Summary
Denne protokol beskriver hvordan frame-by-frame video analyse til at kvantificere idiosynkratiske reach at forstå bevægelser hos mennesker. En sammenlignende analyse af nåede i seende versus unsighted raske voksne bruges til at demonstrere teknikken, men metoden kan også anvendes til undersøgelse af udviklingstoksicitet og kliniske populationer.
Abstract
Prehension, handlingen om at nå for at gribe et objekt, er centrale for den menneskelige erfaring. Vi bruger det til foder os, soignere os og manipulere objekter og værktøjer i vores miljø. Sådan opførsel er svækket af mange sensorimotor lidelser, men vores nuværende forståelse af deres neurale kontrol er langt fra komplet. Nuværende teknologier for behandlende menneskelige reach at forstå bevægelser udnytter ofte bevægelsessporing systemer, der kan være dyrt, kræver fastgoerelse af markører eller sensorer til hænderne, hindre naturlige bevægelse og sensorisk feedback, og give kinematiske output, som kan være vanskelige at fortolke. Mens generelt effektivt til at studere de stereotype reach at forstå bevægelser af sunde seende voksne, mange af disse teknologier står over yderligere begrænsninger, når du forsøger at studere de uforudsigelige og idiosynkratiske reach at forstå bevægelser af unge spædbørn, unsighted voksne og patienter med neurologiske lidelser. Dermed, vi præsenterer en roman, billig, og meget pålidelig men fleksibel protokol til kvantificering af den tidsmæssige og kinematiske struktur idiosynkratiske reach at forstå bevægelser hos mennesker. Høj hastighed videokameraer fange flere visninger af reach at forstå bevægelse. Frame-by-frame video analyse bruges derefter til at dokumentere timingen og omfanget af pre-definerede adfærdsmæssige begivenheder som bevægelse start, indsamling, maksimale højde, peak blænde, første kontakt og endelige greb. Den tidsmæssige struktur af bevægelsen er rekonstrueret af dokumenterer relative billednummer af hver event, mens den kinematiske struktur af hånden kvantificeres ved hjælp af funktionen lineal eller foranstaltning i foto redaktion programmel for at kalibrere 2 dimensionelle lineær afstande mellem to dele af kroppen eller mellem en kropsdel og målet. Frame-by-frame video analyse kan give et kvantitativt og omfattende beskrivelse af idiosynkratiske reach at forstå bevægelser og vil gøre det muligt for forskere at udvide deres område af undersøgelsen til at omfatte en større vifte af naturalistiske prehensile adfærd, styret af en bredere vifte af sensoriske modaliteter i både sunde og kliniske populationer.
Introduction
Prehension, handlingen om at nå for at gribe et objekt, er brugt for mange daglige funktioner, herunder erhvervelse af fødevarer elementer til spise, grooming, manipulere objekter, wielding værktøjer og kommunikere gennem gestus og skrevet ordet. Den mest fremtrædende teori vedrørende neurobehavioral kontrol af prehension, foreslår Dual Visuomotor kanal teori1,2,3,4, at prehension består af to bevægelser - en rækkevidde der transporterer hånd til placeringen af målet og et greb, der åbner, figurer, og lukker hånden til størrelse og form af målet. De to bevægelser er medieret af dissocierbart men interagerende nervebaner fra visuel til motoriske cortex via isselappen1,2,3,4. Adfærdsmæssige understøttelse af Dual Visuomotor kanal teori har været tvetydig, i vid udstrækning skyldes det, at reach at forstå bevægelse vises som en problemfri fællesakten og udfolder sig med lille bevidst indsats. Ikke desto mindre, prehension er næsten altid undersøgt i forbindelse med visuelt guidede prehension i som en sund deltager når for at forstå en synlig destinationsobjektet. Under disse omstændigheder synes handlingen som en enkelt bevægelse, der udfolder sig i en forudsigelig og stereotype mode. Før reach indsættende fiksere øjne på målet. Som armen udvider cifrene åbne, preshape til størrelsen på objektet, og efterfølgende begynder at lukke. Øjnene frigøre fra målet lige før mål kontakt og endelige forståelse af målet følger næsten umiddelbart bagefter5. Når vision er fjernet, men er strukturen af bevægelsen fundamentalt forskellige. Bevægelsen dissocieres i sit konstituerende komponenter, sådan at en generøse reach bruges først til at finde målet ved at røre ved det og derefter Haptiske signaler tilknyttet target kontakt guide forme og lukning af hånden at forstå6.
Kvantificering af reach at forstå bevægelse opnås oftest ved hjælp af en 3-dimensionelle (3D) motion tracking system. Disse kan omfatte infrarød sporingssystemer, elektromagnetisk sporingssystemer, eller video baseret sporingssystemer. Sådanne systemer er effektiv for at erhverve kinematiske foranstaltninger af prehension i raske voksne deltagere udfører stereotype reach at forstå bevægelser mod synlige mål objekter, har de en række ulemper. Ud over at være meget dyrt, kræver disse systemer udlæg i sensorer eller markører på arm, hånd og cifre af deltageren. Disse er normalt fastgjort ved hjælp af medicinsk tape, som kan hindre Taktile feedback fra hånden, ændre naturlige motor adfærd og distrahere deltagere7. Da disse systemer producerer generelt numeriske output relateret til forskellige kinematiske variabler som acceleration, deceleration og hastighed ikke er også velegnet til at undersøge hvordan hånden kontakter målet. Hvornår bruger disse systemer, ekstra sensorer eller udstyr er forpligtet til at afgøre, hvilken del af hånden gør kontakt med target, hvor på målet kontakt opstår, og hvordan konfigurationen af hånden kan ændre sig i for at manipulere målet. Derudover kræver infrarød tracking systemer, som er den mest almindeligt erhvervsdrivende, brug af en specialiseret kamera til at spore placeringen af markører på side i 3D-rum6. Dette kræver en direkte linje af syne mellem kameraet og sensorerne på hånden. Som sådan, er nogen idiosynkrasier i bevægelse tilbøjelige til at overskygge denne linje af syne og resultere i tab af kritiske kinematiske data. Der er imidlertid et stort antal forekomster, hvor idiosynkrasier i reach at forstå bevægelse er faktisk normen. Disse omfatter i den tidlige udvikling når spædbørn er bare lære at nå og forstå for objekter; når målet objekt ikke er synligt og taktile skal stikord bruges til at guide rækkevidden og rækkevidde; Når målobjektet er en ulige form eller tekstur; og når deltageren præsenterer med en af en række sensorimotor lidelser såsom et slagtilfælde, Huntingtons sygdom, Parkinsons sygdom, Cerebral parese, osv i alle disse tilfælde, reach at forstå bevægelse er hverken forudsigelige eller stereotype, eller er det nødvendigvis styret af vision. Derfor kan mulighed for 3D motion tracking systemer til pålideligt kvantificere den tidsmæssige og kinematiske struktur af disse bevægelser være stærkt begrænset på grund af forstyrrelser i sensorisk feedback fra side, ændringer i naturlig motor adfærd, tab af data, og/eller vanskeligheder tolkning idiosynkratiske kinematiske outputtet fra disse enheder.
