Summary
Dit protocol wordt beschreven hoe u video frame-voor-frame-analyse te kwantificeren idiosyncratische reach-naar-greep bewegingen bij de mens. Een vergelijkende analyse van bereiken slechtzienden versus unsighted gezonde volwassenen wordt gebruikt om aan te tonen van de techniek, maar de methode kan ook worden toegepast op de studie van ontwikkelings- en klinische populaties.
Abstract
Prehension, de handeling van het bereiken van te begrijpen van een object, staat centraal in de menselijke ervaring. We gebruiken het om te voeden onszelf, onszelf bruidegom en manipuleren van objecten en hulpmiddelen in onze omgeving. Dergelijke gedragingen zijn aangetast door vele sensomotorische aandoeningen, maar ons huidige begrip van hun neuraal controle is verre van compleet. Huidige technologieën voor behandelende menselijke bewegingen van de reach-te-begrijpen vaak gebruiken tracking systemen die kunnen worden duur, vereisen het aanbrengen van markeringen of sensoren op de handen, natuurlijke beweging en sensorische feedback belemmeren, en bieden kinematische beweging uitvoer die kan moeilijk te interpreteren. Terwijl in het algemeen effectief voor het bestuderen van de stereotiepe bewegingen van de reach-naar-greep van gezonde slechtzienden volwassenen, veel van deze technologieën extra beperkingen geconfronteerd wanneer u probeert te bestuderen van de onvoorspelbare en idiosyncratische reach-naar-greep bewegingen van baby'tjes unsighted volwassenen en patiënten met neurologische aandoeningen. Dus presenteren we een roman, goedkoop, en zeer betrouwbare nog flexibele protocol voor het kwantificeren van de temporele en kinematische structuur van idiosyncratische reach-naar-greep bewegingen bij de mens. High speed video camera's vastleggen meerdere weergaven van de beweging van de reach-te-begrijpen. Frame-voor-frame video-analyse wordt vervolgens gebruikt voor het documenteren van de timing en de omvang van de vooraf gedefinieerde gedrags gebeurtenissen zoals beweging start collectie, maximale hoogte, maximale diafragma, eerste contact en definitieve greep. De temporele structuur van de beweging is gereconstrueerd door de relatieve framenummer van elk evenement te documenteren terwijl de kinematische structuur van de hand is gekwantificeerd aan de hand van de liniaal of de maatregel functie in foto-editing software om te kalibreren 2 dimensionale lineaire afstanden tussen twee lichaamsdelen of een lichaamsdeel en het doel. Frame-voor-frame videoanalyse kan bieden een kwantitatieve en uitgebreide beschrijving van idiosyncratische reach-naar-greep bewegingen en onderzoekers uit te breiden hun gebied van onderzoek te nemen een groter scala van naturalistische grijpen in staat zal stellen gedrag, geleid door een grotere verscheidenheid van sensorische modaliteiten, in zowel gezonde en klinische populaties.
Introduction
Prehension, de handeling van het bereiken om een object te begrijpen is gebruikt voor vele dagelijkse functies, met inbegrip van het verwerven van voedselpunten voor eten, grooming, manipuleren van objecten, zwaaiende tools en communiceren door middel van gebaar en geschreven woord. De meest prominente theorie inzake de neuro-controle van prehension, stelt de Visuomotor dubbelkanaals theorie1,2,3,4, dat prehension bestaat uit twee delen - een bereik die vervoert de hand naar de locatie van het doel en een greep die opent, vormen, en sluit de hand aan de grootte en vorm van het doel. De twee bewegingen zijn gemedieerd door scheidbaar maar interagerende zenuwbanen van visuele aan motorische cortex via de Pariëtale kwab1,2,3,4. Gedrags ondersteuning voor de Dual Visuomotor Channel-theorie is dubbelzinnig, grotendeels te wijten aan het feit dat de beweging van de reach-naar-greep wordt weergegeven als een naadloze Akte en ontvouwt zich met weinig bewuste inspanning. Prehension wordt echter bijna altijd bestudeerd in het kader van visueel-geleide prehension waarin een gezonde deelnemer bereikt om een zichtbaar doelobject te begrijpen. Onder deze omstandigheden wordt de actie weergegeven als een enkele beweging die zich in een voorspelbare en stereotiepe mode ontvouwt. Voorafgaand aan het begin van het bereik fixeren de ogen op het doel. Als de arm breidt de cijfers open, preshape aan de grootte van het object, en vervolgens beginnen te sluiten. De ogen losraken van het doel net vóór doel contact en laatste greep van het doel volgt vrijwel onmiddellijk daarna5. Als visie wordt verwijderd, is de structuur van de beweging echter fundamenteel verschillend. Het verkeer dissocieert in haar samenstellende onderdelen zodanig zijn dat een royaal reach voor het eerst gebruikt is het om doel te vinden door het aanraken van het en vervolgens haptische signalen doel contact guide vormgeven en sluiting van de hand te begrijpen6is gekoppeld.
Kwantificering van de reach-naar-greep beweging wordt meestal bereikt met behulp van een 3 dimensionale (3D) motion trackingsysteem. Daarbij kan men denken infrarood tracking-systemen, elektromagnetische volgsystemen, of video op basis van tracking-systemen. Hoewel dergelijke systemen effectief voor het verwerven van kinematische maatregelen van prehension in gezonde volwassen deelnemers uitvoeren van stereotiepe bewegingen van de reach-naar-greep naar zichtbaar doelobjecten, hebben ze een aantal nadelen. Naast het feit dat erg duur, vereisen deze systemen de gehechtheid van de sensoren of markeringen op de arm, hand en cijfers van de deelnemer. Deze zijn meestal verbonden met behulp van medische tape, die kan belemmeren tactiele feedback uit de hand, natuurlijke motor gedrag aanpassen en deelnemers7afleiden. Omdat deze systemen in het algemeen numerieke uitvoer aan verschillende kinematische variabelen zoals snelheid, versnelling en vertraging gerelateerde produceren zijn ze ook niet ideaal om te onderzoeken hoe de hand contact opneemt met het doel. Wanneer met behulp van deze systemen, extra sensoren of apparatuur zijn vereist om te bepalen welk deel van de hand maakt contact met de doelgroep, waar op het doel contact treedt op, en hoe in mogelijk gewijzigd wanneer de configuratie van de hand om te manipuleren het doel. Bovendien, vereisen infrarood tracking-systemen, die meestal werkenden, het gebruik van een gespecialiseerde camera voor het bijhouden van de locatie van de markeringen op de hand in de 3D-ruimte6. Dit vereist een directe lijn van gezicht tussen de camera en de sensoren aan de kant. Als zodanig is eigenaardigheden in de beweging dreigen te verdoezelen van deze lijn van het zicht en leiden tot het verlies van kritieke kinematische gegevens. Er zijn echter een groot aantal gevallen waarin eigenaardigheden in het reach-naar-greep verkeer eigenlijk de norm zijn. Deze omvatten tijdens de vroege ontwikkeling bij zuigelingen gewoon leren zijn om te bereiken en begrijpen voor objecten; Wanneer het target-object niet zichtbaar en tactiele is moeten signalen worden gebruikt om het bereik en de greep; Wanneer het doelobject is een oneven vorm of structuur; en wanneer de deelnemer met om het even wie van een verscheidenheid van sensomotorische aandoeningen zoals een beroerte presenteert, de ziekte van Huntington, de ziekte van Parkinson, cerebrale parese, etc. In al deze gevallen, het verkeer van de reach-naar-greep is niet voorspelbaar, noch stereotiepe, noch is het noodzakelijk geleid door visie. Bijgevolg, het vermogen van 3D motion tracking systemen te kwantificeren op betrouwbare wijze de temporele en kinematische structuur van deze bewegingen kunnen ernstig beperkt als gevolg van storingen in sensorische feedback van de hand, veranderingen in de natuurlijke motor gedrag, verlies van gegevens, en/of problemen interpreteren de idiosyncratische kinematische uitvoer van deze apparaten.
