Método de visualización para la deriva propioceptiva en un plano 2D que usa la máquina de vectores de soporte

Summary

En este artículo se describe un nuevo método para estimar la deriva propioceptiva en un plano 2D usando la ilusión espejo y la combinación de un procedimiento psicofísico con un análisis utilizando la máquina de aprendizaje.

Introduction

En los últimos años, la investigación sobre el sentido o la experiencia del auto-cuerpo, es decir, el propio cuerpo, ha aumentado en el contexto de la realización. Forma de realización se refiere a la idea o concepto de tener un cuerpo físico o virtual que puede interactuar con el medio ambiente, tales como alcanzar, agarrar, y el tacto. Por ejemplo, los seres humanos pueden tocar un objeto u otro ser humano colocado en el medio ambiente por pasar su propio cuerpo, en este caso, su propio brazo y la mano. Hoy en día, esta interacción o comunicación no se limita al uso del propio cuerpo natural. Debido a la invención y el desarrollo de robots humanoides o avatares en el mundo virtual, el cuerpo humano natural puede ser sustituido por un cuerpo artificial, tal como un humanoide, robot de control remoto, prótesis eléctrica, o avatar infografía en la realidad virtual. Por ejemplo, los investigadores desarrollaron un robot cuyo operador puede "comprender" un objeto colocado en frente del robot a través de su cuerpo mecánico, incluso si el robot se coloca lejos de la posición del cuerpo ^1,2 del operador. Al igual que en este ejemplo, si un ser humano podría realizar una acción a través de un cuerpo artificial, que sería el organismo mantenga la atribución de auto-cuerpo del operador?

Podemos encontrar fácilmente los temas relacionados con esta discusión sobre la atribución o la proyección de "auto" de nuestro propio cuerpo natural de un cuerpo artificial, no de carne y hueso. Un ejemplo se puede encontrar en el campo médico; por ejemplo, en el campo de la rehabilitación médica, los tratamientos que "truco" sensación de auto-cuerpo del paciente utilizando espejos están siendo exploradas para reducir el dolor y mejorar la función motora de una extremidad que falta o paralizado, llamados terapia del espejo ^3-6. En esta terapia, la imagen reflejada de la parte del cuerpo afectada o la integridad física puede confundir el cerebro del paciente en la creencia de que el miembro amputado o paralizado corresponde a la que aparece en el espejo y dar lugar a la sensación de que todavía está en ellas condición anterior (es decir, antes del accidente). Todavía se está debatiendo cómo esto afecta a la capacidad de recuperación ilusión del cerebro relacionada con la representación del cuerpo. Además de este tipo de discusión sobre nuestro cuerpo natural, podemos encontrar discusiones similares sobre la realización, en especial de los problemas de diseño de interacción hombre-máquina en el campo de la ingeniería. El sentido de sí mismo para un cuerpo artificial o virtual ha sido bien investigado en el contexto de la telepresencia, la interfaz cerebro-máquina, y una interfaz cerebro-ordenador ^1,2,7-9. Algunos investigadores informaron que un robot humanoide, que puede transferir la sensación táctil de su mano de robot a la mano del operador, puede capturar el sentido de que el operador de la auto-cuerpo para el robot, así como la sensación de estar en un lugar donde el robot se posiciona lugar de donde realmente existe el operador, llamada tele-existencia ^1. Otros investigadores informaron que un avatar virtual que refleja los movimientos del cuerpo del operador fuerteLy transfiere el sentido de que el operador de la auto-cuerpo del propio cuerpo del operador al cuerpo virtual ^9. Estos hallazgos indican cómo los usuarios pueden proyectar su sentido de auto-cuerpo en un cuerpo artificial, tal como un humanoide, robot de control remoto, prótesis eléctrica, o avatar infografía en la realidad virtual, incluso si el cuerpo artificial no está conectado directamente a su cerebro y el cuerpo.

La investigación científica básica en este tipo de sensación de auto-cuerpo por falta de carne y hueso, objetos de cuerpo como artificiales examinó los mecanismos cerebrales subyacentes a la experiencia de auto-cuerpo usando la ilusión mano de goma (RHI) ^10-13 y el espejo ilusión (MI) ^14-16 en los campos de la medicina y de ingeniería, así como en la psicofísica y la neuropsicología. La RHI es la sensación que pertenece una mano de goma para el propio cuerpo y es evocado por acariciar al mismo tiempo una mano de goma visible y la mano oculta del participante. En el MI, una mano image en un espejo colocado a lo largo del eje sagital medio captura visualmente la posición percibida del participante de la invisible mano opuesta. Por otra parte, los movimientos sincrónicos de la mano invisible reflejada y evocan la sensación fuerte como si la imagen reflejada mano eran lo invisible mano opuesta. De acuerdo con la investigación sobre estas ilusiones, la consistencia entre la información multimodal y la predicción y la retroalimentación sensorial acerca de los movimientos del cuerpo parece jugar un papel importante para el juicio de atribución de auto-cuerpo. Por lo tanto, estas dos ilusiones pueden ser pruebas y herramientas simples pero de gran alcance para los científicos que investigan los mecanismos cerebrales subyacentes nuestra sensación de ser engañado o creer que un objeto artificial o imagen puede ser subjetivamente nuestra propia parte del cuerpo, y que nuestra sensación de auto-cuerpo hace no tiene que estar atado a nuestro cuerpo físico natural.