Den nuværende papir beskriver en ny teknik for kvantificering idiosynkratiske reach at forstå bevægelser i forskellige befolkningsgrupper, der er overkommelig, ikke hindrer sensoriske feedback fra hånd eller naturlig motor adfærd, og er pålidelige, men kan være fleksibelt modificeret til at passe til en lang række eksperimentelle paradigmer. Teknikken indebærer at bruge flere high-speed video kameraer optage reach at forstå flytning fra flere vinkler. Videoen er derefter analyseret offline af forløber gennem videobilleder én ad gangen og ved hjælp af visuel inspektion til dokument vigtige adfærdsmæssige begivenheder, der tilsammen giver en kvantificeret beskrivelse af den tidsmæssige og kinematiske organisation af reach at forstå bevægelse. Den nuværende papir beskriver en sammenlignende analyse af visuelt - versus nonvisually guidede reach at forstå bevægelser i sunde menneskelige voksne6,8,9,10 for at påvise effekten af teknikken; dog har ændrede versioner af teknikken også været brugt til at kvantificere menneskelige spædbørn11 og ikke-menneskelige primater12reach at forstå handlinger. De omfattende resultater af den indramme af indramme video analyse fra disse undersøgelser er blandt de første til at give adfærdsmæssige beviser til støtte for Dual Visuomotor kanal teorien om prehension.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle procedurer, der involverer menneskelige deltagere er blevet godkendt af Forskningsudvalget Universitet i Lethbridge menneskelige emner og Thompson floder Universitet forskning etik til menneskelige emner Board.
1. deltagerne
- Nå informeret samtykke fra voksne, der har normale eller korrigeret til normal vision og er af godt helbred med ingen historie af lidelser, neurologiske eller sensorimotor (medmindre formålet er at undersøge en bestemt klinisk befolkning).
2. eksperimentel opsætning
- Vælg blåbær, doughnut bolde og appelsin skiver til at tjene som at nå mål. Måle et undersæt af ti af hver af mål på tværs af deres længste akse til at bestemme den gennemsnitlige længde af hvert mål.
Bemærk: Udnytte mål, der er ensartet i form og størrelse. Den gennemsnitlige størrelse af blueberry mål var 12.41 ± 0,33 mm, den gennemsnitlige størrelse af donut bold mål var 28.82 ± 1,67 mm, og den gennemsnitlige størrelse af orange skive mål var 60.53 ± 0,83 mm. - Bestemme retssag antallet af og rækkefølgen for eksperimentet. Informere deltagerne, at de vil være at udfylde en i alt 60 nå forsøg opdelt i 4 blokke (2 blokke i Vision tilstand) og 2 blokke i No Vision med hver blok bestående af 15 nå forsøg (5 gentagelser for hvert af 3 mål objekterne). Informere deltageren at target objekter for hver blok vil blive præsenteret i en tilfældig rækkefølge som bestemt af en tilfældig nummer generator. Sikre, at rækkefølgen af blok præsentation opvejes på tværs af deltagerne.
- Sæde deltager i en stationær armless stol i en rolig, veloplyste rum uden fra distraktioner. Fortælle deltager til at sidde lige i stolen med både fødder hviler fladt og pladsen på gulvet og hænderne hvilende open og palm-ned på toppen af deres øvre lår.
- Juster højden af et selvstændigt, højde-justerbar piedestal til den siddende deltager trunk længde, så toppen af piedestalen står midtvejs mellem toppen af deltagerens hofte og deltagerens brystbenet. Placer piedestal direkte foran deltagerens midterlinjen.
- Fortælle vedkommende om at udvide deres dominerende hånd direkte mod toppen af soklen. Juster placeringen af soklen, så den placeres på deltagerens midterlinjen, men i en afstand svarende til deltagerens fuldt forlængede arm og hånd sådan at deltagerens strakt langfinger kontakter den bageste kant af soklen. Efter positionering piedestalen, spørge deltageren til at returnere deres udstrakte hånd til skødet.
- Position 1 høj hastighed videokamera sagittal deltager på samme side som den deltager ikke-dominerende hånd i 1 m afstand fra piedestal til at optage en reach-side baggrund af deltagerens dominerende hånd. Justere den holdning og zoom i kameraet indtil toppen af deltagerens hoved, startpositionen for hånd på den øverste lår, og til at nå målet på Piedestalen er alle klart synlig fra denne kameravinkel.
- Placer en anden video kamera 1 m foran piedestal at fange en front på visning af deltageren. Justere den holdning og zoom i kameraet, indtil toppen af deltagerens hoved, startpositionen for hånd på låret, og til at nå målet på Piedestalen er alle klart synlig fra denne kameravinkel.
Bemærk: Yderligere videokameraer kan placeret over, nedenfor, eller foran deltager og piedestal som ønsket. - Indstil hvert kamera til at optage video på den højeste mulige opløsning med en sats på 60, 120 eller 300 billeder per sekund med en lukkertid på 1/250th (eller op til 1/1000th hvis bevægelsen skal udføres meget hurtigt) af et sekund. Sæt begge kameraer gemme hver video fil som enten en AVI, MP4 eller MOV-fil. Brug en stærk lygte indeholder cool LED-lys, (der producerer ubetydelige heat) for at belyse området deltager og test. Indstil hvert kamera til at fokusere på midten af piedestalen.
Bemærk: På disse høje billedhastigheder og lukkertider en stærk lampe for at belyse området deltager og test. Dette vil sikre, at de enkelte videobilleder er tilstrækkeligt belyst og gratis motion artefakter. - Instruere deltager at begynde hver nåede retssag med hænderne åben, afslappet og hviler palm ned på dorsum af deres øvre lår.
- Fortælle deltageren at eksperimentatoren i begyndelsen af hvert forsøg, vil placere en destinationsobjektet – enten en blåbær, en donut bold, eller en orange skive – på piedestal og at deltageren er at vente, indtil eksperimentatoren giver en verbal ' 1, 2, 3 , Go' kommandoen til at nå ud med deres dominerende hånd, forstå målobjektet, og derefter placere målobjektet i deres mund, som om de vil spise det.
- Fortælle deltageren, at de bør udføre opgaven så naturligt som muligt, men at de ikke rent faktisk har at spise målobjektet. Pålægge deltageren, efter at placere målobjektet i munden de skal så bruge deres ikke-dominerende hånd at hente målet fra deres mund og placere den i en bortskaffelse beholder placeret på gulvet ved siden af deltagerens ikke-dominerende hånd. Instruere deltager derefter returnere begge hænder til startposition på deres øvre lår som forberedelse til den næste retssag.
- Vælg en blindfold, der er ikke besværlig men occlude både foveal og perifere vision af målet. Give denne blindfold til alle deltagere i begyndelsen af alle No Vision retssag blokke og sikre de bærer det før målet objekt er placeret på en piedestal.
Bemærk: Når at udfylde ingen Vision retssag blokke, deltagerne er halvnøgne før den første No Vision retssag begynder. De er således bind for øjnene, at før et destinationsobjekt er placeret på en piedestal, som sikrer, at deltageren ikke se, hvilke af de mulige mål objekter er placeret på piedestal for enhver given ingen Vision retssag. - Tryk på "record"-knappen på begge videokameraer før indlede eksperimentet og sikre at den holdning og placering af hvert kamera ikke ændres for eksperimenterende opgavens varighed for en given deltager.
3. dataindsamling
- Begynde eksperimentet ved hurtigt at trykke den centrale oversiden af piedestal med pegefingeren.
Bemærk: I øjeblikket af kontakt mellem din pegefinger og piedestalen vil tjene som en tid cue, der vil være synlig i alle video poster. - Placere en kalibrering objekt af kendt størrelse, som en 1 cm3 plastik kube, i midten af toppen af soklen, sådan at hvert kamera har en fronto-parallel visning af den ene side af terningen. Lad objektet kalibrering på piedestal for ca 5 s så at hver video kamera fanger en uhindret udsigt over det, derefter fjerne objektet kalibrering før den første nåede retssag.
- Informere deltageren at forsøget er ved at starte, sikre, at deltageren iført en blindfold, hvis de er ved at færdiggøre en No Vision retssag blok, og spørge deltageren verbalt bekræfte, hvis de er klar til at begynde.