De huidige paper beschrijft een nieuwe techniek voor het kwantificeren van de idiosyncratische reach-naar-greep bewegingen in verschillende menselijke populaties die betaalbaar is, geen belemmering vormt voor sensorische feedback van de hand of het natuurlijke gedrag van de motor, en is betrouwbaar maar kan flexibel gewijzigd om aan te passen van een verscheidenheid van experimentele paradigma's. De techniek omvat het gebruik van meerdere high-speed video camera's voor het opnemen van het verkeer van de reach-te-begrijpen vanuit meerdere invalshoeken. De video is dan off line geanalyseerd door de videoframes een modeltraject tegelijk en met behulp van visuele inspectie om document belangrijke gedrags gebeurtenissen waarmee, samen een gekwantificeerde beschrijving van de temporele en kinematische organisatie van het reach-te-begrijpen verkeer. De huidige paper beschrijft een vergelijkende analyse van visueel - versus nonvisually geleide reach-naar-greep bewegingen in gezonde menselijke volwassenen6,,8,,9,10 om aan te tonen van de werkzaamheid van de techniek; gewijzigde versies van de techniek hebben echter ook gebruikt te kwantificeren van de acties van de reach-naar-greep van menselijke baby's11 en12van de niet-menselijke primaten. De uitvoerige resultaten van de frame-voor-frame videoanalyse van deze studies behoren tot de eerste gedrags bewijs ter ondersteuning van de theorie van de Visuomotor dubbelkanaals van prehension te leveren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle procedures waarbij menselijke deelnemers zijn goedgekeurd door de Universiteit van Lethbridge Commissie voor onderzoek van menselijke onderwerpen en de Thompson Rivers universiteit onderzoek ethiek voor menselijke onderwerpen Board.
1. de deelnemers
- Bereiken van geïnformeerde toestemming van volwassenen die normaal of gecorrigeerd-naar-normaal visie en zijn van een goede gezondheid zonder geschiedenis van neurologische of sensorimotor stoornissen (tenzij het doel is om te onderzoeken van een bepaalde klinische bevolking).
2. experimentele opstelling
- Selecteer bosbessen, donut balls en oranje segmenten om te dienen als doelen te verwezenlijken. Het meten van een subset van tien van elk van de doelstellingen over hun langste as om de gemiddelde lengte van elk doel te bepalen.
Opmerking: Gebruik maken van doelen die uniform in vorm en grootte zijn. De gemiddelde omvang van de bosbes doelstellingen was 12.41 ± 0.33 mm, de gemiddelde omvang van de doelstellingen van de bal donut 28.82 ± 1.67 mm, en de gemiddelde grootte van de oranje segment doelen was 60.53 ± 0,83 mm. - Bepaal het proces aantal en de volgorde voor het experiment. Deelnemers in kennis dat zij zal worden het voltooien van een totaal van 60 proeven onderverdeeld in 4 blokken (2 blokken in de visie staat) en 2 blokken in de No-visie met elk blok bestaat uit 15 bereiken van proeven (5 herhalingen voor elk van de 3 doelobjecten) te bereiken. Informeren van de deelnemer dat voor elk blok de doelobjecten zal worden gepresenteerd in een willekeurige volgorde zoals bepaald door een random number generator. Zorg ervoor dat de volgorde van blok presentatie over deelnemers is gecompenseerd.
- Plaats de deelnemer in een stationaire armless stoel in een rustige, goed verlichte kamer vrij van afleiding. Het vertellen van de deelnemer om te zitten in de stoel met beide voeten rusten plat en vierkant op de verdieping en hun handen rustend open rechte en palm-down op de toppen van hun bovenbenen.
- De hoogte van een zichzelf staande, in hoogte verstelbare voetstuk aan de zittende deelnemer romp lengte zodanig aanpassen dat de bovenkant van het voetstuk houdt het midden tussen de bovenkant van de deelnemer de heup en de deelnemer borstbeen. Plaats de sokkel direct voor de middellijn van de deelnemer.
- Vertellen de deelnemer uit te breiden hun dominante hand rechtstreeks naar de bovenkant van het voetstuk. De locatie van de sokkel aanpassen zodat deze wordt geplaatst op de middellijn van de deelnemer, maar op een afstand gelijk aan de deelnemer volledig uitgebreide arm en hand zodat de deelnemer middelvinger uitgestoken contact op met de verste rand van het voetstuk. Na plaatsing van de voet, vraag de deelnemer om terug te keren hun uitgestoken hand naar hun schoot.
- Positie 1 hoge snelheid videocamera Sagittaal aan de deelnemer, aan dezelfde kant als de deelnemer niet-dominante hand op 1 m afstand van het voetstuk opnemen een reach-zijaanzicht van de deelnemer de dominante hand. Aanpassen van de positie en de zoom van de camera tot de bovenkant van hoofd van de deelnemer, de beginpositie van de hand op het bovenbeen, en de bereiken doelgroep op de sokkel zijn al duidelijk zichtbaar van deze camerahoek.
- Plaats een tweede video camera 1 m vóór het voetstuk te vangen een front-op weergave van de deelnemer. Aanpassen van de positie en de zoom van de camera tot de bovenkant van de beginpositie van de hand op de dij, hoofd van de deelnemer en de bereiken doelgroep op de sokkel zijn al duidelijk zichtbaar van deze camerahoek.
Opmerking: Extra video-camera's kunnen worden gepositioneerd boven, onder, of voor de deelnemer en voetstuk zoals gewenst. - Elke camera ingesteld op record video op de hoogst mogelijke resolutie met een snelheid van 60, 120 of 300 beelden per seconde met een sluitertijd van 1/250th (of tot 1/1000th als het verkeer zal zeer snel worden uitgevoerd) van een seconde. Beide camera's om te slaan elk video bestand als een AVI, MP4 of MOV-bestand instellen Gebruik een sterke lamp met coole LED-verlichting (die te verwaarlozen warmte genereren) om te verlichten van de deelnemer en testen gebied. Instellen van elke camera te richten op het midden van het voetstuk.
Opmerking: Deze hoge frame rates en sluitertijden een sterke lamp is nodig om te verlichten van de deelnemer en testen gebied. Dit zal ervoor zorgen dat de afzonderlijke videoframes voldoende verlichte en vrij van beweging artefacten zijn. - Instrueer de deelnemer om te beginnen elke bereiken proef met hun handen open, ontspannen, en rustend palm naar beneden op het dorsum van de bovenbenen.
- De deelnemer vertellen dat aan het begin van elke proef, de experimentator zal een doelobject – ofwel een bosbes, een donut bal, of een oranje segment – op het voetstuk en dat de deelnemer is om te wachten totdat de experimentator een verbale ' 1, 2, 3 biedt , Go' opdracht met hun dominante hand reiken, begrijpen het doelobject, en plaats dan het doelobject in hun mond alsof ze gaan eten.
- De deelnemer vertellen dat ze zo natuurlijk mogelijk de taak moeten uitvoeren, maar dat ze eigenlijk hoeft niet te eten van het doelobject. Instrueer de deelnemer dat na het plaatsen van het doelobject in de mond die zij vervolgens moeten gebruiken hun niet-dominante hand om het doel te halen uit hun mond en breng dit in een container van de verwijdering op de verdieping grenzend aan de deelnemer niet-dominante hand gelegen. Instrueer de deelnemer aan beide handen naar de startpositie terugkeren over hun bovenbenen ter voorbereiding van de volgende proef.
- Selecteer een blinddoek dat niet omslachtig maar occlude zowel foveal en perifere visie van het doel. Deze blinddoek geven alle deelnemers aan het begin van alle No Vision proces blokken en zij dragen het voordat het doelobject wordt geplaatst op het voetstuk.