En todos estos estudios mencionados anteriormente, la discusión se ha basado en el concepto de "lo propio" consisting de dos tipos de sensaciones propuestos por el filósofo Gallagher ^17: el sentido de pertenencia y el sentido de la agencia. El sentido de propiedad se refiere a la sensación de que una parte del cuerpo que se observa es la propia. El sentido de acción corresponde a la sensación de que el movimiento del cuerpo es auto-causado. Estas dos sensaciones se definen como el ser mínima, es decir, una sensación inmediata de la auto ^16. De acuerdo con este concepto, la atribución de la "auto" para los cuerpos naturales, dañado, virtuales, y mecánicas puede ser evaluada por los mismos índices: el sentido de la propiedad y la agencia. Para utilizar esta sensación de evaluación científica, se plantea la cuestión de cómo medir el sentido de propiedad y la agencia de forma robusta. Actualmente, la estimación del sentido de propiedad y la agencia se basa principalmente en cuestionarios, propuesto originalmente por Botvinick ^9. Además de los cuestionarios, podemos intentar medirlos de manera cuantitativa. Por ejemplo, el aire de la pielrespuesta conductancia (SCR) se ha utilizado como un índice fisiológico de la propiedad en los casos en que la mano de goma es repentinamente cortada por un cuchillo ^18. El SCR se calcula mediante la medición de las características eléctricas de la piel y es un indicador sensible y válido para la excitación ^19. Dado que este método se aplica típicamente para los ensayos individuales por participante, la medición de SCR no es adecuado como un índice físico durante psicofísica experimentos que requieren mediciones repetitivas dentro de los participantes. Uno de los índices de comportamiento de mayor éxito para el sentido de la propiedad es la deriva propioceptiva. Deriva propioceptiva es el cambio en la posición percibida de la verdadera mano invisible hacia la posición de un objeto que se parece a una mano, como por ejemplo la prótesis de goma a medida ni gráficos por ordenador ^10-13. Puesto que este cambio puede ser estimado de manera repetitiva y robusta mediante la medición de la distancia entre la mano real invisible y la imagen visual de la mano, la deriva propioceptiva isa índice físico adecuado para mediciones psicofísicas. Sin embargo, este uso debe ser evaluado cuidadosamente, porque las discusiones recientes han cuestionado si la deriva propioceptiva siempre se puede utilizar como un índice de comportamiento de la propiedad ^12.

Típicamente, la deriva propioceptiva se mide sólo en una de las tres direcciones, como la altura, anchura o profundidad. la deriva propioceptiva rara vez se ha medido en múltiples direcciones, debido a la dificultad de estimar y visualizar datos multidimensionales. Esta limitación metrológico no es crítica para la investigación básica explorar los mecanismos que procesan la información multisensorial, ya que las condiciones experimentales pueden ser diseñadas y controladas para limitar las dimensiones medidas fácilmente. Sin embargo, en la vida cotidiana, nuestras manos se mueven libremente en 3D para seguir nuestras intenciones. En esta situación, es difícil e inadecuado para medir el comportamiento de un participante con cuestionarios, que severamente limita el movimiento y posiciónitions de las manos. Por lo tanto, teniendo en cuenta las posibles aplicaciones de sentido de propiedad y la agencia en la ingeniería y la rehabilitación, una medición que incluye múltiples direcciones y permite que se necesita movimiento de la mano libre para evaluar la relación espacial entre la retroalimentación visual y propioceptiva en situaciones de la vida cotidiana. Si dicha medición fuera posible, la distancia medida entre las manos reales y observadas podría ser utilizado como una guía para el sentido de auto-cuerpo. Esto no sólo podría llegar a ser un indicador para el progreso de la rehabilitación, sino también un criterio para el offset espacial entre el blanco manipulado en la pantalla y la mano de operación. La pregunta sigue siendo cómo esta medida puede ser implementado de manera fiable y eficaz.