- Placere målobjektet første på piedestal og bruge en "1, 2, 3, Go" cue til at signalere til deltageren til at udføre den nåede retssagen.
- Gentag trin 3.4. deltageren har fuldført en i alt 60 nå forsøg. Sikre at deltageren kun bærer blindfold for No Vision retssag blokke.
- Efter 60 nå forsøg er komplet, stoppe optagelse fra video kamera. Svar nogen endelige spørgsmål at deltageren kan have og tillade dem at forlade.
4. forberede indramme af indramme Video analyse til videoer
- Download video filer fra video kamera til en sikker computer har en video redigering softwareprogram installeret på den.
- Åbn den video filer i software videoredigeringsprogram. I Starter vindue , der åbnes, klik på knappen Nyt projekt . Vælg rammerfor indstillingen Video Display Format . Vælg DVtil fange formateringsindstilling . Klik på OK | Ja.
- Klik på Media Browser og navigere for at finde den video filer til din deltager. Klik og hold en af videofiler til træk og slip det i den tilstødende tidslinje. Dette vil forårsage videooptagelse skal vises i programvinduet . Bruge piletasterne på tastaturet for at fremskridt frem og/eller tilbage gennem den videooptagelse.
- Bruge piletasterne på tastaturet til at navigere til det videobillede, der skildrer øjeblikket eksperimentatoren taps toppen af piedestal med sin pegefinger. Pause videooptagelse på denne ramme, således at afspilningsmærket (på tidslinjen) er placeret på det billede hvor den eksperimentatoren finger først gør kontakt med piedestalen.
- Brug funktionen Fjern i den video redigeringssoftware til at trimme (Fjern) alle rammer før den aktuelle ramme. For at gøre dette, skal du klikke på Mark i | Fil | Eksportere | Media indstillinger. Eksportere indstillinger vinduet, der åbnes, Vælg H.264 formateringsindstilling og Match kilde for den forudindstillede indstilling.
- Klik på Output navn og find den mappe, hvor du ønsker at gemme den nyligt klippede video optage. Give et nyt filnavn for den nyligt klippede video post, du opretter, så klik på knappen Gem . Dette vil returnere du Eksportere indstillinger. Klik på indstillingen Eksporter .
- Gentag trin 4.1-4.6 for alle video posterne for hver deltager til at oprette en nyligt klippede video-fil, der svarer til hver af de oprindelige video filer. Kun bruge de nyligt klippede video filer til alle efterfølgende indramme af indramme video analyser.
Bemærk: I de nyligt trimmes videofiler, billede 1 af hver video fil vil skildre den samme adfærdsmæssige hændelse (f.eks., øjeblik af første kontakt mellem den eksperimentatoren finger og piedestalen) og er i det væsentlige tid-synkroniseret. Dette giver mulighed for nem og hurtig at skifte mellem forskellige video visninger af en enkelt adfærdsmæssige hændelse inden for en enkelt test session for en enkelt deltager. - Lukke og genåbne den video redigeringssoftware. Gentag trin 4.2. og 4.3. Vælge og trække alle de nyligt klippede video poster for en enkelt deltager i separate tidslinjer i video redaktion programmel nemlig indramme-af-indramme video analyse. Dette vil tillade dig at navigere gennem flere video synspunkter for hver deltager i en tid-synkroniseret måde. At ændre den video post (fx., front eller side) vises i programvinduet, skal du blot klikke og trække den video tidslinje, der indeholder de foretrukne video visning til toppen af de andre video tidslinjer.
Bemærk: Trin 4.8. udføres ved hjælp af software til videoredigering og tjener til midlertidigt tid-synkronisere alle visningerne video fra en enkelt deltager.
5. frame-by-Frame Video analyse: tidsmæssige organisation
- For hver nåede retssag, beskrive tidsmæssige tilrettelæggelse af reach at forstå bevægelse ved hjælp af piletasterne på tastaturet til fremskridt gennem tiden-synkroniseret video poster frame-by-frame. Optag i et regneark (supplerende tabel 1), den første billednummer for hver centrale adfærdsmæssige hændelse beskrevet i trin 5.1.1-5.1.6, som også er beskrevet i tabel 1 og illustreret i figur 1.
Bemærk: Mens alle 6 vigtige adfærdsmæssige begivenheder er generelt til stede i hver Vision retssag, nogle kan ikke altid være til stede i No Vision forsøg.- Identificere bevægelighed start, der defineres som den første synlige ophævelse af hule hånd fra dorsum af det øvre låret.
- Identificere samling, som defineres som dannelsen af en lukket hånd kropsholdning, hvor cifrene maksimalt flex og lukke. Generelt, samling opstår efter bevægelse start og før peak blænde.
- Identificere maksimale højde, som defineres som den maksimale højde af den mest proksimale kno af pegefingeren som hånden når hen imod målobjektet.
- Identificere peak blænde, der defineres som den maksimale åbning af hånden (som måles mellem den centrale spidsen af pegefingeren og centrale spidsen af tommelfingeren), der opstår efter samling men før første kontakt. Nogle gange vil cifrene genåbne efter første kontakt til målet objekt, i hvilket tilfælde også optage frame antallet af denne anden peak blænde.
- Identificere første kontakt, som er defineret som den første kontaktpunkt mellem hånden og destinationsobjektet.
- Identificere endelige greb, der er defineret som det tidspunkt, hvor alle manipulation af målobjektet er komplet og deltageren har et fast hold i destinationsobjektet.
6. frame-by-Frame Video analyse: kinematiske kalibrering skala
- Oprette en kalibrering skala for hver deltager, der kan bruges til at konvertere afstand foranstaltninger fra den video optagelse fra pixels til centimeter.
- Træk og slip videooptagelse af interesse i tidslinjen af video redigering softwareprogram som i trin 4.2. og 4.3. Flyt afspilningsmærket til det billede, der forestiller objektet kalibrering og klik på Eksporter ramme. I vinduet Eksporter ramme at åbner, Angiv et navn til ramme stillbillede i boksen indstilling træder TIFF i boksen Format mulighed, og klik på stien mulighed for at gå til den mappe, som du gerne vil gemme stillbilledet i rammen.
- Åbn denne stadig ramme billedfil i et billedredigeringsprogram software. Klik på billedet for | Analyse | Indstille måleskala | Brugerdefinerede til at omdanne en linealværktøjet musemarkøren. Brug linealværktøjet til at klikke på den ene side af 1 cm3 kalibrering kube, skal du trække linealværktøjet til den modsatte side af kalibrering kuben, holde linjen så vandret som muligt, og frigivelse klik på den modsatte side af terningen.
Bemærk: Når trin 6.1.2. er komplet fotoredigering software program vil automatisk beregne længden af den linje, der blev tegnet i pixel og vise denne værdi i indstillingen Pixel længde i vinduet åbnet Måleskala . - Indtast 10 i den Logiske længde mulighed boks og millimeter i boksen Logiske enheder mulighed i vinduet Måleskala . Klik på Gem forudindstilling. I vinduet Målingen skala Preset indtaste video visning og kodenummeret for den relevante deltager (f.eks Non-Participant1) i boksen Forudindstillet indstilling og derefter klikke på OK.
- Klik på OK i vinduet Måleskala .
Bemærk: Gentag trin 6.1.1 til 6.1.4. for hver video visning for hver deltager.
7. frame-by-Frame Video analyse: kinematiske struktur
- For hver nåede retssag, beskrive den kinematiske struktur af reach at forstå bevægelse ved hjælp af linealværktøjet i fotoredigering softwareprogram til at registrere de relevante afstand foranstaltninger beskrevet i trin 7,4-7,9 og tabel 1.
