּת לִשְׁלוֹט | 13. הרגשתי כאילו היד במראה הייתה שליטה לרצוני. |
| 14. הרגשתי כאילו היד במראה הייתה שליטה תנועותי. | |
| 15. אני יכול לחוש את התנועה ממקום כלשהו בין יד ימין האמיתית שלי והיד במראה. | |
| 16. זה נראה כאילו היד במראה היה רצון משלו. |
משלימים קבצים. קוד לדוגמא ונתוני הגדרת שיטת הניתוח באמצעות SVM. קוד זה יכול להתבצע באמצעות R (גרסת 3.1.2) ולערוך אותו הניתוח כמו בעיתון הנוכחי. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
אנו להדגים שיטה להעריך להיסחף הפרופריוצפטיבית במטוס 2D במהלך האשליה במראה באמצעות SVM וכדי להשוות את התוצאה עם תגובות שאלון תחושת הבעלות וסוכנות. שיטה חדשה זו עולה כי נדרש לקזז בין משוב חזותי הפרופריוצפטיבית לשמור להיסחף הפרופריוצפטיבית הוא כ -10 ס"מ ושזה לקזז חופף הדוק עם קיזוז נדרשים בכדי לשמור על תחושה של בעלות הסוכנות.
ראוי לציין, כי השלב הקריטי ביותר של שיטה זו מתואר תחת 3.2.5, הוראה למשתתפים על תשומת הלב שלהם. במחקר הפיילוט הקודם 16, השפעת הלכידה חזותית על ידי דימוי יד שיקוף לעתים רחוקות נצפתה כאשר המשתתפים דיווחה באופן סובייקטיבי כי הם שלמו יותר תשומת לב לגוף שלהם. עדיין לא ברור אם תשומת לב תורמת לתופעה זו. הקשר בין תשומת לב ותחושת בעלות הסוכנות יש רק לעתים נדירותנדון בשל הקושי לשלוט או למדוד את תשומת הלב של המשתתפים. למיטב ידיעתנו, יש רק 22 מחקר אחד באופן ישיר שבחן את השפעתה של תשומת לב על תחושת הבעלות. כדי למנוע דיונים מורכבים על איך לשלוט ולמדוד לב, הדרכה זהירה לגבי תשומת הלב של המשתתפים נדרשה.
הנקודה הקריטית השנייה היא שכל המשתתפים יכולים לבחור את מיקום היד לניסוי הבא כרצונו שלהם בפגישה המדידה להיסחף הפרופריוצפטיבית. בשנת הפסיכופיסיקה מסורתית, מידת החופש של 'התנהגות המשתתפים נוטה להיות מוגבלת ומבוקר על מנת להפוך את הניסוי יותר חזק לשחזור. לדוגמא, בניסויים המדידים להיסחף הפרופריוצפטיבית ותחושת בעלות סוכנות באמצעות הפרדיגמה אשלית גומי יד 10-13, נקודות הדגימה של מיקום היד של המשתתפים היו מוגדרות מראש לאורך אחד בכיוון השלושהs, כגון גובה, רוחב, או עומק, כדי למנוע קשיים למדוד באופן חזותי נתונים רב מימדיים. במיוחד מאז שאלונים לקחת את הזמן עבור כל נקודת דגימה בשל מספר הקטגוריות (למשל, בעלות, סוכנות, והצהרות שליטה), מספר נקודות דיגום מוגבלים יותר בהשוואה לשיטות הקלטת התנהגויות אנושיות. בשיטה זו, על מנת להבטיח עקביות עם מחקרים אחרים, מדידת את תחושת הבעלות והסוכנות באמצעות שאלון הוגבל ו ולפניה גם כן. מגבלה זו קשורה להתנהגות של המשתתפים אינה קריטית למחקר בסיסי לחקור את מנגנון המוח של תחושת הבעלות והסוכנות, כי זה אפשרי לעצב ולשלוט תנאי הניסוי במדויק reproducibly ידי לרבות הגבלות אלה על תנאי הניסוי. עם זאת, בהתחשב היישומים הפוטנציאליים עבור תחושת בעלות סוכנות בהנדסה ושיקום, מגבלה זויכול להיות קריטי להעריך התנהגות אנושית 3D בתנאים בחיי היומיום. בנסיבות אלה, שבו משתתפים יכולים להזיז את היד שלהם ולבחור את עמדתה בחופשיות רבה יותר, קשה להעריך להיסחף הפרופריוצפטיבית בשיטות פסיכו מסורתיות. כדי להתגבר על בעיה זו, SVM, סוג של למידה חישובית, אומצה המאפשרת אמידה וויזואליזציה של סחיפה הפרופריוצפטיבית. טכניקה זו יכולה לאסוף ולנתח נתונים מסיביים, כגון נתונים רבי ממדים המכילים תגובות תנוחות ידות של משתתפי 2D עם בחירה חופשית. באמצעות טכניקה זו, התגובות של המשתתפים שנדגמו ב תנוחות ידות שונות סווגו והאזור נתח שבו משתתפים לא שמו לב את המרחק בין תמונת הראי של יד שמאל ויד ימין בפועל המוסתרת.