Para abordar esta cuestión, se introduce un nuevo método para estimar la deriva propioceptiva, que se corresponde con el cambio de la posición de la mano real invisible del participante a la de una forma de mano o visiblebject, en un plano 2D usando la ilusión del espejo mediante la combinación de un procedimiento psicofísico y un análisis utilizando la máquina de aprendizaje. En comparación con una mano de goma, la imagen de la mano en un espejo capta firmemente la posición percibida del participante de la verdadera mano invisible. Por otra parte, una imagen de espejo refleja inmediatamente los movimientos voluntarios mano de colocación de las manos. Por lo tanto, una imagen de espejo fue seleccionada como la retroalimentación visual de la mano del participante. Además, para medir la deriva propioceptiva similar a situaciones de la vida cotidiana, los participantes colocan sus manos ensayo por ensayo oculto a su voluntad, y se aumentó el número de ensayos. Aunque cualquier combinación de direcciones podría haber sido utilizado, la combinación de la altura y la profundidad se eligió debido a la facilidad de colocar el espejo en posición vertical. Para comprobar la coherencia entre nuestro método y la investigación anterior ^13, se llevaron a cabo dos condiciones visuales: con y sin retroalimentación visual. En la condición con realimentación visual, el espejo wcomo colocado a lo largo del plano sagital medio para crear una imagen reflejada de la mano izquierda, como si se hubiera visto como la mano derecha. En la condición sin retroalimentación visual, una pizarra mate se utilizó con el fin de ocultar verdadera mano derecha del participante. Se evaluó la eficacia de este nuevo método mediante la comparación de los resultados con los obtenidos con un cuestionario sobre el sentido de la propiedad y la agencia.

Protocol

Todos los aspectos del experimento fueron aprobados por el Comité Ético del Instituto de Tecnología de Tokio.

1. Configuración Experimental

1. Materiales y configuración para la medición de la deriva propioceptiva.
   1. Obtener un soporte que puede sostener una placa de 100 x 100 cm verticalmente (Figura 1).
   2. Obtener una silla en la que el participante pueda sentarse cómodamente durante el experimento.
   3. Obtener un espejo de acrílico 100 x 100 cm y pizarra mate.
   4. Obtener el rastreador de posición (por ejemplo, SLC-C02, Cyverse) para seguir la posición de la derecha del participante. La resolución espacial debe ser de aproximadamente 1,5 mm para permitir que un número suficiente de muestras que se utiliza para el aprendizaje automático.
   5. Obtener una infrarrojos LED y marcadores retrorreflectantes que se utilizarán para indicar la posición del soporte y de la mano derecha del participante, respectivamente (véanse los pasos 1.1.11 y 3.2.6).
   6. Obtener el pedal de la respuesta del participante. Crear el programa a medida, que puede grabar y visualizar simultáneamente la posición de respuesta y la mano derecha del participante y reproducir un pitido como retroalimentación de la respuesta del participante cuando se presiona el pedal. En estos experimentos, se recogió posición de la mano derecha del participante mediante el dispositivo de captura de motor y su programa a medida de acuerdo a las instrucciones del fabricante.
      NOTA: De acuerdo con un artículo anterior ^16, el programa se desarrolló con un conjunto de herramientas de desarrollo de software. El programa a medida desarrollado por el conjunto de herramientas de desarrollo de software se puede adaptar a otras marcas de dispositivos de captura de movimiento.
   7. Utilice un metrónomo para proporcionar señales de temporización para la formación del movimiento de la mano, es decir, tocando la superficie del espejo o pizarra. Vea el paso 3.1.1 para obtener instrucciones precisas de formación.
   8. Utilizar los auriculares con cancelación de ruido para reducir la posibilidad de que el participante puede oír las señales de sonido para la posición de la mano.
   9. Para la condición de la retroalimentación visual, coloque el espejo en el soporte. Para la condición sin retroalimentación visual, coloque la pizarra en el soporte.
   10. Coloque el LED de infrarrojos en la parte superior izquierda del espejo o pizarra.
2. Materiales y configuración para la medición del sentido de propiedad y de la Agencia.
   1. Repita el procedimiento desde el paso 1.1.1 a 1.1.11 paso.
   2. Crear u obtener el cuestionario de evaluación de sentido de propiedad y la agencia (por ejemplo, ^10,13,16). La Tabla 1 muestra ejemplos de este cuestionario utilizado en el estudio previo ^15.
   3. Utilizar un monitor de PC o tableta para mostrar el cuestionario para el participante.

2. Los participantes

1. Reclutar a unos 10 participantes diestros con visión normal o corregida a la normal.
   Nota: El número de participantes puede ser ajustado de acuerdo a los objetivos experimentales y el número de ensayos repetidos por participhormiga.
2. Obtener el consentimiento informado por escrito para la participación antes del inicio del experimento.