- Brug software til videoredigering til at eksportere en stadig ramme billede (trin 6.1.1.), der skildrer hver af de følgende adfærdsmæssige begivenheder: indsamling, maksimale højde, peak blænde, første kontakt og endelige greb (for hvert forsøg).
- Åbn ramme stillbilledet, der skildrer den centrale adfærdsmæssige begivenhed af interesse i fotoredigering software. Klik på billedet for | Analyse | Indstille måleskala og vælg den forudindstillede kalibrering skala, der svarer til den video visning og deltager i det billede, du ønsker at tage en afstandsmåling fra (f.eks. Non-Participant1).
Bemærk: At vælge den passende forudindstillede kalibrering skala vil sikre, at alle efterfølgende afstande målt med linealværktøjet præcist omregnes fra pixels til millimeter. Den forudindstillede kalibrering skala vil forblive automatisk valgte for alle efterfølgende billedfiler, der er åbnet. Der er således ingen grund til at gentage trin 7.3. indtil du skifter til at analysere stadig ramme billeder fra en anden video visning eller en anden deltager. - Åbn ramme stillbilledet, der skildrer den centrale adfærdsmæssige begivenhed af samling i fotoredigering software. Vælg linealværktøjet og bruge den til at tegne en lige linje mellem den centrale spidsen af tommelfingeren og centrale spidsen af pegefingeren.
- Klik på billedet for | Analyse | Optage målinger, som vil forårsage Målingslog at åbne. Optage længde af denne linje som samling afstand i regneark (supplerende tabel 1).
- Åbn ramme stillbilledet, der skildrer maksimumhøjde i fotoredigering software. Brug linealværktøjet til at måle den lodrette afstand mellem toppen af soklen og toppen af deltagerens indeks kno. Record længde af denne linje som den maksimale højde afstand i regnearket.
- Åbn ramme stillbilledet, der skildrer peak blænde i fotoredigering software. Brug linealværktøjet til at måle afstanden mellem de centrale spidsen af tommelfingeren og centrale spidsen af pegefingeren. Record længde af denne linje som peak blænde afstand i regnearket.
- Åbn ramme stillbilledet, der skildrer første kontakt i fotoredigering software. Brug linealværktøjet til at måle afstanden mellem de centrale spidsen af tommelfingeren og centrale spidsen af pegefingeren. Optage længde af denne linje som den første kontakt blænde afstand i regnearket.
- Åbn ramme stillbilledet, der skildrer endelige greb i fotoredigering software. Brug linealværktøjet til at måle afstanden mellem de centrale spidsen af tommelfingeren og centrale spidsen af pegefingeren. Record længde af denne linje som den endelige greb blænde afstand i regnearket.
8. frame-by-Frame Video analyse: topografiske foranstaltninger
- Mens udfører ovenstående indramme af indramme video analyse, også yderligere topografiske dokumentfunktioner bevægelighed reach at forstå som en del af hånd at gøre første kontakt, kontaktpunkter, greb point, justeringer, greb type, og greb strategi ( Tabel 2).
- Dokument i regneark, som en del af hånden der bruges til at gøre første kontakt med målet for hvert forsøg, for hver deltager. Brug de følgende notation: 1 = tommelfingeren, 2 = pegefingeren, 3 = langefingeren, 4 = ringfinger, 5 = pinky, 6 = palm, 7 = dorsum af hånden.
- Bestemme første kontaktpunkter eksporterer et stillbillede ramme målet, åbne det i foto redaktion programmel og bruge programmet malerpenselværktøjet til mark placeringen på målet som første kontakt mellem hånden og målet var lavet for hver retssag. Justere størrelse, opacitet og farve af malerpenselværktøjet der passer til dine behov. Gentag dette trin, indtil du har oprettet en enkelt topografiske kort, der angiver placeringen af første kontaktpunkter på målet for hver deltager.
Bemærk: Et eksempel på aggregerede første kontaktpunkter på tværs af alle deltagerne i en enkelt undersøgelse, se repræsentant resultater nedenfor. - Bestemme greb punkterne eksporterer et stillbillede ramme målet, åbne det i foto redaktion programmel og bruge programmet malerpenselværktøjet til mark placeringen på det mål, hvormed hånden kontakter målet samtidig med endelige greb for hvert forsøg. Justere størrelse, opacitet og farve af malerpenselværktøjet der passer til dine behov. Gentag dette trin, indtil du har oprettet en enkelt topografiske kort, der angiver placeringen af greb punkter på målet for hver deltager.
Bemærk: Et eksempel på aggregerede greb point på tværs af alle deltagerne i en enkelt undersøgelse, se repræsentant resultater nedenfor.- Visuelt bestemme de gennemsnitlige greb kontakt placeringer for tommelfingeren og de modsatrettede ciffer på målet for seende deltagere. Betegne disse to henvende steder som "baseline greb kontakt punkter"
- Bruge værktøjet pensel til at markere "baseline greb kontaktpunkterne" på det topografiske kort, der illustrerer første kontaktpunkter for hver deltager. Derefter bruge linealværktøjet (Se trin 6.1. til 6.1.4. og 7.5.) til at måle den 2D lineær afstand mellem hver første kontaktpunkt og det respektive baseline kontaktpunkt. Gentag dette trin for hver første kontaktpunkt for hver deltager i visionen og ingen vision betingelserne. Beregn gennemsnittet "afstand til baseline kontaktpunkt" for hver deltager, som angiver, hvor langt i gennemsnit en deltagers placering af første kontakt afveg fra det oprindelige greb kontaktpunkt.
- Bruge værktøjet pensel til at markere "baseline-kontaktpunkter" på det topografiske kort, der illustrerer greb kontaktpunkter for hver deltager. Derefter bruge linealværktøjet (Se trin 6.1. og 6.1.4. og 7.5.) til at måle den 2D lineær afstand mellem hvert grasp punkt og det respektive baseline kontaktpunkt. Gentag dette trin for hver grasp punkt for hver deltager i visionen og ingen vision betingelser. Beregn gennemsnittet "afstand til baseline kontaktpunkt" for hver deltager, som angiver, hvor langt, i gennemsnit en deltagers greb kontaktpunkter afveg fra det oprindelige greb kontaktpunkt.
- Bestem antallet af reguleringer, som foretages hvert forsøg af inspicerende videooptagelse, at bemærke nogen forekomster, hvor deltageren frigivet og re-etableret kontakt med target mellem rammen af første kontakt og rammen af endelige greb. Optage det samlede antal justeringer pr. retssag for hver deltager i regnearket.
- Bestemme grebet type bruges til at afhente mål for hvert forsøg og optage det i regnearket: a knibtang greb: karakteriseret ved gribende mål mellem puder af tommelfingeren og ét andre ciffer af den samme hånd, (ii) præcision greb: karakteriseret ved gribende den mål mellem puder af tommelfingeren og mindst to andre cifre i den samme hånd, eller (iii) power greb: karakteriseret ved gribende mål mellem håndfladen og cifre i den samme hånd.