Opmerking: Bij het voltooien van No Vision proces blokken, deelnemers zijn geblinddoekte voordat de eerste No visie proces begint. Dus zijn ze geblinddoekt alvorens een doelobject wordt gebracht op het voetstuk dat ervoor zorgt dat de deelnemer ziet niet in dat van de potentiële richtwaarde objecten wordt geplaatst op het voetstuk voor een bepaalde proef geen visie. - Druk op de knop 'record' op beide videocamera's voordat het experiment te starten en ervoor te zorgen dat de positie en de locatie van elke camera niet verandert gedurende de looptijd van de experimentele taak voor een bepaalde deelnemer.
3. de gegevensverzameling
- Begint het experiment door snel te tikken op de centrale oppervlaktelaag van de sokkel met je wijsvinger.
Opmerking: Het moment van contact tussen uw wijsvinger en het voetstuk zal dienen als een keu van de tijd die zichtbaar in alle video records worden zal. - Plaats een object van de kalibratie van bekende grootte, zoals een 1 cm3 kunststof kubus, in het midden van de bovenkant van de voet zodanig dat elke camera een fronto-parallel weergave van één kant van de kubus heeft. Laat de kalibratie-object op het voetstuk voor ongeveer 5 s zodat elke videocamera vangt een vrij uitzicht, verwijder de kalibratie-object voordat de eerste bereiken proces.
- Kennis van de deelnemer dat het experiment te starten, zorgen ervoor dat de deelnemer de blinddoek dragen als ze zijn bezig met het voltooien van een No visie proef blok, en vraag de deelnemer eerst mondeling bevestigen als zij klaar om te beginnen.
- Plaats de eerste doelobject op de sokkel en een cue "1, 2, 3, Go" gebruiken om aan te geven aan de deelnemer voor het uitvoeren van het proces van bereiken.
- Herhaal stap 3.4. totdat de deelnemer heeft een totaal van 60 bereiken proeven voltooid. Zorg ervoor dat de deelnemer alleen de blinddoek voor de visie van de No trial blokken draagt.
- Nadat 60 bereiken proeven uitgevoerd zijn, stop de opname van de videocamera. Antwoord alle finale vragen dat de deelnemer kan hebben en hen toestaan om te verlaten.
4. video's voorbereiden door Frame-voor-Frame videoanalyse
- De video bestanden downloaden van de videocamera op een beveiligde computer een video editing softwareprogramma installateur daarop heeft.
- Open de video bestanden in de softwareprogramma voor videobewerking. In het Start-venster dat wordt geopend, klikt u op de knop Nieuw Project . Selecteer voor de optie Weergave-indeling voor Video Frames. Selecteer DVvoor de formatteeroptie vastleggen . Klik op OK | Ja.
- Klik op Media Browser tab en navigeren om te vinden de videobestanden voor je deelnemer. Klik en houd een van de video bestanden te slepen en neerzetten in de aangrenzende tijdlijn. Hierdoor wordt de video record weergegeven in het programmavenster . Gebruik de pijltoetsen op het toetsenbord aan de vooruitgang naar voren en/of achterwaarts door het videoverslag.
- Gebruik de pijltoetsen op het toetsenbord om te navigeren naar het videoframe dat toont het moment dat de experimentator de bovenkant van het voetstuk met haar wijsvinger kranen. Onderbreken van het videoverslag op dit frame, zodat de afspeelkop (op de tijdlijn) is geplaatst bij de exacte frame waar van de experimentator vinger maakt voor het eerst contact met het voetstuk.
- Gebruik de functie spaties.wissen in de video-editing software om trim (Verwijder) alle frames voorafgaand aan het huidige frame. Om dit te doen, klikt u op de Mark In | Bestand | Exporteren | Media opties. In het Export Settings venster dat opent, selecteer H.264 voor de optie voor de bestandsindeling en de Match-bron voor de optie Voorinstelling.
- Klik op de Naam van de Output en blader naar de map waar u wenst de nieuwe bijgesneden video record op te slaan. Bieden een nieuwe bestandsnaam voor de nieuwe bijgesneden videoverslag dat u samenstelt en vervolgens op de knop Opslaan . Dit zal u terug naar de Exportinstellingen. Klik op de optie exporteren .
- Herhaal stap 4.1-4.6 voor alle video records voor elke deelnemer een nieuw bijgesneden video bestand dat correspondeert met elk van de oorspronkelijke video bestanden te maken. Alleen gebruiken de nieuw bijgesneden videobestanden voor alle volgende frame-voor-frame video analyses.
Opmerking: In de pas bijgesneden videobestanden, frame 1 van elk video bestand zal afschilderen de dezelfde gedrags gebeurtenis (bijvoorbeeld, moment van het eerste contact tussen de experimentator de vinger en de sokkel) en zijn in wezen keer-gesynchroniseerd. Dit zorgt voor snel en eenvoudig schakelen tussen verschillende video weergaven van een enkele gedrags gebeurtenis binnen één test sessie voor één deelnemer. - Sluit en heropen de video-editing software. Herhaal stap 4.2. en 4.3. Selecteer en sleep alle nieuw bijgesneden video records voor één deelnemer in aparte tijdlijnen in de video-editing software voor het frame-voor-frame video-analyse. Hierdoor zal u om te navigeren door middel van de meerdere weergaven van de video voor elke deelnemer op tijd-gesynchroniseerde wijze. Om welke video record te wijzigen (bijv., aan de voorzijde of zijkant) wordt weergegeven in het programmavenster, klikt u en sleept u de video-tijdlijn waarin de gewenste video weergave naar de top van de andere video tijdlijnen.
Opmerking: Stap 4.8. wordt uitgevoerd met behulp van de video-editing software en serveert tijdelijk tijd-synchroniseren alle weergaven van de video van één deelnemer.
5. frame-voor-Frame videoanalyse: temporele organisatie
- Voor elk afzonderlijk experiment bereiken, beschrijven de temporele organisatie van de beweging van de reach-naar-greep met behulp van de pijltoetsen op het toetsenbord om door de tijd-gesynchroniseerde video records frame-voor-frame. Opnemen, in een werkblad (aanvullende tabel 1), het eerste framenummer voor elke belangrijke gedrags gebeurtenis beschreven in stappen 5.1.1-5.1.6, die ook in tabel 1 beschreven en geïllustreerd in Figuur 1.
Opmerking: Terwijl alle 6 belangrijke gedrags gebeurtenissen over het algemeen aanwezig in elke proef visie zijn, sommige kan niet altijd aanwezig zijn in de proeven geen visie.- Identificeren beweging start, die is gedefinieerd als de eerste zichtbare opheffing van de palm van de hand uit de buurt van het dorsum van de bovenbeen.
- Identificeren van collectie, die wordt gedefinieerd als de vorming van een gesloten hand houding waarin de cijfers maximaal flex en sluiten. In het algemeen optreedt collectie na start van de beweging en voorafgaand aan piek diafragma.
- Maximale hoogte, die is gedefinieerd als de maximale hoogte van de meest proximale knokkel van de wijsvinger als de hand naar het doelobject bereikt te identificeren.
- Identificeer peak diafragma, die is gedefinieerd als de maximale opening van de hand (zoals gemeten tussen de centrale tip van de wijsvinger en de centrale topje van de duim) dat zich na collectie maar vóór de eerste contact voordoet. Soms zal de cijfers heropenen na eerste contact met het doelobject, in dat geval ook registreren het framenummer van deze tweede piek diafragma.
- Eerste contact, dat wordt gedefinieerd als het eerste punt van contact tussen de hand en het doelobject te identificeren.
- Laatste greep, die is gedefinieerd als het moment waarop alle manipulatie van het doelobject is voltooid en de deelnemer heeft een stevige greep op het doelobject te identificeren.
