Summary
אנו מציגים פרוטוקול להחלת גירויים חזותיים קלקל במהלך משימת העברת אובייקט. באופן ספציפי, במהלך העברות בלוקים, ביצוע כאשר היד מוסתרת, מצגת וירטואלית של הבלוק מראה מופעים אקראיים של טיפות בלוק שווא. הפרוטוקול גם מתאר הוספת משוב vibrotactile ישוש בעת ביצוע משימה מוטורית.
Abstract
היישום של אותות חישה קלקל המערבת משוב מישוש מקבל לעתים רחוקות לחקור, במיוחד עם נוכחות של משוב vibrotactile (VTF). פרוטוקול זה נועד לבחון את ההשפעה של VTF על התגובה לגירויים חזותיים קלקל. המשוב מישוש נרכש על ידי האוחז בלוק והזזתו על פני מחיצה. המשוב החזותי הוא מצגת וירטואלית בזמן אמת של הבלוק נע, הנרכש באמצעות מערכת לכידת תנועה. המשוב התואם הוא התצוגה המהימנה של תנועת הבלוק, כך שהנושא מרגיש שהבלוק נתפס ורואה אותו זז יחד עם הדרך של היד. המשוב הקלקל מופיע כאשר התנועה של הבלוק מבליטה את נתיב התנועה בפועל, כך שנראה לרדת מן היד כאשר הוא עדיין מוחזק על ידי הנושא, ובכך סותר את המשוב מישוש. עשרים נושאים (גיל 30.2 ± 16.3) חוזרים על 16 בלוק העברות, בעוד היד שלהם היה מוסתר. אלה חזרו עם VTF ומבלי VTF (סך של 32 בלוק העברות). גירויים קלקל הוצגו באקראי פעמיים בתוך 16 חזרות בכל תנאי (עם ובלי VTF). כל נושא התבקש לדרג את רמת הקושי של ביצוע המשימה עם ובלי VTF. לא היו הבדלים משמעותיים מבחינה סטטיסטית באורך נתיבי היד ומשכים בין העברות שנרשמו עם אותות חזותיים וקלקל מישוש ויזואלי – עם ובלי VTF. רמת הקושי נתפסת של ביצוע המשימה עם VTF בקורלציה משמעותית עם אורך הנתיב מנורמל של הבלוק עם VTF (r = 0.675, p = 0.002). הגדרה זו משמשת לכמת את ערך התוסף או הקשר של VTF במהלך התפקוד המוטורי הכרוך קלקל גירויים חזותיים מישוש. יישומים אפשריים הם עיצוב תותבת, ספורט ללבישה חכמים, או כל בגדים אחרים המשלבים VTF.
Introduction
האשליות מגבמות את מגבלות החושים שלנו, כפי שאנו תופסים בטעות מידע שחורג מהמציאות האובייקטיבית. היסק התפיסתי שלנו מבוסס על הניסיון שלנו בפענוח נתוני חישה ובחישוב המוח של האומדן האמין ביותר של המציאות בנוכחות קלט חושי מעורפל1.
תת-קטגוריה בחקר האשליות היא אחת המשלבת אותות חישה קלקל. האשליה שנובעת מאותות קלקל חושים מקורו באינטגרציה רבת החושים המתמדת שבוצעה על-ידי המוח שלנו. אמנם יש מחקרים רבים בנוגע incongruence אותות חזותיים-שמיעתי, incongruence בזוגות חושים אחרים הוא פחות דיווח. הבדל זה במספר הדוחות עשוי להיות מיוחס לפשטות גבוהה יותר בעיצוב התקנה המשלבת incongruence ויזואלית שמיעתי. עם זאת, מחקרים המדווחים על תוצאות הנוגעות לזוגות סנסוריים אחרים, מעניינים. לדוגמה, ההשפעה של אותות חזותיים מקלקל על רגישות חזותית2 נחקרה באמצעות מערכת שבה הגירויים החזותיים והאפוטיים התאימו בתדר המרחבי; עם זאת, האוריינטציה האפוטית והחזותית הייתה זהה (מדומה) או אורתוגונלי (קלקל). במחקר אחר, ההשפעה של גירוי תנועה חזותית קלקל על הכיוון החזותי הנתפס של התנועה נחקר באמצעות מקשה שילוב חזותי-מודאלי ויזואלי עם פאנל מואר המציג גירויים חזותיים ומישוש מגירוי המציג גירויים בתנועה מישוש עם כיוון תנועה שרירותי, מהירות, ועומק כניסות בעור3. הוצע כי אנו מייצגים באופן פנימי הן את התפלגות סטטיסטית של המשימה ואת חוסר הוודאות החושי שלנו, שילוב אותם בצורה עקבית עם ביצועים-אופטימיזציה תהליך בייסיאנית4.