- Bestemme greb strategi (preshaping, kontakt da forstå, variation 1, variation 2 eller variation 3 strategi; Se repræsentant resultater nedenfor) bruges for hvert forsøg og optage det i regnearket.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dette afsnit indeholder eksempler på de resultater, der kan opnås ved hjælp af frame-by-frame video analyse for at undersøge idiosynkratiske reach at forstå bevægelser under nonvisual sensorisk vejledning. Den første konstatering er, at når deltagerne kan bruge vision preemptively identificere både extrinsic (placering/retning) og iboende (størrelse/form) egenskaber af et mål imod de integrere rækkevidde og forståelse i en sømløs prehensile Fællesakt hvor de preshape hånd til den størrelse og form af målet før du rører den (figur 2A). Når vision er ikke tilgængelig, men adskille de de to bevægelser så at Taktile feedback kan bruges til første direkte hånd om det ydre og derefter af målet, hvad har kaldt en generaliseret iboende egenskaber touch da forstå strategi (figur 2B). Resultaterne stammer fra indramme af indramme video analyse er sammenlignelig med traditionelle bevægelsessporing systemer uden bekostning, besvær, og andre ulemper ved montering sensorer til deltagerens hænder. Resultaterne også yde støtte til postulat af den dobbelte Visuomotor kanal teori af Prehension, rækkevidde og forståelse er separable bevægelser, der vises som en når integreret sammen under visuelle vejledning.
Alle vigtige adfærdsmæssige begivenheder er generelt til stede i både Vision og ingen Vision betingelser. Men der er en mærkbar ændring i No Vision tilstand, sådan, at et betydeligt større beløb af tid er påkrævet til overgangen fra peak blænde til første kontakt og igen fra første kontakt til sidste rækkevidde (figur 3). Anmeldelse af de kinematiske resultater fra den indramme af indramme video analyse giver en række forklaringer til denne stigning i bevægelse varighed i stand, ingen Vision.
Side tager en mere ophøjet tilgang til målet og dermed opnår en større maksimal højde i No Vision tilstand i forhold til Vision tilstand (figur 4). Denne større maksimale højde er en konsekvent funktion af bevægelsen ingen Vision reach at forstå selv efter 50 forsøg med praksis. Brugen af en mere ophøjet nåede bane, hvor hånden er hævet over målet og derefter sænkes ned på det fra oven, sandsynligvis bidrager til den øgede mængde af tid, der kræves til overgangen fra peak blænde til første kontakt i No Vision i forhold Vision betingelser.
I betingelsen nej Vision fastholder hånden en neutral kropsholdning, hvorpå cifrene forblive åben og udvidet under transporten mod målet. Dette adskiller sig fra Vision tilstand hvor cifrene flex og lukke i en konfiguration, der svarer til størrelsen af målet på tilgang til det. Derfor, i stand, ingen Vision blænde af hånden ikke preshape til størrelsen af målet på enten peak blænde (figur 5, top) eller ved første kontakt (figur 5, midten). Denne mangel på preshaping i No Vision tilstand betyder, at ekstra tid er forpligtet til at ændre den hånd konfiguration efter første kontakt for at passe til målet. Dette bidrager til den øgede mængde af tid, der kræves til overgangen fra første kontakt til sidste greb i stand, ingen Vision. Trods forskelle i hånd blænde forud for og ved første kontakt med target er hånd blænde på endelige greb identisk med Vision og ingen Vision (figur 5, nederst).
I ingen Vision tilstand, er den placering, hvor tommelfinger (rød) eller pegefingeren (blue) lavet første kontakt med målet randomiseret over målobjektet dorsale overflade i en tilfældig måde, der angiver mangel af en foretrukne digit-thumb orientering ( Figur 6, nederst til venstre). Dette afveg fra den Vision tilstand hvor pegefinger og tommelfinger konsekvent etableret første kontakt med modsatte sider af målet, hvilket indikerer tilstedeværelsen af en foretrukne digit-thumb orientering inden første kontakt (figur 6, top venstre). Fraværet af en foretrukne digit-thumb orientering inden første kontakt i stand, ingen Vision betød, at ekstra tid var nødvendig efter første kontakt at re-justere den konfiguration og placering af cifre mod passende greb punkter, der var befordrende for faktisk fatte målet. Dette opnås til sidst inden det endelige greb (figur 6, nederst til højre) med en konsistens, der svarer til den konstaterede i Vision tilstand (figur 6, øverst til højre).
I betingelsen nej Vision gøre deltagerne generelt mindst én justering efter første kontakt med target (figur 7), som regel til at omdirigere cifrene til mere passende greb punkter på målet. Derimod i Vision tilstand justere deltagere aldrig hånd-til-målet kontakt efter første kontakt. Således bidrage justeringer lavet af deltagerne i stand, ingen Vision sandsynligvis til den øgede mængde af tid, der kræves til overgangen fra første kontakt til sidste greb.
Figur 8 viser del af den side, der bruges til at gøre første kontakt med målet i Vision tilstand (figur 8A, venstre) og ingen Vision tilstand (fig. 8B, venstre). I Vision tilstand bruge deltagerne generelt pegefinger og/eller tommelfinger til at gøre første kontakt med målet. Derimod er del af hånd at gøre første kontakt med målet meget mere variabel i betingelsen nej Vision med deltagerne ofte ved hjælp af nogen af cifrene eller håndfladen for at gøre første kontakt. Navnlig i Vision tilstand cifre til at gøre første kontakt med målet er det samme dem, der gør kontakt i løbet af de sidste greb. Derimod er delene af den hånd, der bruges til at gøre første kontakt i stand, ingen Vision normalt forskellig fra delene af den hånd, der anvendes under den endelige rækkevidde (figur 8A & figur 8B, højre).
Figur 9 viser andelen af prøver som deltagerne brugt en knibtang eller præcision forståelse for at erhverve målobjektet. Deltagerne i stand, ingen Vision bruges en præcision greb betydeligt mere end en knibtang greb, i modsætning til deltagere i betingelsen Vision, der foretrak en knibtang greb.
I Vision tilstand bruger deltagerne konsekvent en preshaping strategi, hvor hånden figurer og udskriver til målet før første kontakt for at lette øjeblikkelig gribe af målet. I betingelsen nej Vision hånden ikke forme eller orientere til målet før første kontakt. I stedet i stand, ingen Vision er foretrukne greb strategi en touch da forstå strategi. Denne strategi er karakteriseret ved første kontakt med target, efterfulgt af en frigivelse af kontakt hvor hånd igen figurer og re-orienterer, hvilket resulterer i ændrede ciffer til målet kontakt placeringer, der i sidste ende lette vellykket fatte af den mål (figur 10A). Afhængigt af konfigurationen af hånden samtidig med første kontakt, kunne variationer af touch da forstå strategi observeres. I den første variation (figur 10B), hånden er semi-formet ved første kontakt og første kontakt er lavet med pegefingeren eller tommelfingeren, men på en uhensigtsmæssig kontakt placering, hvilket resulterer i ændringer i både hånd form og kontakt sted forud for oprettelsen af den endelige greb kropsholdning. I den anden variation (figur 10C), hånden forme ikke på alle før første kontakt, men første kontakt er lavet med en passende del af hånd på et passende sted på målet. Herigennem, en simpel fleksion af de resterende cifre tillader vellykkede erobring af mål mellem cifre og tommelfingeren i en effektiv grasping kropsholdning. I den tredje variation (figur 10D), hånden forme ikke på alle før første kontakt og første kontakt er lavet på en uhensigtsmæssig placering på målet, men med en passende del af hånden. Således, det ciffer, der gør første kontakt opretholder kontakt mens tilstødende cifre manipulere målet i stand at mere let letter fatte af målet mellem indeks/midterste finger og tommelfinger.