6. frame-voor-Frame videoanalyse: kinematische kalibratie schaal
- Maak een kalibratie-schaal voor elke deelnemer die kan worden gebruikt voor het converteren van de maatregelen van de afstand van het videoverslag van pixels naar centimeters.
- Slepen en neerzetten van het videoverslag van belang in de tijdlijn van de video editing softwareprogramma zoals in stappen 4.2. en 4.3. Verplaats de afspeelkop naar het frame dat ziet u de kalibratie-object en klik op het Frame exporteren. In het Frame exporteren venster dat opent, voer een naam voor het stilstaande beeld van het frame in het vak naam optie TIFF invoeren in het vak notatie optie en klik op het vak van pad optie om te bladeren naar de map die u wilt Sla het stilstaande beeld van het frame in.
- Dit nog frame beeldbestand openen in een fotobewerkingsprogramma software. Klik op de afbeelding van de | Analyse | Metingsschaal instellen | Aangepaste om te zetten van de muisaanwijzer in een liniaal. Gebruik het gereedschap liniaal te klikken aan de ene kant van de kubus van 1 cm3 kalibratie, sleept u het gereedschap liniaal naar de overkant van de kalibratie-kubus, de lijn zo horizontaal mogelijk te houden, en het vrijgeven van de Klik aan de andere kant van de kubus.
Opmerking: Stap eens 6.1.2. de software voor fotobewerking in te vullen zal automatisch berekenen van de lengte van de lijn die werd getekend in pixels en deze waarde in de optie van de Lengte van de Pixel in het geopende venster van de Metingsschaal weergeven. - Voer 10 in de Logische lengte optie doos en millimeter in het vak van de optie Logische eenheden in het venster Metingsschaal . Klik op de voorinstelling opslaan. In het venster Voorinstelling voor meting schaal de video weergave en codenummer van de desbetreffende deelnemer (bijvoorbeeld Zijaanzicht-Participant1) invoeren in het vak van de optie Naam voorinstelling en klik op OK.
- Klik op OK in het venster van de Metingsschaal .
Let op: Herhaal stap 6.1.1 aan 6.1.4. voor elke video weergave voor elke deelnemer.
7. frame-voor-Frame videoanalyse: kinematische structuur
- Voor elk afzonderlijk experiment bereiken, beschrijven de kinematische structuur van de beweging van de reach-naar-greep met behulp van het gereedschap Liniaal in de softwareprogramma voor fotobewerking om vast te leggen van de maatregelen van de desbetreffende afstand beschreven in stappen 7.4-7,9 en tabel 1.
- Gebruik de video-editing software voor het exporteren van een stilstaand frame beeld (stap 6.1.1.) die elk van de volgende gedrags gebeurtenissen beschrijft: collectie, maximale hoogte, maximale diafragma, eerste contact en definitieve greep (voor elk afzonderlijk experiment).
- Open het stilstaande beeld van de frame die het belangrijkste gedrags evenement van belang in de foto verbeeldt-editing software. Klik op de afbeelding van de | Analyse | Metingsschaal instellen en selecteert u de vooraf ingestelde kalibratie-schaal die correspondeert met de video weergave en deelnemer afgebeeld in het beeld dat u wenst te nemen van een afstandsmeting van (b.v. Zijaanzicht-Participant1).
Opmerking: Selecteren van de juiste voorinstelling kalibratie schaal zal ervoor zorgen dat alle verdere afstanden gemeten met het gereedschap Liniaal nauwkeurig zal worden omgezet van pixels in millimeters. De vooraf ingestelde kalibratie schaal blijft automatisch geselecteerd voor alle latere afbeeldingsbestanden die worden geopend. Dus, is er geen behoefte om stap 7.3 te herhalen. totdat u naar het analyseren van overschakelt frame nog beelden van een andere video weergave of een andere deelnemer. - Open het stilstaande beeld van de frame die de belangrijkste gedrags gebeurtenis van verzameling in de foto toont-editing software. Selecteer het gereedschap Liniaal en gebruiken om een rechte lijn tekenen tussen het centrale topje van de duim en de centrale tip van de wijsvinger.
- Klik op de afbeelding van de | Analyse | Registreren van metingen, die zal leiden tot het Metingslogbestand te openen. Het opnemen van de lengte van deze lijn als de afstand van de collectie in het werkblad (aanvullende tabel 1).
- Open het stilstaande beeld van de frame die maximale hoogte in de foto verbeeldt-editing software. Gebruik het gereedschap liniaal voor het meten van de verticale afstand tussen de bovenkant van het voetstuk en de bovenkant van de deelnemer index knokkel. De lengte van deze lijn als de maximumhoogte afstand in het werkblad opnemen.
- Open het stilstaande beeld van de frame die piek diafragma in de foto verbeeldt-editing software. Gebruik het gereedschap liniaal voor het meten van de afstand tussen het centrale topje van de duim en de centrale tip van de wijsvinger. De lengte van deze lijn als de piek diafragma afstand in het werkblad opnemen.
- Open het stilstaande beeld van de frame die verbeeldt de eerste contactpersoon in de foto-editing software. Gebruik het gereedschap liniaal voor het meten van de afstand tussen het centrale topje van de duim en de centrale tip van de wijsvinger. De lengte van deze regel als eerste contact diafragma afstand in het werkblad opnemen.
- Open het stilstaande beeld van de frame die definitieve greep in de foto verbeeldt-editing software. Gebruik het gereedschap liniaal voor het meten van de afstand tussen het centrale topje van de duim en de centrale tip van de wijsvinger. De lengte van deze regel als de laatste greep diafragma afstand in het werkblad opnemen.
8. frame-voor-Frame videoanalyse: topografische maatregelen
- Terwijl het uitvoeren van de bovenstaande video analyse van frame-voor-frame, ook aanvullende topografische documentfuncties van de beweging van de reach-te-begrijpen zoals een deel van de hand om eerste contact, neem contact op met punten, greep punten, aanpassingen, grip type en greep strategie ( Tabel 2).
- Document, in het werkblad, welk deel van de hand wordt gebruikt om het eerste contact met de doelgroep voor elk afzonderlijk experiment, voor elke deelnemer. Gebruik de volgende notatie: 1 = duim, 2 = wijsvinger, 3 = middelste vinger, 4 = ringvinger, 5 = pinky, 6 = palm, 7 = dorsum van de hand.
- Bepalen van de eerste contactpunten door het exporteren van een stilstaand beeld van het frame van het doel, openen in de foto-editing software en met behulp van gereedschap van de penseel van het programma ter gelegenheid van de locatie op het doel waartegen eerste contact tussen de hand en het doel hadden gemaakt voor elk proces. De grootte, dekking en kleur van het gereedschap Penseel aan uw behoeften aanpassen. Herhaal deze stap totdat u hebt één topografische kaart dat de locatie van eerste contactpunten op het doel voor elke deelnemer aangeeft.
Opmerking: Zie voor een voorbeeld van geaggregeerde eerste contactpunten in alle van de deelnemers in een enkele studie, vertegenwoordiger resultaten hieronder. - Het bepalen van de greep punten door het exporteren van een stilstaand beeld van het frame van het doel, openen in de foto-editing software en met behulp van gereedschap van de penseel van het programma ter gelegenheid van de locatie op het doel waartegen de hand contact op met het doel op het moment van definitieve greep voor elk afzonderlijk experiment. De grootte, dekking en kleur van het gereedschap Penseel aan uw behoeften aanpassen. Herhaal deze stap totdat u één topografische kaart dat hebt de locatie aangeeft van greep punten op het doel voor elke deelnemer.