3. Procedimiento Experimento

1. Fase de Formación para el movimiento de la mano.
   1. Capacitar a los participantes para aprovechar de forma sincrónica con ambas manos en el espejo o una pizarra en un determinado tempo utilizando el metrónomo. Instruir a los participantes para realizar el movimiento tocando manteniendo el talón de la mano en contacto con el espejo o la junta. Al comienzo de la formación, iniciar el metrónomo a un ritmo de 60 latidos por minuto y luego instruir al participante para mover las dos manos de forma síncrona según el sonido del metrónomo.
   2. Asegúrese de que la sincronización de movimiento de la mano del participante está cerca de un ciclo por segundo (aproximadamente 1 Hz) comparándolo con el sonido del metrónomo varios minutos después del comienzo de tapping.
2. La estimación de la deriva propioceptiva en el plano sagital y medio del Participante.
   1. Montar el espejo o la pizarra en el soporte basado en las condiciones: con retroalimentación visual, montaje en el espejo; sin retroalimentación visual, montar la pizarra.
   2. Asegúrese de que los participantes está sentado muy cerca del espejo o la pizarra, que se coloca a lo largo del plano medio sagital del participante (Figura 1).
   3. Asegúrese de que los participantes pueden ver la imagen especular de la mano izquierda, pero no puede ver la verdadera mano derecha.
   4. Instruir a los participantes a prestar atención a la imagen de la mano izquierda en el espejo durante el experimento.
   5. Ponga los marcadores retrorreflectantes a la derecha índice de la yema del dedo y la muñeca del participante.
      1. Dado que los marcadores solamente se ponen en la mano derecha del participante, asegúrese de que la sensación háptica de la mano derecha del participante debido a los marcadores conectados no se altere sustancialmente en comparación con la mano izquierda mediante la consulta de laparticipante por vía oral.
   6. Ponga los auriculares con cancelación de ruido sobre las orejas de los participantes.
   7. Instruir al participante para mover la mano izquierda aproximadamente 30 cm verticalmente y horizontalmente 30 cm desde la esquina inferior derecha del espejo y mantener esta posición de la mano izquierda durante el experimento. Esta posición se establece como el origen de la superficie del plano 2D.
   8. Instruir al participante que coloque la mano derecha a voluntad en el otro lado del espejo o pizarra y mantener su posición hasta el final del ensayo.
   9. Instruir al participante sobre la tarea de la siguiente manera:
      1. Al comienzo de cada ensayo, instruir al participante para empujar el botón del medio del pedal. En este momento, el sistema emitirá un sonido a través de los auriculares como retroalimentación de la pulsación del pedal.
      2. Después de oír el pitido, instruir al participante para comenzar a tocar con las dos manos de forma sincrónica a 1 Hz en el tablero, que es el espejo en elcon la condición de retroalimentación visual o la pizarra en la condición sin retroalimentación visual.
      3. Después de más de seis movimientos de las manos, dar instrucciones al participante para detener el movimiento en el momento preferido y responder a la pregunta acerca de la posición de la mano derecha pulsando el botón derecho o izquierdo en el pedal. El botón derecho es un sí y la izquierda es un no. La pregunta es: "¿Se siente que la mano derecha e izquierda están en la misma posición?" En este momento, el participante oirá un pitido como retroalimentación para la pulsación del pedal de nuevo.
         NOTA: Si los participantes preguntan sobre el significado de la "la misma posición", decirles que "la misma posición" significa que la altura y la profundidad subjetiva de la mano derecha son equivalentes a la de la mano izquierda.
      4. Instruir al participante para mover la mano derecha a otra posición de su elección. A continuación, iniciar el proceso de nuevo. Este ciclo continuará durante un máximo de 200 ensayos por condición.
   10. Durante la tarea, compruebe que el momento de golpeteo del participante queda aproximadamente a 1 Hz mediante la visualización del movimiento en comparación con el metrónomo.
       Nota: El sonido del metrónomo se puede presentar solamente por el experimentador.
   11. Después de finalizar alrededor de 100 ensayos, que el participante tome un descanso.
   12. Realizar el experimento para las demás condiciones (con o sin retroalimentación visual) en días separados.
3. Estimación del sentido de propiedad y de la Agencia en el Estado de espejo.
   1. Definir las posiciones de la mano derecha para recoger las respuestas de los participantes en el cuestionario sobre el sentido de la propiedad y la agencia. Por ejemplo, en una publicación anterior ^16, había 13 prefija posiciones de la mano derecha. Estos puntos se dispusieron cada 7 cm hasta ± 21 cm del origen.
   2. Llevar a cabo el mismo procedimiento para la abestimación ove como se indica en el paso 3.2.2 al paso 3.2.7.
   3. Instruir al participante que coloque la mano derecha siguiendo la guía del experimentador y mantener su posición hasta terminar un ensayo.
   4. Instruir al participante sobre la tarea de la siguiente manera:
      1. Al comienzo de la prueba, pulse el botón central del pedal. En este momento, el participante oír el pitido como retroalimentación de la pulsación del pedal.
      2. A continuación, empezar a tocar las manos derecha e izquierda de forma sincrónica a 1 Hz.
      3. Después de más de seis veces de tapping, dejar de tocar cuando el experimentador indica. A continuación, responda a las preguntas sobre el sentido de la propiedad y la agencia que se muestra en el monitor utilizando una escala Likert de 7 puntos con puntuaciones que van de -3 ( "totalmente en desacuerdo") a 3 ( "totalmente de acuerdo") donde 0 indica acuerdo ni desacuerdo ("incierto").
      4. Mueva la mano derecha a la posición que indica el experimentador. A continuación, inicie el juiciode nuevo. Este ciclo continuará hasta el número de posiciones de la mano derecha que define el experimentador.
   5. Asegúrese de que el participante puede entender la tarea y pedir al participante para iniciar la tarea.