המציאות הווירטואלית הפכה את היכולת להטעות את המשוב החזותי לנושא משימה קלה. מספר מחקרים השתמשו במציאות וירטואלית מרובת חושים כדי ליישר מידע חזותי והמגע המיחושי. לדוגמה, מציאות וירטואלית השתמשה לאחרונה כדי לגרום להתגלמות בגוף של ילד, עם או בלי הפעלה של עיוות קול בצורה של ילד5. בדוגמה אחרת, המצגת החזותית של מרחק ההליכה במהלך התנועה העצמית הורחבה ולכן קלקל עם מרחק הנסיעה הרגיש על ידי הסימנים המבוססים על הגוף6. מלכודת דומה של מציאות וירטואלית תוכננה עבור פעילות רכיבה על אופניים7. עם זאת, כל הספרות הנ ל לא משלבות הפרעה לאחד החושים, בנוסף לאות הקלקל. בחרנו בחוש המישוש. לקבל הפרעה כזו
מערכת חושי המישוש שלנו מספקת ראיות ישירות לשאלה אם האובייקט נתפס. לפיכך, אנו מצפים כי כאשר משוב חזותי ישיר הוא מעוות או לא זמין, התפקיד של מערכת חושית מישוש במשימות מניפולציה האובייקט יהיה בולט. עם זאת, מה יקרה אם ערוץ החישה מישוש היה גם מופרע? זוהי תוצאה אפשרית של שימוש במשוב vibrotactile (VTF) עבור הגדלת חושים, כפי שהוא לוכדת את תשומת הלב של הפרט8. כיום, משוב מוגבר של שיטות שונות משמש ככלי חיצוני, שנועד לשפר את המשוב החושי הפנימי שלנו ולשפר את הביצועים במהלך למידה מוטורית, בספורט ובהגדרות שיקום9.
המחקר של גירויים חזותיים קלקל המישוש עשוי לשפר את ההבנה שלנו לגבי תפיסת הקלט החושי. במיוחד, כימות של ערך התוסף או התהליך של VTF במהלך פונקציה מוטורית המערבת גירויים חזותיים קלקל, יכול לסייע בעיצוב תותבות בעתיד, ספורט הלבוש החכם, או כל בגדים אחרים המשלבים VTF. מאז נכים מונעים גירויים מישוש בהיבט המרוחק של שלהם, השימוש היומיומי שלהם של VTF, מוטבע התותבת להעביר ידע של אוחז, למשל, יכול להשפיע על איך הם תופסים משוב חזותי. הבנה של מנגנון התפיסה תחת תנאים אלה, יאפשר למהנדסים המושלמת שיטות VTF להפחית את ההשפעה השלילית על משתמשי VTF.