Opmerking: Zie voor een voorbeeld van geaggregeerde greep punten over alle deelnemers in een enkele studie, vertegenwoordiger resultaten hieronder.- Visueel bepalen de gemiddelde greep contact locaties voor de duim en het conflicterende cijfer op de doelgroep voor slechtzienden deelnemers. Deze twee contact locaties aanduiden als de "basislijn greep contactpunten"
- Gebruik het gereedschap Penseel te markeren de "basislijn greep contactpunten" op de topografische kaart die eerste contactpunten voor elke deelnemer illustreert. Gebruik vervolgens het gereedschap Liniaal (Zie stappen 6.1. aan 6.1.4. en 7.5.) voor het meten van de 2D lineaire afstand tussen elke eerste contactpunt en het contactpunt van de respectieve basislijn. Herhaal deze stap voor elke eerste contactpunt voor elke deelnemer in de visie en de geen Zichtomstandigheden. Bereken het gemiddelde "afstand tot basislijn contactpunt" voor elke deelnemer, die zullen aangeven hoe ver, gemiddeld, een deelnemer de locatie van het eerste contact verschilde van het contactpunt van de greep basislijn.
- Gebruik het gereedschap Penseel te markeren de "basislijn contactpunten" op de topografische kaart die greep contactpunten voor elke deelnemer illustreert. Gebruik vervolgens het gereedschap Liniaal (Zie stappen 6.1. en 6.1.4. en 7.5.) voor het meten van de 2D lineaire afstand tussen elk punt van de greep en het contactpunt van de respectieve basislijn. Herhaal deze stap voor elk punt van de greep voor elke deelnemer in de visie en geen Zichtomstandigheden. Bereken het gemiddelde "afstand tot basislijn contactpunt" voor elke deelnemer, die zullen aangeven hoe ver, gemiddeld een deelnemer greep contactpunten van het contactpunt van de greep basislijn verschilde.
- Bepaal het aantal aanpassingen voor elk afzonderlijk experiment door te inspecteren het videoverslag, vaststellend van alle instanties waar de deelnemer vrijgegeven en hersteld contact met het doel tussen het frame van het eerste contact en het frame van de laatste greep. Het totale aantal aanpassingen per proef voor iedere deelnemer in het werkblad opnemen.
- Bepalen van de grip type gebruikt te halen van het streefcijfer voor elk afzonderlijk experiment en opnemen in het werkblad: (i) Tang greep: gekenmerkt door de doelgroep tussen de stootkussens van de duim en één andere cijfer van dezelfde hand, (ii) precisie greep aangrijpend: gekenmerkt door aangrijpend de doelgroep tussen de stootkussens van de duim en ten minste twee andere cijfers van dezelfde hand, of (iii) macht greep: gekenmerkt door de doelgroep tussen de palm en de cijfers van dezelfde hand aangrijpend.
- Bepalen van de strategie van de greep (preshaping, touch-dan-greep, variatie 1, variatie 2, of variatie 3 strategie; Zie onderstaande vertegenwoordiger resultaten) gebruikt voor elk afzonderlijk experiment en opnemen in het werkblad.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Deze sectie bevat voorbeelden van de resultaten die kunnen worden verkregen bij het gebruik van videoanalyse van frame-voor-frame tot idiosyncratische reach-naar-greep bewegingen onder leiding van nonvisual sensorische onderzoeken. De primaire bevinding is dat wanneer de deelnemers kunt visie preventief identificeren zowel de extrinsieke (locatie/richting) en intrinsieke (grootte/vorm) eigenschappen van een doelwit object dat zij integreren het bereik en de greep een naadloze grijpen akte in die preshape ze de hand aan de grootte en vorm van het doel vóór aan te raken (figuur 2A). Wanneer visie niet beschikbaar is, echter distantiëren ze de twee bewegingen zodat tactiele feedback kan worden gebruikt voor het eerst direct de hand met betrekking tot de extrinsieke en vervolgens ten opzichte van de intrinsieke eigenschappen van de doelgroep, in wat wordt genoemd een gegeneraliseerde Touch-dan-greep strategie (figuur 2B). De resultaten afgeleid van frame-voor-frame video-analyse zijn vergelijkbaar met die van traditionele motion tracking systemen zonder andere nadelen van sensoren aansluiten van de deelnemer handen, de kosten en gedoe. De resultaten bieden ook ondersteuning voor het postulaat van de dubbele Visuomotor kanaal theorie van Prehension dat het bereik en de greep scheidbaar bewegingen die worden weergegeven als een zijn wanneer onder visuele begeleiding met elkaar integreren.
Alle belangrijke gedrags gebeurtenissen zijn over het algemeen aanwezig in zowel de visie en de No-Zichtomstandigheden. Er is echter een merkbaar verschil in de voorwaarde geen visie, zodat een aanzienlijk grotere hoeveelheid tijd die vereist om de overgang van piek aperture aan eerste contactpersoon en opnieuw van eerste contact tot de uiteindelijke greep (Figuur 3 is). Herziening van de kinematische resultaten van de video-analyse van de frame-voor-frame biedt een aantal verklaringen voor deze toename in de duur van de beweging in de voorwaarde Nee visie.
De hand volgt een meer verheven benadering naar het doel en dus bereikt een grotere maximale hoogte in de voorwaarde van de No visie ten opzichte van de visie voorwaarde (Figuur 4). Deze grotere maximale hoogte is een consistente functie van de beweging van de reach-te-begrijpen geen visie, zelfs na 50 proeven van de praktijk. Het gebruik van een meer verheven bereiken traject, waarbij de hand boven de doelstelling aan de orde gesteld en vervolgens verlaagd naar beneden op het van bovenaf waarschijnlijk draagt bij aan de toegenomen hoeveelheid tijd die nodig is om de overgang van piek aperture aan eerste contactpersoon in de visie van de No vergeleken naar Zichtomstandigheden.
In de voorwaarde Nee visie houdt de hand een neutrale houding, waarin de cijfers open en uitgebreide tijdens het vervoer naar het doel blijven. Dit verschilt van de visie-voorwaarde waarin de cijfers flex en sluiten in een configuratie die overeenkomt met de grootte van de doelstelling inzake de aanpak van het. Bijgevolg, in de voorwaarde Nee visie doet het diafragma van de hand niet preshape aan de grootte van de doelgroep op beide piek diafragma (Figuur 5, bovenaan) of bij het eerste contact (Figuur 5, midden). Dit gebrek aan preshaping in de visie van de No-voorwaarde betekent dat extra tijd nodig tot wijziging van de hand van configuratie na eerste contact om overeenkomen met die van het doel is. Dit draagt bij tot de verhoogde hoeveelheid tijd die nodig is om de overgang van het eerste contact tot de laatste greep in de voorwaarde Nee visie. Ondanks verschillen in hand diafragma voorafgaand aan en bij het eerste contact met de doelgroep is hand diafragma op definitieve greep identiek in de visie en geen visie voorwaarden (Figuur 5, bodem).
In de voorwaarde Nee visie is de locatie waar de duim (rood) of wijsvinger (blauw) eerste contact met de doelgroep gemaakt gerandomiseerde over het dorsale oppervlak van het target-object op een willekeurige manier, waaruit blijkt dat zij een voorkeur cijfer-duim oriëntatie ( Figuur 6, linksonder). Dit verschilde van de voorwaarde van de visie waar de wijsvinger en de duim consequent gevestigd eerste contact met zich het verzetten van kanten van het doel, met vermelding van de aanwezigheid van de stand van een gewenste cijfer-duim voorafgaand aan het eerste contact (Figuur 6, top links). Het ontbreken van de stand van een gewenste cijfer-duim voorafgaand aan de eerste contactpersoon in de voorwaarde Nee visie bedoeld dat extra tijd nodig was na het eerste contact opnieuw aanpassen van de configuratie en de positie van de cijfers naar passende greep punten die werden bevorderlijk is voor het doel daadwerkelijk te grijpen. Dit wordt uiteindelijk bereikt op het moment van definitieve greep (Figuur 6, rechtsonder) met een consistentie die vergelijkbaar is met die in de visie staat (Figuur 6, rechtsboven) waargenomen.