Figur 1: seks adfærdsmæssige begivenheder. Stadig rammer illustrerer de 6 centrale adfærdsmæssige begivenheder, der udgør en stereotype visuelt guidede reach at forstå bevægelse i raske voksne mennesker. Hvide pile angiver de aspekter af hånd/handling, der er mest relevante for at identificere hver enkelt adfærdsmæssige hændelse. Deltagerne nået med deres dominerende hånd. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: grådige strategier, der anvendes af voksne i Vision og ingen Vision betingelserne. Stadig rammer illustrerer den preshaping strategi (A), som var begunstiget af deltagerne i stand, Vision og den generelle touch da forstå strategi (B), som var begunstiget af deltagere i stand, ingen Vision. Deltagerne nået med deres dominerende hånd. Dette tal er blevet ændret fra Karl et al. 6 og Whishaw et al. 11 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: tidsmæssige organisationen bevægelighed reach at forstå. Tid (gennemsnit ± standardafvigelse (SE)) til peak blænde (lys grå), skal du først kontakte (middel grå) og endelige greb (black) af reach at forstå flytning af deltagere (n = 12) i Vision (øverst) og ingen Vision betingelser (nederst). Dette tal er blevet ændret fra Karl et al. 6 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: maksimumhøjde. Maksimal højde (gennemsnit ± SE) af reach at forstå bane for de første fem versus de sidste fem forsøg med hver deltager (n = 20) i Vision og ingen Vision betingelserne (A). Disse resultater er blevet bekræftet ved en gentagen foranstaltninger variansanalyse (ANOVA), findes en hovedeffekten af betingelse F(1,17) = 35.673, p < 0,001 men ingen hovedeffekten af retssagen F(9,153) = 1.173, p > 0,05 (*** = p < 0,001). Repræsentative stillbilleder af arm og hånd på tidspunktet for maksimal højde på de første og sidste eksperimentelle forsøg i Vision og ingen Vision tilstanden (B). Deltagerne nået med deres dominerende hånd. Dette tal er blevet ændret fra og præsenterer data oprindeligt udgivet i Karl et al. 8 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Aperture. Peak blænde (gennemsnit ± SE; top), blænde ved første kontakt (gennemsnit ± SE; midten), og blænde på endelige greb (gennemsnit ± SE, nederst) af deltagere (n = 12) nåede i Vision (grå) og ingen Vision (sort) betingelser. Disse resultater er blevet bekræftet af gentagne foranstaltninger ANOVAs, der fandt en væsentlig betingelse X mål interaktion for peak blænde F(2,20) = 101.088, p < 0,001 og blænde ved første kontakt F(2,20) = 114.779, p < 0,001 , men ikke for blænde på endelige greb F(2,20) = 0.457, p > 0,05 (*** = p < 0,001). Bemærk, at blænde foranstaltninger vist i graferne blev udledt ved hjælp af både en traditionel 3D motion tracking system og indramme af indramme video analyse. Deltagerne nået med deres dominerende hånd. B = blåbær, D = donut bold, O = orange skive. Dette tal er blevet ændret fra og præsenterer data oprindeligt udgivet i Karl et al. 6 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: første kontaktpunkter og forstå kontaktpunkter. Placering af kontaktpunkter for øjeblikket af første kontakt med target (til venstre) og endelige fatte af målet (til højre). Deltagerne nået med deres dominerende hånd. Dette tal er blevet ændret fra og præsenterer data oprindeligt udgivet i Karl et al. 6 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7: justeringer. Antal justeringer (gennemsnit ± SE) mellem første kontakt og endelige greb til alle deltagere (n = 18) i betingelserne, der er ingen Vision og Vision. Disse resultater er blevet bekræftet ved en gentagen foranstaltninger ANOVA, der gav en signifikant effekt af betingelse F(1,17) = 55.987, p < 0,001 (*** = p < 0,001). Deltagerne nået med deres dominerende hånd. Dette tal er blevet ændret fra og præsenterer data oprindeligt udgivet i Karl et al. 10 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8: en del af hånd at gøre kontakt med target. Del af side at gøre første kontakt (venstre) og endelig forstå kontakter (til højre) med målobjektet på de første fem og sidste fem eksperimentelle forsøg i Vision (øverst) og ingen Vision (nederst) betingelser. Deltagerne nået med deres dominerende hånd. Dette tal er blevet ændret fra og præsenterer data oprindeligt udgivet i Karl et al. 8 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9: greb type: Andelen af forsøg (gennemsnit ± SE) som deltagerne (n = 12) udnyttet enten en knibtang eller præcision greb for at erhverve mål med visionen (A) og ingen Vision (B). Disse resultater er blevet bekræftet ved en gentagen foranstaltninger ANOVA, der fandt en signifikant effekt af betingelse X greb F(1,11) = 32.301, p < 0,001 (*** = p < 0,001). Deltagerne nået med deres dominerende hånd. Dette tal er blevet ændret fra og præsenterer data oprindeligt udgivet i Karl et al. 6 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 10: grådige strategier. Repræsentative stillbilleder illustrere den generelle touch da forstå strategi (A), samt 3 varianter af det (B-D) af deltagerne i stand, ingen Vision. Deltagerne nået med deres dominerende hånd. Dette tal er blevet ændret fra og præsenterer data oprindeligt udgivet i Karl et al. 6 Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Vigtige adfærdsmæssige hændelse | Beskrivelse | Post |
| 1. bevægelse Start | Defineret som den første synlige ophævelse af hule hånd fra dorsum af det øvre låret | > Stelnummer |
| 2. samling | Defineret som dannelsen af en lukket hånd kropsholdning, hvor cifrene maksimalt flex og lukke. Samling kan være meget indlysende eller meget subtile | > Stelnummer > Afstand mellem den centrale spidsen af pegefingeren og centrale spidsen af tommelfingeren |
| 3. største højde | Defineret som den maksimale højde af den mest proksimale kno af pegefingeren | > Stelnummer > Lodret afstand mellem toppen af soklen og toppen af indekset kno |
| 4. maksimal blænde | Defineret som den maksimale åbning af hånden, målt mellem de to cifre, der bruges til at sikre det endelige greb om objektet, som regel pegefingeren og tommelfinger. I nogle tilfælde cifrene vil genåbne efter mål kontakt og det vil være nødvendigt at optage et andet peak blænde efter mål kontakte | > Stelnummer > Afstand mellem den centrale spidsen af pegefingeren og centrale spidsen af tommelfingeren |
| 5. første kontakt | Defineret som tidspunktet for første kontakt mellem hånden og målet | > Stelnummer > Afstand mellem den centrale spidsen af pegefingeren og centrale spidsen af tommelfingeren > Del af hånd at gøre første kontakt med target (figur 8) > Første kontaktpunkter (figur 6) |
| 6. sidste greb | Defineret som det tidspunkt, hvor alle manipulation af målet er komplet og deltageren etablerer et fast hold på målet | > Stelnummer > Afstand mellem den centrale spidsen af pegefingeren og centrale spidsen af tommelfingeren > Forstå kontaktpunkter (figur 6) > Grebet type > Del af hånd at gøre kontakt med målet på endelige rækkevidde (figur 8) |
Tabel 1: Beskrivelse af adfærdsmæssige nøglebegivenheder. Viser en liste over de 6 centrale adfærdsmæssige begivenheder, der kan erhverves ved hjælp af frame-by-frame video analyse (1. kolonne). Hver enkelt adfærdsmæssige hændelse er ledsaget af en beskrivelse (anden kolonne) samt en liste over de tidsmæssige og kinematiske oplysninger, der skal registreres for hver (tredje kolonne).
| Topografiske foranstaltning | Beskrivelse | Post |
| En del af hånd at gøre første kontakt | Beskriver, hvilken del af hånden blev brugt til at gøre første kontakt med målet (1 = tommelfingeren, 2 = pegefingeren, 3 = langefingeren, 4 = ringfinger, 5 = pinky finger, 6 = palm, 7 = dorsum af hånden) | > Som en del af hånden blev brugt til at gøre første kontakt med target |
| Kontaktpunkter | Illustrerer, hvor målet første kontakt med hånden opstod | > Se trin 8.1.2. |
| Grasp point | Illustrerer hvor på mål de håndlavede kontakt samtidig oprettelse af endelige forståelse af målet | > Se trin 8.1.3. |
| Justeringer | En reach at forstå bevægelse anses for at indeholde en justering, hvis mellem første kontakt og endelige greb, deltageren udgivelser og re etablerer kontakt med target | > Antal justeringer pr. forsøg |
| Greb Type | Beskriver greb konfiguration anvendes til at erhverve målobjektet | > Se trin 8.1.5. |
| Forstå strategi | Henviser til brugen af forskellige ciffer til målet manipulationer efter første kontakt for at lette vellykket fatte af målet | > Slags greb strategi anvendes (figur 10) |
Tabel 2: Beskrivelse af topografiske foranstaltninger. Viser en liste over de topografiske foranstaltninger, der kan erhverves ved hjælp af frame-by-frame video analyse (1. kolonne). Hver foranstaltning er ledsaget af en beskrivelse (anden kolonne) samt en liste over typerne af oplysninger der skal registreres for hver (tredje kolonne).