כיוונו לבדוק את ההשפעה של VTF על התגובה לגירויים חזותיים קלקל. בכיוונון המוצג, המשוב מישוש נרכש על ידי האוחז בבלוק והזזתו לאורך מחיצה; המשוב החזותי הוא מצגת וירטואלית בזמן אמת של הבלוק הנע והמחיצה (הנרכשת באמצעות מערכת לכידת תנועה). מכיוון שהנושא נמנע מלראות את תנועת היד הממשית, המשוב החזותי היחיד הוא הווירטואלי. המשוב התואם הוא התצוגה המהימנה של תנועת הבלוק, כך שהנושא מרגיש שהבלוק נתפס ורואה אותו זז יחד עם דרך היד. המשוב הקלקל מופיע כאשר התנועה של הבלוק מבליטה את נתיב התנועה בפועל, כך שנראה לרדת מן היד כאשר הוא עדיין מוחזק על ידי הנושא, ובכך סותר את המשוב מישוש. שלושה השערות נבדקו: בעת הזזת אובייקט ממקום אחד למשנהו באמצעות משוב חזותי וירטואלי, (i) את הנתיב והמשך של תנועת ההעברה של האובייקט יגדל כאשר הקלקל גירויים חזותיים מישוש מוצג, (ii) שינוי זה יהיה להגדיל כאשר גירויים חזותיים קלקל מוצג ו vtf מופעל על הזרוע הנעה, ו (iii) מתאם חיובי יימצא בין רמת הקושי נתפסת של ביצוע המשימה עם vtf מופעל הנתיב והמשך של ה תנועה העברה של האובייקט. ההשערה הראשונה נובעת מהספרות המוזכרת לעיל, אשר מדווחת כי שיטות שונות של משוב קלקל משפיעות על תגובותינו. ההשערה השנייה מתייחסת לממצאים הקודמים כי VTF לוכדת את תשומת הלב של הפרט. עבור ההשערה השלישית, הנחנו שנושאים שהיו מופרעים יותר על-ידי VTF, יוכלו לבטוח במשוב החזותי הווירטואלי יותר מאשר חוש המישוש שלהם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הפרוטוקול הבא עוקב אחר ההנחיות של ועדת האתיקה של המחקר האנושי של האוניברסיטה. ראה טבלת חומרים להתייחסות למוצרים המסחריים.
הערה: לאחר קבלת אישור ועדת האתיקה של האוניברסיטה, 20 אנשים בריאים (7 זכרים ו -13 נקבות, ממוצע וסטיית תקן [SD] של גיל 30.2 ± 16.3 שנים) גויסו. כל נושא לקרוא וחתם על טופס הסכמה מושכלת מראש המשפט. קריטריוני הכללה היו אנשים ימניים בגילאי 18 ומעלה. קריטריוני אי-הכללה היו ליקוי נוירולוגי או אורתופדיות המשפיעות על הגפיים העליונות או על ליקוי ראייה שלא תוקן. הנושאים היו נאיביים למופעים של משוב קלקל מישוש חזותי.
1. הכנה לפני משפט
- השתמש תיבת עץ מהתיבה וחוסם לבדוק10. הממדים של התיבה הם 53.7 ס"מ x 26.9 ס"מ x 8.5 ס"מ באמצע זה, הוא מחיצה בגובה של 15.2 ס מ. מניחים שכבת ספוג רכה משני צדי המחיצה. מניחים שישה סמנים פסיבי רפלקטיבי על ההיבט מול המסך, בארבע הפינות ובשני קצותיו של המחיצה (איור 1a).
- השתמש 3D-מדפסת כדי לייצר קוביה עם מידות של 2.5 ס"מ x 2.5 ס"מ x 2.5 ס"מ, מצורף בסיס עם מידות של 4.5 ס"מ x 4.5 ס"מ x 1 ס מ. לפני ההדפסה, חותכים כל פינה של הבסיס כדי ליצור ריבוע של גודל 1 ס"מ x 1 ס"מ בכל פינה (איור 1a). הצמד סמני רפלקטיבי פאסיביים בארבע פינות הבסיס.
- מניחים מסך גדול כ 1.5 מ' מול שולחן, כך שנושא, עומד מאחורי השולחן, הוא כ 2 מטר מהמסך. הנח את התיבה על השולחן, 10 ס מ מהקצה המנוגד למסך.
- השתמש במערכת לכידת תנועה של 6 מצלמות, המופעלת ב-100 Hz, עם תוסף להמחיש את המחיצה ואת התנועה של הבלוק בזמן אמת (איור 1). כיול את מערכת לכידת התנועה, בהתאם להנחיות של היצרן, כך הבלוק והמחיצה של התיבה מזוהים כגופים קשיחים.
הערה: כיול נאות של מערכת לכידת התנועה ושימוש בסמנים קטנים המחוברים היטב לבלוק ולמחיצה נדרשים כדי לשמור על האשליה.
2. הצבת מערכת המשוב הויברושי בנושא
הערה: מערכת ה-vtf המתוארת במסמך זה פורסמה בעבר11,12,13,14.
- הנחה את הנושא להסרת שעון יד, צמידים וטבעות. חבר את בקר המערכת VTF לאמה של הנושא (איור 2, התמונה השמאלית).