In de voorwaarde Nee visie maken deelnemers over het algemeen ten minste één aanpassing na het eerste contact met de doelgroep (Figuur 7), meestal om te re-direct de cijfers passender greep punten op de doelgroep. Daarentegen in de voorwaarde visie aanpassen deelnemers nooit hand-tot-streefpad contact na het eerste contact. Zo, de aanpassingen door de deelnemers aan de voorwaarde Nee visie waarschijnlijk bijdragen tot de toename van de tijd die nodig is om de overgang van het eerste contact tot de uiteindelijke greep.
Figuur 8 toont het deel van de hand gebruikt om eerste contact met de doelgroep in de visie staat (figuur 8A, links) en in de No visie voorwaarde (figuur 8B, links). In de visie staat, deelnemers over het algemeen gebruiken de wijsvinger en/of duim eerste contact met de doelgroep. Het deel van de hand om eerste contact met de doelgroep is daarentegen veel meer variabele in de voorwaarde Nee visie met deelnemers vaak gebruik van de cijfers of de palm om te eerste contact maken. Met name in de visie staat de cijfers om het eerste contact met de doelgroep zijn dezelfde die maken contact tijdens de laatste greep. Daarentegen zijn de delen van de hand gebruikt om eerste contact in de voorwaarde Nee visie meestal verschillend van de delen van de hand gebruikt tijdens de laatste greep (figuur 8A en 8B van de figuur, recht).
Figuur 9 ziet u het aantal proeven waarop deelnemers een tang of precisie greep gebruikt te verwerven van het doelobject. Deelnemers aan de voorwaarde Nee visie gebruikt een greep van de precisie aanzienlijk meer dan een tang grip, in tegenstelling tot de deelnemers aan de voorwaarde van de visie, die de voorkeur van een grip tang.
In de visie staat, deelnemers consequent gebruik maken van een preshaping strategie waarin de hand vormen en oriënteert naar het doel vóór eerste contact teneinde onmiddellijk grijpen van het doel. In de voorwaarde Nee visie de hand niet vorm of oriënteren naar het doel voorafgaand aan het eerste contact. Eerder, in de voorwaarde Nee visie de voorkeur greep-strategie is de strategie van een touch-dan-greep. Deze strategie wordt gekenmerkt door het eerste contact met de doelgroep, gevolgd door een release van contactpersoon gedurende welke de hand shapes opnieuw en opnieuw oriënteert, resulterend in gewijzigd cijfers-tot-streefpad contact locaties die uiteindelijk succesvolle grijpen vergemakkelijken van de doel (figuur 10A). Afhankelijk van de configuratie van de hand op het moment van het eerste contact, de variaties van de aanraking-dan-greep strategie kon worden waargenomen. In de eerste variant (Figuur 10), de hand is semi-gevormde bij het eerste contact en eerste contact wordt gemaakt met de wijsvinger of duim, maar op een ongepaste contact locatie, resulterend in wijzigingen in beide vorm van de hand en neem contact op met de locatie voorafgaand aan vaststelling van de definitieve greep houding. In de tweede variant (Figuur 10 c), de hand doet niet helemaal vóór eerste contact vorm, maar eerste contact wordt gemaakt met een bijbehorende gedeelte van de hand op een geschikte locatie op het doel. Dus zorgt een eenvoudige flexie van de resterende cijfers voor succesvolle verovering van de doelgroep tussen de cijfers en de duim in een effectieve grijpen houding. In de derde variant (Figuur 10 d), de hand doet niet helemaal vorm voorafgaand aan het eerste contact en eerste contact wordt gemaakt op een ongeschikte locatie op de doelgroep, maar met een passend deel van de hand. Dus, het cijfer dat maakt het eerste contact onderhoudt contacten terwijl aangrenzende cijfers het doel in een positie manipuleren dat meer gemakkelijk vergemakkelijkt het grijpen van de doelgroep tussen de index/middelvinger en de duim.
Figuur 1: zes gedrags gebeurtenissen. Nog steeds beelden ter illustratie van de 6 belangrijkste gedrags gebeurtenissen die een stereotiepe visueel geleide reach-naar-greep beweging in gezonde menselijke volwassenen vormen. Witte pijlen geven aan de aspecten van de hand/actie die het meest relevant zijn voor het identificeren van elk gedrags evenement. Deelnemers bereikt met hun dominante hand. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: strategieën gebruikt door volwassenen in de visie en geen visie omstandigheden grijpen. Nog steeds beelden ter illustratie van de preshaping strategie (A), die begunstigd werd door deelnemers aan de voorwaarde van de visie en de algemene strategie voor touch-dan-greep (B) dat werd begunstigd door de deelnemers aan de voorwaarde Nee visie. Deelnemers bereikt met hun dominante hand. Dit cijfer is gewijzigd van Karl et al. 6 en Whishaw et al. 11 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: temporele organisatie van de reach-naar-greep beweging. Tijd (gemiddelde ± standaardfout (SE)) om piek diafragma (lichtgrijs), eerst contact opnemen met (normaal grijs), en definitieve greep (zwart) van de beweging van de reach-te-begrijpen van de deelnemers (n = 12) in de visie (boven) en No Zichtomstandigheden (onder). Dit cijfer is gewijzigd van Karl et al. 6 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: maximale hoogte. Maximale hoogte (gemiddelde ± SE) van de reach-naar-greep traject voor de eerste vijf tegenover de laatste vijf proeven van elke deelnemer (n = 20) in de visie en geen visie omstandigheden (A). Deze resultaten zijn bevestigd door een herhaalde maatregelen variantieanalyse (ANOVA) dat vond een belangrijkste effect van voorwaarde F(1,17) = 35.673, p < 0.001 maar geen belangrijkste effect van Trial F(9,153) = 1.173, p > 0,05 (*** = p < 0,001). Representatieve stilstaande frames van de arm en hand op het moment van maximale hoogte op de eerste en laatste experimentele trials in de visie en geen visie voorwaarde (B). Deelnemers bereikt met hun dominante hand. Dit cijfer is gewijzigd van en gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in Karl et al. presenteert 8 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: diafragma. Piek diafragma (gemiddelde ± SE; boven), diafragma bij het eerste contact (gemiddelde ± SE; midden) en diafragma op definitieve greep (gemiddelde ± SE; onderkant) van de deelnemers (n = 12) bereiken in de visie (grijs) en No Zichtomstandigheden (zwart). Deze resultaten werden bevestigd door herhaalde maatregelen ANOVAs dat een belangrijke voorwaarde X Target interactie voor piek diafragma F(2,20) gevonden = 101.088, p < 0.001 en diafragma in eerste instantie contact opnemen met F(2,20) = 114.779, p < 0,001 , maar niet voor diafragma op definitieve greep F(2,20) = 0.457, p > 0,05 (*** = p < 0,001). Let op, de maatregelen van de diafragma wordt weergegeven in de grafieken zijn afgeleid met behulp van zowel een traditionele 3D motion tracking systeem en frame-voor-frame Videoanalyse. Deelnemers bereikt met hun dominante hand. B = bosbes, D = donut bal, O = oranje segment. Dit cijfer is gewijzigd van en gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in Karl et al. presenteert 6 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6: eerste contactpunten en begrijpen contactpunten. Locatie van contactpunten op het moment van het eerste contact met de doelgroep (links) en laatste begrijpen van het doel (rechts). Deelnemers bereikt met hun dominante hand. Dit cijfer is gewijzigd van en gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in Karl et al. presenteert 6 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7: aanpassingen. Aantal aanpassingen (gemiddelde ± SE) tussen eerste contact en definitieve greep voor alle deelnemers (n = 18) in de voorwaarden geen visie en visie. Deze resultaten zijn bevestigd door een herhaalde maatregelen