Análisis 4. Datos

1. El Análisis de la deriva propioceptiva en el plano sagital y medio del Participante.
   1. Obtener la herramienta estadística que contiene la aplicación de aprendizaje de máquina, especialmente máquinas de vectores soporte (por ejemplo, R, MATLAB). Utilizar máquinas de vectores soporte (SVM) como el clasificador para extraer los bordes de las respuestas de los participantes. Una publicación anterior proporciona una explicación de los algoritmos del clasificador (véase el capítulo 7) ^20. En este artículo, se explica el método que utiliza R (versión 3.1.2).
   2. Instalar el paquete llamado "kernlab" ^21, que contiene el análisis utilizando SVM en la aplicación R.
   3. Marque el área que muestra proprioceptive deriva de la mano de la siguiente manera (Figura 2 describe la representación esquemática del flujo de análisis de datos). Ver código de software suplementario y muestra de datos para una explicación más detallada de este análisis de datos.
      1. Calcular las posiciones relativas de la mano derecha desde el origen. De desechado de datos con errores (por ejemplo, datos de posición que faltan o las respuestas de los participantes) del análisis.
      2. Hacer un modelo probabilístico de las respuestas de los participantes "sí" en el espacio 2D utilizando la SVM. Utilizar los datos de las respuestas como una descripción simbólica del modelo. Utilizar los datos de la posición de la mano derecha como los parámetros del modelo. Utilice la función del núcleo de base radial de uso general como el núcleo para la SVM. Con el fin de evitar el análisis arbitraria, calcular sigma (es decir, los parámetros utilizados para cambiar el peso de cada punto de datos) por estimación sigma automático.
      3. Asegúrese de que el modelo se ajusta correctamente comprobando que THe errores de entrenamiento del modelo son inferiores a 0,2. Usando el modelo probabilístico, definir el área en la que se estima el valor de p de respuestas "sí" al participante que ser mayor de 0,5.
   4. Se promedian los datos de cada participante para hacer un área que muestra la deriva propioceptiva.
      NOTA: Como es difícil promediar la frontera del "sí" y el área de respuesta "no" estimada por los valores de p de las respuestas en el espacio 2D, se recomiendan dos tipos de media. Un método es el promedio de los valores de p para las respuestas de los participantes en el espacio 2D, que es el método utilizado antes de la estimación de la frontera. El otro método es promediar el tamaño del área, que se utiliza después de la estimación de la frontera.
2. Análisis del Cuestionario de Datos y de la zona.
   1. Obtener la herramienta estadística para evaluar la importancia de la posición y las categorías del cuestionario (por ejemplo, SPSS o R).
   2. Evaluar distributio normalesn de todos los datos utilizando el test de Shapiro-Wilk, y aplicar la prueba no paramétrica apropiada cuando uno o más de los correspondientes conjuntos de datos no cumplió con los criterios para la distribución normal (por ejemplo, prueba de Wilcoxon signed-rank, test de Friedman).
      Nota: Si un método no paramétrico que se adapte el experimento es deficiente, utilice un método paramétrico y explicar el razonamiento. En un estudio anterior ^16, una de dos vías de medidas repetidas ANOVA se analizaron los datos de los cuestionarios, ya que no había sustituto no paramétrico para este análisis.