- חברו שני חיישני כוח דקים וגמישים להיבט הימני של האגודל והאצבעות על שכבת ספוגית דקה (איור 2, תמונה נכונה).
- מניחים את השרוול על העור של הזרוע העליונה של הנושא (איור 2, שמאל התמונה) ולהשתמש תופסן כדי לסגור את השרוול בנוחות. השרוול יכיל שלושה מפעילים מישוש המופעל באמצעות פלטפורמת אבי-טיפוס אלקטרוניים בקוד פתוח בתדר של 233 הרץ ביחס ליניארי לכוח הנתפס על ידי חיישני הכוח. חיישני הכוח ומפעילים מישוש מחוברים לפלטפורמת אבי-הטיפוס אלקטרוניים בקוד פתוח דרך חוטי חשמל מוגנים.
3. VTF ההפעלה
- לחץ על הלחצן כדי להפעיל את הסוללה המצורפת לבקר (איור 2, תמונה שמאלית).
- בקשו מהנושא ללחוץ על האצבעות האינסטרומנטציה של חיישן הכוח (כלומר, האגודל ואצבעות המפתח) בקלילות. שימו לב שהנושא ידווח על תחושת רטט באזור שמתחת לשרוול.
- הורה לנושא להתאמן במשך 10 דקות באחיזה בקלות ככל האפשר, תוך שימוש בשתי האצבעות האינסטרומנטציה בלבד. בקש מהנושא להרים את הבלוק, להזיז אותו ולמקם אותו בחזרה על השולחן מספר פעמים, תוך ניסיון להחיל כמות מינימלית של כוח בבלוק. עודד את הנושא לנסות להפחית את הכוח המוחל, גם אם החסימה מושמעת במהלך האחיזה.
4. מיצוב והכנת הנושא
- הנחה את הנושא לעמוד קרוב לטבלה (עד 10 ס מ ממנה), שם ממוקמות התיבה והמחיצה.
- הצב מפריד בקצה הטבלה ליד הנושא ומעל התיבה, כך שהנושא אינו מסוגל לראות את התיבה, אך יכול בקלות לראות את המסך לפניו או אותה (איור 1a). עבור המחיצה, להשתמש בחומר לא רפלקטיבי קשה, רצוי עץ, קבוע על ארבע רגליים, אשר לאפשר את ההתאמה של גובה שלהם, כדי להתאים נושאים של גבהים שונים.
- הנחה את הנושא להניח את האוזניות על ראשו.
- הצב את הבלוק באמצע התא הימני של התיבה והנחה את ידו של הנושא.
5. התחלת המשפט
הערה: המשפט המתואר חוזר על עצמו פעמיים, עם וללא ה-VTF (עיצוב חוצה-מעל מומלץ לאמת ללא השפעה למידה). כדי לבצע את המשפט ללא VTF, כבה את הסוללה המצורפת לבקר (איור 2).
- הפעל את התוכנה השליטה על המצלמות של מערכת לכידת תנועה.
- בלוח הבקרה של תוכנת המשוב החזותי (איור 1b), בחר עם/ללא vtf, הקלד את הקוד של הנושא, לחץ על הפעלה, התחברות, פתיחה והתחלה.
- הנחה את הנושא לביצוע 16 חזרות של העברת הבלוק עם היד האינסטרומנטציה של חיישן הכוח בעת הצגת התנועה של הבלוק הווירטואלי על המסך (איור 1b). לאחר כל העברה, הזז את הבלוק חזרה לרוחב המחיצה אל מיקומו ההתחלתי.
- לאחר השלמת הנושא 16 חזרות, לחץ על עצור.
- בקש מהנושא לדרג את רמת הקושי של ביצוע המשימה של העברת הבלוק 16 פעמים פעמיים, עם ובלי VTF, בהתאם לקנה המידה הבא: ' 0 ' (לא קשה בכלל), ' 1 ' (קצת קשה), ' 2 ' (קשה במיוחד), ' 3 ' (מאוד קשה) ו-' 4 ' (קשה מאוד).