ANOVA dat gaf een significant effect van conditie F(1,17) = 55.987, p < 0,001 (*** = p < 0,001). Deelnemers bereikt met hun dominante hand. Dit cijfer is gewijzigd van en gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in Karl et al. presenteert 10 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8: deel van de hand te maken contact met de doelgroep. Deel van de hand naar eerste contact maken (links) en finale pak contacten (rechts) met het target-object op de eerste vijf en laatste vijf experimentele proeven in de visie (boven) en No Zichtomstandigheden (onder). Deelnemers bereikt met hun dominante hand. Dit cijfer is gewijzigd van en gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in Karl et al. presenteert 8 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 9: Grip type: Aantal proeven (gemiddelde ± SE) waarvoor de deelnemers (n = 12) gebruikt een tang of precisie greep te verwerven van de doelgroep in de visie (A) en geen visie (B) voorwaarden. Deze resultaten zijn bevestigd door een herhaalde maatregelen ANOVA die een significant effect van voorwaarde X Grip F(1,11) gevonden = 32.301, p < 0,001 (*** = p < 0,001). Deelnemers bereikt met hun dominante hand. Dit cijfer is gewijzigd van en gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in Karl et al. presenteert 6 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 10: grijpen strategieën. Representatieve stilstaande frames illustreren de algemene strategie voor touch-dan-greep (A), evenals 3 variaties van het (B-D) door de deelnemers aan de voorwaarde Nee visie. Deelnemers bereikt met hun dominante hand. Dit cijfer is gewijzigd van en gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in Karl et al. presenteert 6 Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Belangrijkste gedrags gebeurtenis | Beschrijving | Record |
| 1. beweging Start | Gedefinieerd als de eerste zichtbare opheffing van de palm van de hand uit de buurt van het dorsum van de bovenbeen | > Framenummer |
| 2. collectie | Gedefinieerd als de vorming van een gesloten hand houding waarin de cijfers maximaal flex en sluiten. Collectie kan heel duidelijk of heel subtiel zijn | > Framenummer > Afstand tussen het centrale topje van de wijsvinger en de centrale topje van de duim |
| 3. maximale hoogte | Gedefinieerd als de maximale hoogte van de meest proximale knokkel van de wijsvinger | > Framenummer > Verticale afstand tussen de bovenkant van het voetstuk en de bovenkant van de knokkel index |
| 4. piek diafragma | Gedefinieerd als de maximale opening van de hand, zoals gemeten tussen de twee cijfers gebruikt voor het beveiligen van de laatste greep van het object, meestal de wijsvinger en duim. In sommige gevallen die de cijfers heropenen zal nadat doel contact en het moet een tweede piek diafragma opnemen nadat doel contact | > Framenummer > Afstand tussen het centrale topje van de wijsvinger en de centrale topje van de duim |
| 5. eerste Contact | Gedefinieerd als het moment van het eerste contact tussen de hand en de doelstelling | > Framenummer > Afstand tussen het centrale topje van de wijsvinger en de centrale topje van de duim > Deel van de hand om eerste contact met de doelgroep (Figuur 8) > Eerste contactpunten (Figuur 6) |
| 6. laatste greep | Gedefinieerd als het moment waarop alle manipulatie van het doel is voltooid en de deelnemer wordt een stevige greep op de doelgroep | > Framenummer > Afstand tussen het centrale topje van de wijsvinger en de centrale topje van de duim > Begrijpen contactpunten (Figuur 6) > Grip type > Deel van de hand te maken contact met de doelgroep op definitieve greep (Figuur 8) |
Tabel 1: beschrijving van belangrijke gedrags gebeurtenissen. Worden de 6 belangrijkste gedrags gebeurtenissen die kunnen worden verkregen met behulp van frame-voor-frame videoanalyse (eerste kolom). Elke gedrags gebeurtenis is vergezeld van een beschrijving (tweede kolom) evenals een lijst van de temporele en kinematische informatie die moet worden opgenomen voor elke (derde kolom).
| Topografische maatregel | Beschrijving | Record |
| Deel van de Hand om eerste Contact | Wordt beschreven welk deel van de hand werd gebruikt voor het maken van eerste contact met de doelgroep (1 = duim, 2 = wijsvinger, 3 = middelste vinger, 4 = ringvinger, 5 = pinky vinger, 6 = palm, 7 = dorsum van de hand) | > Welk deel van de hand werd gebruikt om het eerste contact met de doelgroep |
| Contactpunten | Ziet u waar op de doelgroep eerste contact met de hand zich heeft voorgedaan | > Zie 8.1.2 stap. |
| Greep punten | Waar op de doelstelling de handgemaakte illustreert contact tijdens het maken van definitieve greep van het doel | > Zie stap 8.1.3. |
| Aanpassingen | Een reach-naar-greep beweging wordt beschouwd als een aanpassing bevatten als, tussen eerste contact en definitieve greep, de deelnemer releases en herstelt contact met de doelgroep | > Aantal aanpassingen per proef |
| Grip Type | Beschrijving van de grip-configuratie gebruikt om het doelobject te verwerven | > Zie stap 8.1.5. |
| Begrijpen van de strategie | Verwijst naar het gebruik van verschillende cijfer-tot-streefpad manipulaties na eerste contact ter vergemakkelijking van de succesvolle grijpen van de doelgroep | > Type greep strategie gebruikt (Figuur 10) |
Tabel 2: beschrijving van topografische maatregelen. Lijsten van de topografische maatregelen die kunnen worden verkregen met behulp van frame-voor-frame videoanalyse (eerste kolom). Elke maatregel is vergezeld van een beschrijving (tweede kolom) evenals een lijst van de soorten informatie die moet worden opgenomen voor elke (derde kolom).
Aanvullende tabel 1: Spreadsheet voor gegevensverzameling. Een sjabloon voor het organiseren van de maatregelen van het temporele, kinematische en topografische (niet met inbegrip van contactpunten en greep punten) verzameld van videoanalyse van het frame-voor-frame in een enkel werkblad. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het huidige document wordt beschreven hoe u video frame-voor-frame-analyse te kwantificeren van de temporele organisatie, kinematische structuur en een subset van topografische kenmerken van menselijke bewegingen van de reach-te-begrijpen. De techniek kan worden gebruikt om te studeren van typische visueel geleide bewegingen van de reach-te-begrijpen, maar ook idiosyncratische reach-naar-greep bewegingen. Dergelijke bewegingen zijn moeilijk te bestuderen met behulp van traditionele 3D motie volgsystemen, maar komen vaak voor bij zuigelingen ontwikkelen, deelnemers met gewijzigde zintuiglijke verwerking, en patiënten met sensomotorische aandoeningen zoals blindheid, de ziekte van Parkinson, beroerte, of Cerebrale parese. Dus, kan het gebruik van frame-voor-frame videoanalyse onderzoekers hun gebied van onderzoek te nemen een groter scala van grijpen gedrag, geleid door een grotere verscheidenheid van sensorische modaliteiten, door zowel de klinische als de gezonde bevolking uit te breiden. Specifieke voordelen worden ingesteld van frame-voor-frame videoanalyse omvatten haar relatieve betaalbaarheid, gemakkelijk te implementeren, gebrek aan sensoren of markeringen die een belemmering vormen voor sensorische en motorische vaardigheden van de handen, de compatibiliteit met andere motion tracking-systemen, en de mogelijkheid om beschrijven van subtiele veranderingen in de reach-naar-greep beweging die vaak moeilijk te interpreteren uit de kinematische uitvoer geboden door meest traditionele 3D motie volgsystemen. Samen, hebben deze functies van frame-voor-frame videoanalyse het mogelijk gemaakt om onze theoretische kennis van de neuro-controle van prehension.