לשיטה זו מגבלה קריטית, אשר היא שהשטח הממוצע מראה להיסחף הפרופריוצפטיבית פני המשתתפים כיום אינו מציג indivהבדלי idual. זאת בשל המגבלה של השיטה להדמיה כדי להציג יותר מידע תלת ממדי על משטח 2D. נתוני השטח הממוצע מראה להיסחף הפרופריוצפטיבית יכלו להכיל את נתוני 2D עמדה, ההסתברות של תגובת המשתתף, והבדל היחיד. כדי לכלול הבדלים אישיים, שיטה להדמיה שיכול להראות נתונים ארבעה-ממדי יהיה צורך.
הכיוון העתידי של שיטה זו הוא להרחיב את הממדים מ 2D ל 3D ו לכלול תכונות זמניות. אמנם יש עדיין כמה קשיי שיטה להדמיה במשך יותר משלושה ממדי נתונים, הרחבות אלה ממדים נוספים, תעזורנה להבין כיצד המוח מעבד מידע רב חושי ממערכות מרובות, כגון חזון פרופריוספציה. כדי להשיג רחבה זו, מחקר נוסף נדרש.
מנקודת מבט יישום, שיטה זו יכולה לעזור אנגיneers כדי איסטרטגי שימושי עיצוב או תחושה של שליטה למערכות שליטה בזמן אמת, כגון רובוטים, מערכות רובוט כירורגי, ומערכות מציאות מדומה. במערכות אלה, את התחושה של המשתמש במהלך מבצע מוערכת לעתים קרובות על ידי שאלונים בדיעבד. לכן, זה מאתגר ליישם את התחושה של המשתמש במהלך המבצע בעת ביצוע אבטיפוס למערכת. אם נוכל לחשוף את ההגבלה של אי התאמת spatiotemporal בין משוב רב החושי כדי לשמור על תחושת הבעלות והסוכנות, זה יעזור לספק את הכללים לגבי משוב רב חושי ממערכות מכונית לשמור שימושיות עצמית גוף דמוי, שבו מפעיל לשלוט מערכות כאילו הם ישלטו הגוף שלהם. שיטה זו חושפת את מרחבית לקזז בין משוב חזותי הפרופריוצפטיבית לשמור על תחושת הבעלות וסוכנות. בהתבסס על תוצאה זו, הרגשות של המשתתף כלפי הדימוי יד שיקוף יכול להיות נשלט על ידי מניפולציההמרחק בין דימוי יד ביד אמיתית מוסתרת. שינוי יחסי spatiotemporal על פני משוב רב חושי מפעולות שונות יהיה הצעד הראשון כדי לשלוט התחושה של המשתמש אסטראטגי במהלך מבצע.
רעיון זה יכול להיות מאומץ לא רק הנדסה אלא גם לשיקום. כמה מאמצים מחקריים שמטרתם לשפר תפקודים מוטוריים וכאבי אנשי גפיים או משותקים. עם זאת, מאז הנושא המרכזי של שיקום מסורתי הוא לחולים יוכלו לפעול בחיי היומיום שלהם, קצת מחקר זה הצליח לשפר את התחושות של חולי איבר חסר או משותק. בהתחשב בהשפעה על איכות החיים של החולים, שיפור של תחושות אלה הינה מכרעת לחיים עם איבר חסר או משותק. שיטה זו יכולה לספק הערכה כמותית על תחושת בעלות סוכנות איבר חסר או משותק על ידי המדידה לקזז בין החולים 'suעמדת איבר bjective ואת המיקום של האיבר האמיתי או גלוי. זה יעזור את הפיזיותרפיסט להעריך את התחושה של החולים כמותית בגפיהם.
לסיכום, מאמר זה מספק שיטה חדשה כדי להמחיש את מרחבית לקזז בין משוב חזותי הפרופריוצפטיבית לשמור להיסחף הפרופריוצפטיבית במישור midsagittal. בהתבסס על המחקרים קודמים בשיטה זו 15, מרחבית לקזז שהשתתף אינם יכולים לזהות מורחבים לכ -10 סנטימטרים. יתר על כן, ערך זו תואם את הטווח שבו המשתתף להרגיש תחושה של בעלות וסוכנות עבור תמונת היד במראה. ממצאים אלה יסייעו לחקור מנגנונים נוספים של תחושת בעלות הסוכנות מנקודת מבט multimodality מידע חושי. יתר על כן, שיטה זו יכולה לספק כלי לשיקום גפיים או משותקים על העיצוב של מערכות בקרה בזמן אמת, כמו indicato כמוניr מראה את מרחבי לקזז בין משוב חזותי הפרופריוצפטיבית לשמור תחושה או השימושיות עצמית גוף דמוי. בדרך זו, פיתוח טכניקות חישוביות, כגון למידת מכונה, מאפשר לבנות שיטות אמידות ויזואליזציה שלא היו אפשריים בעבר בשל המגבלות הסטטיסטיות הקונבנציונליות. סוג זה של התקדמות המטרולוגי יכול לחשוף התנהגות אנושית ומנגנוני מוח המייצרים תחושת העצמי במצבים טבעיים יותר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acric mirror | |||
| Matte blackboard | |||
| custom-made stand | e.g. wood pole or PVC(poly vinyl chloride) pipe | ||
| Chair | |||
| Foot pedal | P.I. Engineering | Classic X-keys USB, and PS/2 Foot Pedals | Other response device can be avaliable. |
| Position sensor | CyVerse | SLC-C02 | Other position sensor can be avaliable. |
| Custom-made retroreflectivemarker | The marker provided by the motion capture vendor can be available. | ||
| Noise canselling head phone | bose | Quiet Comfort 3 | Other head phone can be avaliable. |
| PC | Mouse computer | NG-N-i300GA | Other PC can be available. |
References
- Alimardani, M., Nishio, S., Ishiguro, H. Humanlike robot hands controlled by brain activity arouse illusion of ownership in operators. Sci. Rep. 3, 2396 (2013).