6. ניתוח פוסט
- השתמש בנתוני הקואורדינטות התלת-ממדיים של הבלוק לחישוב הנתיב של הבלוק וזמן ההעברה שלו. סמן את זמן התחלתה וההיסט של כל העברה באופן ידני כאשר הבלוק הוא בגובה של החישוקים של הימין (התחלה) ולאחר מכן שמאלה (היסט) הצדדים של התיבה. חישוב אורך הנתיב של כל העברה בהתאם למשוואה הבאה:
1
היכן 
הם קואורדינטת תלת-ממד של הבלוק בשתי נקודות זמן עוקבות. - עבור שני התנאים, עם ובלי VTF, ממוצע אורך הנתיב וזמן ההעברה פעם אחת עבור שני העברות עם אותות חזותיים קלקל מישוש ופעם עבור 14 העברות עם אותות חזותיים מישוש ויזואלי.
- מנורמל את הנתיב ואת הזמן במהלך העברת בלוקים בנוכחות של אותות חזותיים קלקל-מישוש על ידי הנתיב והזמן במהלך העברת בלוקים עם נוכחות של אותות חזותיים מישוש. בצע את הנורמליזציה בנפרד עבור שני התנאים (עם ובלי VTF).
- בצע את הפעולות החוזרות ונשנות של ANOVA עם שני גורמים: VTF (עם ובלי) וקלקל משוב חזותיים (עם ובלי).
- אם אין הבדלים סטטיסטיים כאשר מנתחים את התוצאות בעקבות ההוראות בסעיף קטן 6.4, יש להשתמש באמצעי החזרה של בייסיאני עם שני גורמים15.
- השתמש במבחן המתאם של ספיטמן עם רמת הקושי הנתפסת של ביצוע המשימה עם ה-VTF מופעל ועם הנתיב המנורמל ומשך התנועה
- הגדר את המשמעות הסטטיסטית ל-p <. 05.
היכן 
הם קואורדינטת תלת-ממד של הבלוק בשתי נקודות זמן עוקבות.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
השתמשנו בטכניקה המתוארת כדי לבחון את שלושת ההשערות שכאשר מעבירים אובייקט ממקום אחד למשנהו באמצעות משוב חזותי וירטואלי: (i) הנתיב והמשך של תנועת ההעברה של האובייקט יגדל כאשר גירויים חזותיים קלקל מישוש וצגים (ii) שינוי זה יגדל כאשר גירויים חזותיים קלקל ויזואלית מוצג VTF מופעל על הזרוע הנעה; ו-(iii) מתאם חיובי יימצא בין רמת הקושי הנתפסת של ביצוע המשימה עם ה-VTF המופעל והנתיב והמשך של תנועת ההעברה של האובייקט.
התוצאות תומכות בהשערה השלישית. רמות הקושי שדווחו של ביצוע המשימה עם ובלי VTF מוצגים באיור 3. לפי מבחן המתאם של ספיטמן, רמת הקושי הנתפסת (מ -0 ' = לא קשה כלל, ל-' 4 ' = קשה מאוד) לבצע את המשימה עם VTF בקורלציה משמעותית עם אורך הנתיב המנורמל של הבלוק עם VTF (r = 0.675, p = 0.002; איור 4). במילים אחרות, אורך הנתיב המנורמל בנוכחות של אותות חזותיים קלקל מישוש היה ארוך יותר עבור נושאים שנתפסו המשימה קשה יותר בעת שימוש VTF. לא היה מתאם משמעותי בין רמת הקושי נתפס לבצע את המשימה עם VTF ואת אורך הנתיב מנורמל של הבלוק ללא VTF (r = 0.132, p = 0.589). גם, לא היו יחסים משמעותיים בין רמת הקושי נתפס של ביצוע המשימה עם VTF ואת זמן העברת הבלוק מנורמל, עם ובלי VTF (r =-0.056, p = 0.825 ו-r =-0.066, p = 0.788, בהתאמה).