Supplerende tabel 1: regneark for dataindsamling. En skabelon til at organisere de tidsmæssige, kinematiske og topografiske foranstaltninger (ikke herunder kontaktpunkter og forstå point) indsamlet fra indramme af indramme video analyse i et enkelt regneark. Venligst klik her for at downloade denne fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den nuværende papir beskriver hvordan frame-by-frame video analyse til at kvantificere de tidsmæssige organisation, kinematiske struktur og en delmængde af topografiske egenskaber i menneskelige reach at forstå bevægelser. Teknikken kan bruges til at studere typisk visuelt guidede reach at forstå bevægelser, men også idiosynkratiske reach at forstå bevægelser. Sådanne flytninger er vanskelige at undersøge ved hjælp af traditionelle 3D bevægelsessporing systemer, men er almindelige i udviklingslandene spædbørn, deltagerne med ændrede sensoriske forarbejdning, og patienter med sensorimotor lidelser såsom blindhed, Parkinsons sygdom, slagtilfælde, eller Cerebral parese. Således giver brug af frame-by-frame video analyse forskere til at udvide deres område af undersøgelsen til at omfatte en større vifte af prehensile adfærd, styret af en bredere vifte af sensoriske modaliteter, ved både sund og kliniske populationer. Særlige fordele ved indramme af indramme video analyse omfatter dens relative overkommelighed, let at gennemføre, manglende sensorer eller markører, der hindrer sensoriske og motoriske evner af hænder, kompatibilitet med andre motion tracking systemer, og evnen til at beskrive subtile ændringer i reach at forstå bevægelse, som er ofte svære at fortolke fra den kinematiske output, som de fleste traditionelle 3D bevægelsessporing systemer. Sammen, har disse funktioner af frame-by-frame video analyse gjort det muligt at fremme vores teoretiske forståelse af neurobehavioral kontrol af prehension.
Mens der er mange tilfælde, hvor frame-by-frame video analyse kan være den eneste pålidelige mulighed for analysere idiosynkratiske reach at forstå bevægelser, er det vigtigt at bemærke, at teknikken står over for nogle begrænsninger. Først, de afstand foranstaltninger (fx, peak blænde) anskaffes ved hjælp af frame-by-frame video analyse er 2D og mindre præcis i forhold til traditionelle 3D bevægelsessporing systemer. Ikke desto mindre, hvis det er nødvendigt, ekstra kameraer kunne være fokuseret på det pågældende område. Dette ville tillade eksperimentatoren at vælge kameravisningen, der giver den klareste fronto-parallel visning af de adfærdsmæssige hændelse af interesse og dermed øge præcisionen af afstand foranstaltning for denne særlige begivenhed. Desuden, hvis meget høj præcision er nødvendig for foranstaltningerne, der afstand så indramme af indramme video analyse kan nemt kombineres med traditionelle 3D motion tracking teknikker (Se figur 4, 5og 10) som det ikke hindrer data samlingen fra det traditionelle system. For det andet, den ultimative succes af teknikken er kritisk afhængige af integriteten af de video optage. At vælge filme visninger, der tilstrækkeligt fange adfærd, ved hjælp af en lukkertid på 1/1000th af en anden med en kraftig lyskilde og at fokus i kameraet forbliver stabiliseret på handlingen af interesse vil alle bidrage til at sikre, at enkelte frames i den videooptagelse er sprød, gratis motion artefakter og let at analysere. Endelig, når først lære at implementere teknikken, forskere kan ønske at udnytte flere blinde raters for at sikre høj Inter-rater pålidelighed for scoring af de forskellige adfærdsmæssige begivenheder. Når uddannet, men scoring er meget pålidelige og interrater pålidelighed let kan oprettes ved hjælp af kun en lille delmængde af eksempeldataene.
Frame-by-frame video analyse, i modsætning til traditionelle 3D motion tracking systemer, kan give en mere ethologically gyldig beskrivelse af naturlige at nå og grådige adfærd, da den ikke kræver placeringen af markører eller sensorer på deltagerens arme eller hænder. Derudover kræver mange 3D motion tracking systemer en konstant og direkte lysbanen mellem kamera og sensorer/markører placeret på hænderne. For at sikre dette, spørge de fleste brugere af denne teknologi deltagerne til at begynde den rækkevidde at forstå bevægelse med hånden formet i en unaturlig konfiguration med pegefinger og tommelfinger klemt sammen. De ligeledes pålægge deltageren at forstå målobjektet i en præ-definerede vej (normalt en knibtang greb) med en pre-defineret orientering. Disse direktiver er forpligtet til at sikre, at reach at forstå bevægelse udfolder sig i en forudsigelig og stereotype måde som traditionelle optagelsessystemer kan lide betydelig datatab Når bane af konfiguration af hånd og arm ikke følger en forudsigelige kursus, der vedligeholder sigtelinje mellem kamera og sensorer/markører. Ikke desto mindre pålægger disse begrænsninger alvorligt begrænser etologiske gyldigheden af opgaven og kan endda ændre organisationen bevægelighed; for eksempel, er det ikke muligt at observere den centrale adfærdsmæssige hændelse af 'indsamling', når den første hånd konfiguration, er en knivspids mellem tommel- og pegefinger13,14. Disse begrænsninger er i vid udstrækning overvinde, når du bruger indramme af indramme video analyse som variationer i nå bane og hånd konfiguration er langt mindre tilbøjelige til at resultere i en fuldstændig tab af data i den video post, så der er ingen grund til at pålægge disse unaturlige begrænsninger på reach at forstå bevægelse.
Frame-by-frame video analyse gør det også muligt at observere subtile ændringer af reach at forstå bevægelse ud over hvad der er generelt muligt med traditionelle 3D bevægelse sporingssystemer, især når ændringen ikke er en specifik forudsigelse af undersøgelsen. Et eksempel vil illustrere: figur 5 (top) viser foranstaltninger af peak blænde erhvervet fra deltagerne nå til at forstå tre forskellige størrelse objekter med vision eller uden vision. Resultaterne tyder på, at deltagerne preemptively skala peak blænde for at matche størrelsen af målet i Vision tilstand, men ikke i stand, ingen Vision. I stand, ingen Vision bruger deltagerne en konsekvent maksimal blænde på trods af at nå mål af varierende størrelse. Hvis man skulle overveje kun typen af data fra en traditionel 3D motion tracking system, svarende til som vist i figur 5 (øverst til venstre), er der to mulige forklaringer på denne uoverensstemmelse. Først, det kunne være, at deltagerne i stand, ingen Vision forme hånd ind i en grasping kropsholdning, der svarer til "gennemsnitlig" eller "midt" størrelsen af de tre mulige mål. Alternativt, de kan ikke danne en grasping kropsholdning på alle, men snarere, de kan danne en lidt mere åben hånd under transport på målet, at øge chancerne for at gøre taktil kontakt med det mål, der tilfældigvis svarer til størrelsen af "midten" mål. For at skelne mellem disse to muligheder, er det nødvendigt at gennemgå dataene fra indramme af indramme video analyse, en prøve som er vist i figur 5 (øverst til højre), som klart angiver, at deltagerne ikke forme deres hånd i en fatte kropsholdning, der matcher "midten" størrelse objekt i No Vision tilstand; snarere, de danner en åben men neutral håndform, der kunne tjene til enten finde mål gennem Taktile feedback og/eller at forstå målet. Således, indramme-af-indramme video analyse kan give afklaring når data fra traditionelle 3D motion capture systemer er flertydigt og kan aktivere en mere veritabel fortolkning af resultaterne.