- Fernando, C. L., et al. Design of TELESAR V for transferring bodily consciousness in telexistence. Intelligent Robots and Systems (IROS), 2012 IEEE/RSJ International Conference, Vilamoura, , 5112-5118 (2012).
- Ramachandran, V. S., Rogers-Ramachandran, D. C. Synaesthesia in phantom limbs induced with mirrors. Proc. Biol. Sci. 263, 377-386 (1996).
- Chan, B. L., et al. Mirror therapy for phantom limb pain. N.Engl.J.Med. 357 (21), 2206-2207 (2007).
- Michielsen, M. E., et al. Motor recovery and cortical reorganization after mirror therapy in chronic stroke patients: a phase II randomized controlled trial. Neurorehabil. Neural Repair. 25 (3), 223-233 (2010).
- Lamont, K., Chin, M., Kogan, M. Mirror box therapy: seeing is believing. Explore (NY). 7 (6), 369-372 (2011).
- Becker-Asano, C., Gustorff, S., Arras, K. O., Nebel, B. On the effect of operator modality on social and spatial presence during teleoperation of a human-like robot. Third Intl. Symposium on New Frontiers in Human-Robot Interaction at AISB50, , (2014).
- Rosén, B., et al. Referral of sensation to an advanced humanoid robotic hand prosthesis. Scand. J. Plast. Reconstr. Surg. Hand Surg. 43 (5), 260-266 (2009).
- Limerick, H., Coyle, D., Moore, J. W. The experience of agency in human-computer interactions: a review. Frontiers Hum. Neurosci. 8, 643 (2014).
- Botvinick, M., Cohen, J. Rubber hands 'feel' touch that eyes see. Nature. 391 (6669), 756-756 (1998).
- Tsakiris, M., Haggard, P. The rubber hand illusion revisited: visuotactile integration and self-attribution. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Perform. 31 (1), 80-91 (2005).
- Rohde, M., Di Luca, M., Ernst, M. O. The rubber hand illusion: feeling of ownership and proprioceptive drift do not go hand in hand. PloS One. 6 (6), e21659 (2011).
- Kalckert, A., Ehrsson, H. H. Moving a rubber hand that feels like your own: a dissociation of ownership and agency. Frontiers Hum. Neurosci. 6, 40 (2012).
- Holmes, N. P., Crozier, G., Spence, C. When mirrors lie: 'visual capture' of arm position impairs reaching performance. Cog. Affect. Behav. Neurosci. 4 (2), 193-200 (2004).
- Snijders, H. J., Holmes, N. P., Spence, C. Direction-dependent integration of vision and proprioception in reaching under the influence of the mirror illusion. Neuropsychologia. 45 (3), 496-505 (2007).
- Tajima, D., Mizuno, T., Kume, Y., Yoshida, T. The mirror illusion: does proprioceptive drift go hand in hand with sense of agency. Front. Psychol. 6, 200 (2015).
- Gallagher, S. Philosophical conceptions of the self: implications for cognitive science. Trends Cog. Sci. 4 (1), 14-21 (2000).
- Farmer, H., Tajadura-Jiménez, A., Tsakiris, M. Beyond the colour of my skin: how skin colour affects the sense of body-ownership. Conscious. Cogn. 21 (3), 1242-1256 (2012).
- Boucsein, W. Electrodermal Activity. , Springer. New York. (2012).
- Bishop, C. M. Pattern recognition and machine learning. , Springer. New York. (2006).
- Karatzoglou, A., Smola, A., Hornik, K., Zeileis, A. kernlab - An S4 Package for Kernel Methods in R. J. Stat. Software. 11 (9), 1-2 (2004).
- Jenkinson, P. M., Haggard, P., Ferreira, N. C., Fotopoulou, A. Body ownership and attention in the mirror: insights from somatoparaphrenia and the rubber hand illusion. Neuropsychologia. 51 (8), 1453-1462 (2013).