Hoewel er veel gevallen waarin video frame-voor-frame-analyse kan de enige betrouwbare optie voor het analyseren van de idiosyncratische reach-naar-greep bewegingen, is het belangrijk op te merken dat de techniek geconfronteerd met enkele beperkingen. Eerst de afstand maatregelen (bijv., piek diafragma) verkregen met behulp van frame-voor-frame video-analyse zijn 2D en minder nauwkeurig ten opzichte van traditionele 3D motie volgsystemen. Niettemin, indien nodig, extra camera's kunnen gericht zijn op de regio van belang. Dat zou mogelijk de experimentator te selecteren van de cameraweergave waarmee de duidelijkste fronto-parallel weergave van het gedrags evenement van belang, en dus het verhogen van de precisie van de afstand maatregel voor die bepaalde gebeurtenis. Bovendien, als zeer hoge precisie is vereist voor de afstand maatregelen dan frame-voor-frame videoanalyse kan gemakkelijk gecombineerd worden met traditionele 3D motion tracking technieken (Zie Figuur 4, 5en 10) als het geen belemmering vormt voor gegevens collectie van het traditionele systeem. Ten tweede, het uiteindelijke succes van de techniek is kritisch afhankelijk van de integriteit van het videoverslag. Kiezen van filmen weergaven die het gedrag adequaat te vangen, met behulp van een sluitertijd van 1/1000th van een seconde met een sterke lichtbron en ervoor te zorgen dat de focus van de camera gestabiliseerd op de actie van belang blijft zal alle helpen ervoor te zorgen dat individuele frames in de video record zijn scherpe, motion artefacten gratis en eenvoudig te analyseren. Tot slot, wanneer het eerst leren om de techniek, onderzoekers kunnen wil gebruik maken van meerdere blind beoordelaars zodat hoge Inter rater betrouwbaarheid voor de scoring van de verschillende gedrags gebeurtenissen. Eenmaal getraind, scoren is echter zeer betrouwbaar en interrater betrouwbaarheid kan gemakkelijk worden vastgesteld met behulp van slechts een kleine ondergroep van voorbeeldgegevens.
Frame-voor-frame videoanalyse, in tegenstelling tot traditionele 3D motion tracking systemen, kan bieden een meer ethologically geldige beschrijving op van de natuurlijke bereiken en grijpen gedrag zoals het niet nodig de plaatsing van markeringen of sensoren op de deelnemer armen of handen. Daarnaast vereisen veel 3D motie opspoor systemen een constante en directe lijn van gezicht tussen de camera en de sensoren/markeringen geplaatst op de handen. Om hiervoor te zorgen, vragen de meeste gebruikers van deze technologie deelnemers om te beginnen met de beweging van de reach-naar-greep met de hand gevormd in een onnatuurlijke configuratie met de wijsvinger en de duim samen geknepen. Zij dragen ook de deelnemer te begrijpen van het doelobject in een vooraf gedefinieerde manier (meestal een grip tang) met een vooraf gedefinieerde oriëntatie. Deze richtlijnen zijn vereist om ervoor te zorgen dat het verkeer van de reach-naar-greep ontvouwt zich in een voorspelbare en stereotype manier zoals traditionele opnamesystemen significante gegevensverlies lijden kunnen wanneer het traject van de arm en de configuratie van de hand doen niet volgen een voorspelbare cursus die de zichtlijn tussen de camera en de sensoren/markeringen onderhoudt. Niettemin, leggen deze beperkingen ernstig beperkt de ethologische geldigheid van de taak en kan zelfs het veranderen van de organisatie van het verkeer; het is bijvoorbeeld niet mogelijk om te kijken wat de belangrijkste gedrags gebeurtenis van 'verzameling' als de configuratie van de eerste hand die van een snuifje tussen duim en wijsvinger13,14 is. Deze beperkingen zijn grotendeels opgelost bij het gebruik van frame-voor-frame video-analyse als variaties in traject bereiken en hand configuratie zijn veel minder waarschijnlijk resulteren in een volledig verlies van gegevens in de record video, dus er geen noodzaak is te leggen deze onnatuurlijke beperkingen op het verkeer van de reach-te-begrijpen.
Frame-voor-frame video-analyse maakt het ook mogelijk om te observeren subtiele wijzigingen van de beweging van de reach-te-begrijpen dan wat in het algemeen mogelijk met traditionele 3D motie volgsystemen is, vooral wanneer de wijziging niet een specifieke voorspelling van is de studie. Een voorbeeld zal illustreren: Figuur 5 (boven) toont maatregelen van piek diafragma verworven van deelnemers bereiken-te-greep drie verschillende grootte objecten met visie of zonder visie. De resultaten suggereren dat deelnemers schaal preventief piek diafragma zodat deze overeenkomen met de grootte van de doelgroep in de visie staat, maar niet in de visie van de No-voorwaarde. In de visie van de No-voorwaarde gebruiken deelnemers een consistente piek diafragma ondanks het bereiken van de doelstellingen van verschillende grootte. Als men dat alleen het type gegevens beschikbaar vanaf een traditionele 3D motion trackingsysteem, vergelijkbaar met dat weergegeven in Figuur 5 (linksboven), zijn er twee mogelijke verklaringen voor dit verschil. Ten eerste, zou het kunnen dat in de visie van de No-voorwaarde deelnemers vorm de hand in een grijpen houding die overeenkomt met de grootte van het "gemiddelde" of "middle" van de drie mogelijke doelwitten. Als alternatief, ze kunnen niet vormen een grijpen houding helemaal, maar veeleer vormen ze kunnen een beetje meer open hand tijdens het vervoer naar het doel, te verhogen van de kansen op het maken van tactiele contact met de doelgroep, die toevallig overeenkomt met de grootte van het "Midden" doelstelling. Om onderscheid te maken tussen deze twee mogelijkheden, het is noodzakelijk om te herzien van de gegevens van de frame-voor-frame videoanalyse, een steekproef die wordt gegeven in Figuur 5 (rechtsboven), waarin duidelijk wordt aangegeven dat de deelnemers zijn niet de vormgeving van hun hand in een grijpen houding die overeenkomt met het "Midden" formaat object in de voorwaarde Nee visie; eerder, vormen ze een open maar neutrale hand vorm die ofwel de om doel te vinden door middel van tactiele feedback en/of te begrijpen het doel kan dienen. Frame-voor-frame videoanalyse bieden dus verduidelijking wanneer systemen voor het vastleggen van gegevens van traditionele 3D-beweging is dubbelzinnig en een meer echte interpretatie van de resultaten kunt inschakelen.
Het gebruik van videoanalyse van het frame-voor-frame te bestuderen van de bewegingen van de reach-naar-greep van unsighted volwassenen6,,8,,9,10, menselijke baby's11, niet-menselijke primaten12en knaagdieren 15 heeft al enorm versterkt ons inzicht in de neuro-controle van prehension. In het bijzonder hebben de resultaten van deze studies consequent aangetoond dat in de vroege stadia van grijpen ontwikkeling en evolutie de touch-dan-greep strategie, waarin het bereik en greep zijn stoffelijk losgekoppeld om te kapitaliseren op tastbare signalen, verdient de voorkeur boven de preshaping strategie waarin de twee bewegingen zijn geïntegreerd in een naadloze Akte onder visuele begeleiding. Deze resultaten bieden aanzienlijke gedrags ondersteuning voor de Dual Visuomotor Channel-theorie en verder suggereren dat de theorie moet worden herzien op account voor het feit dat scheiden van reach en greep bewegingen waarschijnlijk lang voordat onder tactiele controle zijn afkomstig ze zijn samen geïntegreerd onder visuele begeleiding1,2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben geen concurrerende financiële belangen openbaar te maken.
Acknowledgments
De auteurs wil Alexis M. Wilson en Marisa E. Bertoli bedanken voor hun hulp bij het filmen en voorbereiding van de video van dit manuscript. Dit onderzoek werd gesteund door de natuurwetenschappen en Engineering Research Council of Canada (JMK, JRK, IQW), Alberta Innovates-Health oplossingen (JMK) en de Canadese instituten van gezondheid onderzoek (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).