Representative Results

Los resultados representativos de un estudio previo se presentan para ilustrar el método ^16. La Figura 3A muestra que las formas de las áreas donde el participante no pudo detectar el desplazamiento entre la posición de la mano izquierda y derecha espacial diferían entre las condiciones con (espejo) y sin (pizarra) Visual . retroalimentación Figura 3B muestra que el tamaño de la zona en la condición con retroalimentación visual es significativamente mayor que en la condición sin retroalimentación visual (con signo de Wilcoxon-rank test: Z = -2,803, p = 0,005). Estos resultados sugieren que el desplazamiento necesario entre la retroalimentación visual y propioceptiva para mantener la deriva propioceptiva es de aproximadamente 10 cm y este valor cambia de dirección (Figuras 3 y 4). Desviación vertical parecía más grande que Desplazamiento horizontal. En la Figura 5, la distribución espacial vertical y horizontal de la puntuación del cuestionario fo propiedad organismo y agencia mostraron una distribución unimodal. Sus picos estaban en el origen, en la mano derecha del participante era casi en la misma posición que la imagen reflejada de la mano. Por el contrario, la distribución espacial de la puntuación de las proposiciones de control era casi plana y bajo -1. Una de dos vías de medidas repetidas ANOVA reveló los principales efectos de las categorías y posiciones que los participantes indicado en los cuestionarios (horizontal: Categoría: F (3,27) = 11.12, p <0,001; Posición: F (6,54) = 10,27, p <0,001; Vertical: Categoría: F (3,27) = 24.21, p <0,001, Posición: F (6,54) = 7.298, p <0,001). Las interacciones entre la categoría y posición también fueron significativos (horizontal: F (18,162) = 9,42, p <0,001; Vertical: F (18,162) = 8,00, p <0,001). Estos resultados implican que el sentido de propiedad y la agencia disminuyó cuando el desplazamiento entre lo real del participante espacial oscurecido la mano derecha y la imagen de espejo de mano aumentó. en Fifigura 6, la comparación entre la visualización de los resultados del cuestionario de deriva y propioceptivos de sentido de propiedad y la agencia muestra que las áreas de compensación para mantener estos fenómenos son concéntricos y casi se solapan.

Figura 1:. Generalidades de la instalación La instalación experimental incluye un soporte que sostiene el espejo, ya sea o la pizarra, una silla, un dispositivo de respuesta (pedal), y dispositivos de grabación para la posición de la mano del participante. La figura superior muestra la representación esquemática de la configuración de la dirección donde el participante puede ver la imagen espejo de su / su mano izquierda. La figura inferior muestra la vista de la parte trasera del espejo. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2:. Flujo de análisis de datos (A) Un ejemplo de la respuesta del participante y posiciones de la mano derecha. (B) Representación esquemática del "sí" modelo de respuesta estimado por SVM. (C) El resultado del análisis de frontera. (D) Promedio de las áreas a través de los participantes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Comparación de la zona formas y tamaños entre las condiciones con y sin Visual Comentarios (A) Comparación de las formas de las áreas.. El origen de la gráfica es la posición de la mano izquierda, es decir, la posición de la miimagen de la mano rrored en la condición de la retroalimentación visual. Los ejes vertical y horizontal muestran la posición de la derecha del participante como retroalimentación propioceptiva de la mano. (B) Comparación de los tamaños de área. El eje vertical muestra los tamaños de área donde los participantes no podían detectar el desplazamiento entre la posición de la mano izquierda y derecha espacial. El eje horizontal muestra el estado con o sin la imagen de espejo de mano como retroalimentación visual (a la derecha: con retroalimentación visual, a la izquierda: sin retroalimentación visual). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4:. Los datos individuales para la mayoría de los participantes, la forma de la frontera, en la condición de espejo era más grande que en la condición de pizarra. Esto sugiere que el método de visualización utilizandoSVM logró que muestra el efecto de captura de la imagen visual cuerpo en el espejo por. Por el contrario, para los participantes D, H y J, había pocas diferencias entre las condiciones, lo que indica que puede haber diferencias individuales para el efecto de la captura visual. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Resultados del cuestionario (A) Distribución espacial de la puntuación del cuestionario a lo largo del eje vertical.. (B) Distribución espacial de la puntuación del cuestionario a lo largo del eje horizontal. Puntajes de propiedad y de la agencia fueron más altas en el origen con respecto a las posiciones verticales y horizontales. Please clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Comparación entre la clasificación y el Cuestionario (A) Distribución espacial de las puntuaciones de los cuestionarios y la agencia de la propiedad a lo largo del eje horizontal.. (B) Distribución espacial de las puntuaciones de los cuestionarios y la agencia de la propiedad a lo largo del eje vertical. (C) zona en la que los participantes no podían detectar el compensados imagen de espejo lado y lado derecho real oscurecido entre estimada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Categoría
Propiedad	1. Me sentía como si estuviera looking en mi propia mano derecha.
	2. Me sentía como si la mano en el espejo era parte de mi cuerpo.
	3. Parecía como si estuviera percibiendo el movimiento de la mano derecha en la ubicación en la que la mano en el espejo se movió.
	4. Me sentía como si la mano en el espejo era mi mano.
Propiedad controlar	5. Me sentía como si mi verdadera mano derecha se estaba convirtiendo en la mano en el espejo.
	6. Parecía como si tuviera más de una mano derecha.
	7. Parecía como si la mano en el espejo se desplazaba hacia mi mano real.
	8. Se sentía como si ya no tuviera una mano derecha, como si mi mano derecha había desaparecido.
Agencia	9. La mano en el espejo se trasladó al igual que yo quería que mi mano derecha para, como si estuviera obedeciendo mi voluntad.
	10. Me sentía como si me estaba controlando el movimiento de la mano en el espejo como me gustaría controlar la de la mano derecha.
	11. Me sentía como si me estaba causando el movimiento creado por la mano que vi como mi mano derecha.
	12. Cada vez que movía mi mano derecha, que esperaba la mano en el espejo a moverse en la misma forma.
Agencia controlar	13. Me sentía como si la mano en el espejo estaba controlando mi voluntad.
	14. Me sentía como si la mano en el espejo estaba controlando mis movimientos.
	15. Podía sentir el movimiento de algún lugar entre mi verdadera mano derecha y la mano en el espejo.
	16. Parecía como si la mano en el espejo tenía una voluntad propia.