אנו מציעים לנרמל את אורך הנתיב והזמן, שכן הזמן המוחלט והנתיב של כל נושא תלויים במהירות התנועה ובאסטרטגיה של כל נושא, כך שערך לא מנורמל לא היה משתקף את השינוי של האדם בתבנית התנועה בשל ה מראה של האותות החזותיים הקלקל. מאז, לאחר כל העברה, אנו ממקמים את הבלוק חזרה למצב ההתחלה המדויק, אורך הנתיב של הבלוק לא הושפע מהמיקום ההתחלתי. לגבי הנושא חוזר ונשנה-מדדים ANOVA עם שני גורמים, VTF (עם ובלי) וקלקל משוב חזותי מישוש (עם ובלי), לא נמצאו השפעות עיקריות משמעותיות מבחינה סטטיסטית באורך נתיבי היד במהלך העברת בלוק עבור ניסויים עם VTF לעומת ניסויים ללא VTF (F (1, 15) = 0.029, p = 0.866) ועבור ניסויים עם משוב חזותי מישוש ויזואלי לעומת מבחנים עם משוב חזותי קלקל מישוש (F (1, 15) = 0.031, p = 0.863). גם, לא מבחינה סטטיסטית השפעות עיקריות נמצאו בזמנים כדי להעביר בלוק עבור ניסויים עם VTF לעומת ניסויים ללא VTF (F (1, 15) = 0.354, p = 0.561) ו עבור ניסויים עם משוב ויזואלי מישוש ויזואלית לעומת מבחנים עם קלקל משוב חזותי מישוש (F (1, 15) = 1.169, p = 0.297).
במהלך הניסויים ללא VTF, לא היו הבדלים משמעותיים מבחינה סטטיסטית באורך של נתיבי היד במהלך העברת בלוק בין העברות שנרשמו עם קלקל ומישוש אותות חזותיים (27.3 ± 13.1 ס"מ ו 25.9 ± 12.2 ס"מ, בהתאמה) ובין הפעמים כדי להעביר בלוק שהוקלט עם אותות חזותיים קלקל ומישוש ויזואלי (1.18 ± 0.56 s ו 1.20 ± 0.57 s, בהתאמה). באופן דומה, בעת הוספת vtf, לא היו הבדלים משמעותיים מבחינה סטטיסטית באורכים של נתיבי היד במהלך העברת בלוק, הוקלט עם אותות חזותיים קלקל ומישוש ויזואלי (24.7 ± 7.4 ס"מ ו 26.1 ± 11.1 ס מ, בהתאמה) ובין ה זמן כדי להעביר בלוק שהוקלט עם קלקל ומישוש ויזואלי אותות חזותיים (1.21 ± 0.38 s ו 1.06 ± 0.41 s, בהתאמה). על פי סטטיסטיקות בייסיאניות, העדר הבדלים הכרוכים בגורמי הקבוצה יכולים להילקח רק כראיות אנקדוטיות בהתחשב בכך שאף אחד הדגמים המצוידים הם משמעותית טוב יותר מאשר מודל null (2.769 < כל BF01 < 33.573) עם השגיאה המקסימלית של 2.72%.
איור 1: מלכודת הניסיון. (א) סמנים שהונחו על התיבה (6 סמנים באדום, שניים מהם הונחו על המחיצה) ואת הבלוק (4 סמנים בכחול), מוסתר מעיני הנבדק. הסמנים אותרו בזמן אמת על ידי מערכת לכידת תנועה והקואורדינטות 3D של כל הסמנים נרשמו בזמן אמת. (ב) המחיצה והתנועה של הבלוק הוצגו על המסך, הממוקם מול הנושא. שלבי ההפעלה של התוכנה מתוארים בפרוטוקול המחקר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: מערכת המשוב הויברושי. בקר המערכת מוצמד לאמה של הנושא והשרוול עטוף סביב הזרוע העליונה (התמונה השמאלית). חיישני הכוח מונחים על הפן הימני של האגודל והאצבע המורה (התמונה הימנית). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: רמות הקושי שדווחו (0 = לא קשה כלל, 1 = קשה מעט, 2 = קשה למדי, 4 = קשה מאוד) של ביצוע המשימה עם ובלי משוב vibrotactile ישוש (VTF). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: מגרש פיזור של רמת הקושי נתפס (0 = לא קשה כלל, 1 = קשה מעט, 2 = קשה למדי, 4 = קשה מאוד) לבצע את המשימה עם VTF ביחס לאורך הנתיב המנורמל של הבלוק בעת העברה עם VTF. אורך הנתיב המנורמל (אורך הנתיב בנוכחות אותות חזותיים מקלקל-שחלקם מחולקים על ידי אורך הנתיב בנוכחות אותות חזותיים מישוש) היה ארוך יותר באופן משמעותי עבור נושאים שתפסו את המשימה קשה יותר כאשר באמצעות ה-VTF. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