Brugen af frame-by-frame video analyse at studere unsighted voksne6,8,9,10, menneskelige spædbørn11, ikke-menneskelige primater12og gnavere rækkevidde at forstå bevægelser 15 har allerede meget forstærket vores forståelse af neurobehavioral kontrol af prehension. Specifikt, har resultaterne af disse undersøgelser konsekvent vist, at i de tidlige stadier af prehensile udvikling og evolution touch da forstå strategi, hvor Reach og greb er tidsligt adskilles for at kapitalisere på taktile stikord, foretrækkes frem for den preshaping strategi, hvor de to bevægelser er integreret i en enkelt sømløse handle under visuel vejledning. Disse resultater giver betydelig adfærdsmæssige støtte for Dual Visuomotor kanal teori og yderligere tyder på, at teorien skal revideres at tage højde for det faktum, at adskille reach og greb bevægelser sandsynligvis stammer under taktile kontrol længe før de er integreret sammen under visuel vejledning1,2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen konkurrerende finansielle interesser til at videregive.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne takke Alexis M. Wilson og Marisa E. Bertoli for deres hjælp med optagelserne og forberede dette manuskript videoen. Denne forskning blev støttet af naturvidenskab og Engineering Research Council of Canada (JMK, Jørgens, IQW), Alberta Innovates-sundhed-løsninger (JMK) og den canadiske institutter for sundhed Research (IQW).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| High Speed Video Cameras | Casio | http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_f1/ or http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_100/ | Casio EX-F1 High Speed Camera or Casio EX-100 High Speed Camera used to collect high speed video records |
| Adobe Photoshop | Adobe | http://www.adobe.com/ca/products/photoshop.html | Software used to calibrate and measure distances on individual video frames |
| Adobe Premiere Pro | Adobe | http://www.adobe.com/ca/products/premiere.html?sdid=KKQOM&mv=search&s_kwcid=AL!3085!3!193588412847!e!!g!!adobe%20premiere%20pro&ef_id=WDd17AAABAeTD6-D:20170606160204:s | Software used to perform Frame-by-Frame Video Analysis |
| Height-Adjustable Pedestal | Sanus | http://www.sanus.com/en_US/products/speaker-stands/htb3/ | A height adjustable speaker stand with a custom made 9 cm x 9 cm x 9 cm triangular top plate attached to the top with a screw is used as a reaching pedestal |
| 1 cm Calibration Cube | Learning Resources (Walmart) | https://www.walmart.com/ip/Learning-Resources-Centimeter-Cubes-Set-500/24886372 | A 1 cm plastic cube is used to transform distance measures from pixels to centimeters |
| Studio Light | Dot Line | https://www.bhphotovideo.com/c/product/1035910-REG/dot_line_rs_5620_1600w_led_light.html | Strong lamp with cool LED light used to illumate the participant and testing area |
| 3 Dimensional (3D) Sleep Mask | Kfine | https://www.amazon.com/Kfine-Sleeping-Contoured-lightweight-Comfortable/dp/B06W5CDY78?th=1 | Used as a blindfold to occlude vision in the No Vision condition |
| Orange Slices | N/A | N/A | Orange slices served as the large sized reaching targets |
| Donut Balls | Tim Hortons | http://www.timhortons.com/ca/en/menu/timbits.php | Old fashion plain timbits from Tim Hortons served as the medium sized reaching targets |
| Blueberries | N/A | N/A | Blueberries served as the small sized reaching targets |
References
- Karl, J. M., Whishaw, I. Q. Different evolutionary origins for the Reach and the Grasp: an explanation for dual visuomotor channels in primate parietofrontal cortex. Front Neurol. 4 (208), (2013).
- Whishaw, I. Q., Karl, J. M. The contribution of the reach and the grasp to shaping brain and behaviour. Can J Exp Psychol. 68 (4), 223-235 (2014).
- Jeannerod, M. Intersegmental coordination during reaching at natural visual objects. Attention and Performance IX. Long, J., Badeley, A. , Hillsdale: Lawrence Erlbaum Associates. 153-169 (1981).
- Arbib, M. A. Perceptual structures and distributed motor control. Handbook of Physiology. Brooks, V. B. 2, American Psychological Society. 1449-1480 (1981).
- De Bruin, N., Sacrey, L. A., Brown, L. A., Doan, J., Whishaw, I. Q. Visual guidance for hand advance but not hand withdrawal in a reach-to-eat task in adult humans: reaching is a composite movement. J Mot Behav. 40 (4), 337-346 (2008).
- Karl, J. M., Sacrey, L. A., Doan, J. B., Whishaw, I. Q. Hand shaping using hapsis resembles visually guided hand shaping. Exp Brain Res. 219 (1), 59-74 (2012).
- Domellöff, E., Hopkins, B., Francis, B., Rönnqvist, L. Effects of finger markers on the kinematics of reaching movements in young children and adults. J Appl Biomech. 23 (4), 315-321 (2007).
- Karl, J. M., Sacrey, L. A., Doan, J. B., Whishaw, I. Q. Oral hapsis guides accurate hand preshaping for grasping food targets in the mouth. Exp Brain Res. 221 (2), 223-240 (2012).
- Karl, J. M., Schneider, L. R., Whishaw, I. Q. Nonvisual learning of intrinsic object properties in a reaching task dissociates grasp from reach. Exp Brain Res. 225 (4), 465-477 (2013).
- Hall, L. A., Karl, J. M., Thomas, B. L., Whishaw, I. Q. Reach and Grasp reconfigurations reveal that proprioception assists reaching and hapsis assists grasping in peripheral vision. Exp Brain Res. 232 (9), 2807-2819 (2014).
- Karl, J. M., Whishaw, I. Q. Haptic grasping configurations in early infancy reveal different developmental profiles for visual guidance of the Reach versus the Grasp. Exp Brain Res. 232 (9), 3301-3316 (2014).
- Whishaw, I. Q., Karl, J. M., Humphrey, N. K. Dissociation of the Reach and the Grasp in the destriate (V1) monkey Helen: a new anatomy for the dual visuomotor channel theory of reaching. Exp Brain Res. 234 (8), 2351-2362 (2016).
- Timmann, D., Stelmach, G. E., Bloedel, J. R. Grasping component alterations and limb transport. Exp Brain Res. 108 (3), 486-492 (1996).
- Saling, M., Mescheriakov, S., Molokanova, E., Stelmach, G. E., Berger, M. Grip reorganization during wrist transport: the influence of an altered aperture. Exp Brain Res. 108 (3), 493-500 (1996).
- Whishaw, I. Q., Faraji, J., Kuntz, J., Mirza Ahga, B., Patel, M., Metz, G. A. S., et al. Organization of the reach and grasp in head-fixed vs freely-moving mice provides support for multiple motor channel theory of neocortical organization. Exp Brain Res. 235 (6), 1919-1932 (2017).