1:. Cuestionario consta de 16 estados clasifican en cuatro categorías Este cuestionario fue adaptado y traducido al japonés de los cuestionarios utilizados en los experimentos ilusión de goma a mano ^10,13.

Archivos suplementario. Código de la muestra y del conjunto de datos para el método de análisis utilizando SVM. Este código se pueden llevar a cabo utilizando R (versión 3.1.2) y llevar a cabo el mismo análisis que en el documento actual. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.

Discussion

Se demuestra un método para estimar la deriva propioceptiva en un plano 2D durante la ilusión de duplicación utilizando SVM y comparar el resultado con las respuestas al cuestionario de sentido de propiedad y la agencia. Este nuevo método reveló que el desplazamiento necesario entre la retroalimentación visual y propioceptiva para mantener la deriva propioceptiva es de aproximadamente 10 cm y que este desplazamiento coincide estrechamente con la diferencia requerida para mantener el sentimiento de propiedad y la agencia.

Tenga en cuenta que la etapa más crítica de este método se describe en 3.2.5, una instrucción a los participantes acerca de su atención. En el anterior estudio piloto ^16, el efecto visual de la captura de una imagen de espejo de mano por rara vez se observa cuando los participantes subjetivamente reportaron que prestaran más atención a su cuerpo. Todavía no está claro si la atención contribuye a este fenómeno. La relación entre la atención y el sentido de la propiedad y la agencia tiene raramenteha discutido debido a la dificultad de controlar o medir la atención de los participantes. Hasta donde sabemos, sólo hay un estudio que investigó ²² directamente el efecto de la atención en el sentido de la propiedad. Para evitar discusiones complejas sobre cómo controlar y medir la atención, se requiere una cuidadosa instrucción en relación con la atención de los participantes.

El otro punto crítico es que los participantes pueden seleccionar la posición de la mano para la próxima prueba en su propia voluntad en la sesión de medición de la deriva propioceptiva. En la psicofísica tradicionales, el grado de libertad de comportamiento de los participantes tiende a ser limitado y controlado para hacer el experimento más robusto y reproducible. Por ejemplo, en los experimentos que miden la deriva propioceptiva y el sentido de la propiedad y la agencia utilizando el paradigma de la mano de goma ilusión ^10-13, los puntos de muestreo de posición de las manos de los participantes fueron pre-definidos a lo largo de una de las tres direccioness, como la altura, anchura o profundidad, para evitar dificultades de medir y visualizar datos multidimensionales. Sobre todo porque los cuestionarios toman tiempo para cada punto de muestreo debido al número de categorías (por ejemplo, declaraciones de propiedad, la representación y el control), el número de puntos de muestreo son más limitados en comparación con los métodos de grabación de los comportamientos humanos. En este método, con el fin de garantizar la coherencia con otros estudios, la medida del sentido de propiedad y la agencia mediante un cuestionario era limitado y el prefijo también. Esta limitación relacionada con el comportamiento de los participantes no es crítica para la investigación básica a explorar el mecanismo cerebral del sentido de propiedad y la agencia, ya que es posible diseñar y controlar las condiciones experimentales de forma precisa y reproducible mediante la inclusión de estas limitaciones en las condiciones experimentales. Sin embargo, teniendo en cuenta las posibles aplicaciones de sentido de propiedad y la agencia de la ingeniería y la rehabilitación, esta limitaciónpuede ser crítico para estimar el comportamiento humano en 3D en condiciones de la vida diaria. En estas circunstancias, donde los participantes pueden mover su mano y elegir su posición más libremente, es difícil estimar la deriva propioceptiva utilizando métodos psicofísicos tradicionales. Para superar este problema, un SVM, un tipo de aprendizaje automático, se adoptó para la estimación y la visualización de la deriva propioceptiva. Esta técnica se puede recoger y analizar datos masivos, como los datos multidimensionales que contiene respuestas de los participantes y las posiciones de las manos en 2D con la selección libre. Usando esta técnica, las respuestas de los participantes en la muestra en varias posiciones de la mano se clasificaron y analizaron la zona donde los participantes no se dieron cuenta que la distancia entre la imagen especular de la mano izquierda y la mano derecha oculta real.

Este método tiene una limitación fundamental, y es que la superficie media que muestra la deriva propioceptiva través de los participantes actualmente no muestra Individual diferencias. Esto es debido a la restricción del método de visualización para visualizar los datos de más de tres dimensiones sobre una superficie 2D. Los datos de la superficie media que muestra la deriva propioceptiva contendrían los datos 2D de posición, la probabilidad de la respuesta del participante, y la diferencia individual. Para incluir las diferencias individuales, un método de visualización que puede mostrar datos de cuatro dimensiones sería necesario.

La dirección futura de este método consiste en ampliar las dimensiones de 2D a 3D y para incluir características temporales. Aunque todavía hay algunas dificultades en el método de visualización de datos de más de tres dimensiones, estas expansiones con dimensiones adicionales ayudarán a entender cómo el cerebro procesa la información multisensorial de múltiples modalidades, como la visión y la propiocepción. Para llevar a cabo esta expansión, se requiere más investigación.

Desde una perspectiva de aplicación, este método podría ayudar a enginieros de manera estratégica usabilidad diseño o sensación de control para sistemas de control en tiempo real, tales como robots, sistemas de robots quirúrgicos y sistemas de realidad virtual. En estos sistemas, la sensación del usuario durante el funcionamiento a menudo se estimó mediante cuestionarios ex post facto. Por lo tanto, es difícil de poner en práctica la sensación del usuario durante el funcionamiento al hacer un prototipo de sistema. Si pudiéramos revelar la limitación de la discrepancia espacio-temporal entre la retroalimentación multisensorial para mantener el sentido de la propiedad y de la agencia, que ayudaría a proporcionar las reglas sobre la retroalimentación multisensorial de sistemas de la máquina para mantener la facilidad de uso de auto-cuerpo-como, en el que los operadores controlan el sistemas como si fueran a controlar su propio cuerpo. Este método revela el desfase entre la retroalimentación visual y propioceptiva para mantener un sentido de propiedad y la agencia espacial. Sobre la base de este resultado, los sentimientos de los participantes de la imagen de espejo mano hacia pueden ser controlados mediante la manipulación dela distancia de la imagen real de la mano y la mano oculta el medio. Cambio de la relación espacio-temporal a través de la retroalimentación multisensorial de diversas acciones sería el primer paso para controlar estratégicamente la sensación del usuario durante el funcionamiento.

Esta idea puede ser adoptado no sólo para la ingeniería, sino también para la rehabilitación. Varios esfuerzos de investigación se han dirigido a mejorar las funciones motoras y el dolor en personas con extremidades amputadas o paralizados. Sin embargo, dado que el tema principal de la rehabilitación tradicional es que los pacientes recuperar la función en su vida diaria, poco de esta investigación se ha logrado mejorar sentimientos de los pacientes en un miembro amputado o paralizado. Teniendo en cuenta el impacto en la calidad de vida del paciente, la mejora de sus sensaciones es crucial para vivir con un miembro amputado o paralizado. Este método puede proporcionar una estimación cuantitativa sobre el sentido de la propiedad y la agencia en un miembro amputado o paralizado midiendo el desplazamiento entre Do 'los pacientesposición de las extremidades bjetivo y la posición de la extremidad real o visible. Esto ayudaría al fisioterapeuta para estimar cuantitativamente sensación de sus extremidades de los pacientes.

En conclusión, este trabajo proporciona un nuevo método para visualizar el desplazamiento entre la retroalimentación visual y propioceptiva para mantener la deriva propioceptiva lo largo del plano sagital medio espacial. Basado en una investigación anterior utilizando este método ^15, el desplazamiento espacial que los participantes no pudieron detectar extendido a aproximadamente 10 cm. Por otra parte, este valor coincide con el intervalo en el que los participantes se sientan un sentido de propiedad y la agencia de la imagen en el espejo de mano para el. Estos hallazgos ayudarán a investigar más a fondo los mecanismos subyacentes del sentido de propiedad y la agencia desde una perspectiva multimodal de la información sensorial. Por otra parte, este método puede proporcionar una herramienta para la rehabilitación de las extremidades paralizadas o que faltan y para el diseño de sistemas de control en tiempo real, como el indicato cuantitativar indica el desplazamiento entre la retroalimentación visual y propioceptiva para mantener la sensación o la facilidad de uso de auto-cuerpo-como espacial. De esta manera, el desarrollo de técnicas computacionales, como el aprendizaje de la máquina, hace que sea posible la construcción de estimación y visualización métodos que antes eran imposibles debido a las limitaciones estadísticas convencionales. Este tipo de progreso metrológico podría revelar el comportamiento humano y los mecanismos del cerebro que producen el sentido de sí mismo en situaciones más naturales.

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.