במחקר זה, פרוטוקול המכמת את ההשפעה של הוספת VTF על העברת האובייקט kinאמאם בנוכחות של גירויים חזותיים קלקל מישוש הוצג. למיטב ידיעתנו, זהו הפרוטוקול היחיד הזמין כדי לבדוק את ההשפעה של VTF על התגובה לגירויים חזותיים קלקל-מישוש. השלבים הקריטיים מספר מעורב ביישום של גירויים חזותיים קלקל במהלך העברת האובייקט עם VTF כוללים את הפעולות הבאות: חיבור מערכת VTF לנושא, הפעלת VTF, הכנת המערכת לכידת תנועה ומשימת תנועה והפעלת המשוב החזותי. חשוב לדעת שהנושא אינו מודע לאפשרות של משוב מטעה במהלך המשפט. כדי להבטיח זאת, החלק התחתון של התיבה היא מרופדת עם שכבת ספוג רך הנושאים לבשו אוזניות כדי למנוע משוב שמיעתי של הבלוק נופל ולהכות את תיבת העץ. כמו כן, שני ההעברות של משוב קלקל נבחרים באופן אקראי מתוך 16 העברות, והם מתוכנתים לדמות נפילה תא ההתחלה של התיבה לאחר הגעה 2 ס מ מתחת לגובה של המחיצה, כך היד היא באוויר. שני אותות חזותיים מטעה אקראי היו מתכנתים כך שהם לא היו מתרחשים בשני העברות בלוק הראשון או האחרון עם לפחות אחד ללא מטעה העברה ביניהם.
אחד היתרונות של פרוטוקול זה הוא שמשוב חזותי מטעה מופיע באופן אקראי ורק לכמה פעמים במהלך המשפט 16-העברה. הדבר מונע מהנושא מלעקוץ את המצגת הווירטואלית. מאז העימות בין שני האותות, שסופקו לנושא במשפט זה, הוא גבוה מאוד, הפרוטוקול הנתון מטרתו להגביר את האמינות של המשוב החזותי המטעה, על ידי הצגת מספר סביר של טיפות בלוקים. זה נדון על ידי שמס16 כי האינטראקציה בין אותות שמיעתי וחזותיים מושפע מדרגת הסכסוך בין השני והידע הקודם בנוגע לכיוונון הניסוי. זה יכול להיות גם המקרה באינטראקציה בין אותות מישוש וחזותיים, תוכנן להלן. יתרון נוסף של המערכת הוא כי כדי להציג את המיקום של הבלוק בזמן אמת, מערכת לכידת תנועה מחשבת את הקואורדינטות 3D של הבלוק, כך את הניתוח של זמן התנועה ואת הנתיב של הבלוק בכל חזרה ניתן לבצע ביעילות ובדיוק בסוף המשפט.
באמצעות פרוטוקול זה, התוצאות הראשוניות שלנו מצביעים על כך שכאשר תנתח אותות קלקל מישוש חזותיים, אחד נרכש ישירות על ידי מגע האור והשני נרכש בעקיפין על ידי חזון (ייצוג וירטואלי), הנושא יכול להתעלם ממצב עקיף משוב חזותי, והגיבו לאות המישוש הישיר. זה אושר גם בנוכחות VTF, ובכך דחה את ההשערה השנייה. ציפינו כי VTF היה להסיח את תשומת הלב של הנושא מן האור משוב ישירה מישוש, ובכך משכנעת את הנושא להגיב עם היסוס לגירויים קלקל. ההיסוס צפוי להתבטא בדרך ארוכה יותר ובמשך העברת הבלוק. ההנחה היתה מבוססת על תוצאות של מחקר קודם שהראה כי גירויים רומן מישוש ללכוד את תשומת הלב ממשימה חזותית שוטפת8. אורך הנתיב והמשך נבחרו כאינדיקטורים של היסוס, הבחנה בין שני תנאים: כאשר מופיע משוב חזותי מטעה, הנושא יכול לסמוך על משוב מישוש או משוב חזותי. אם הנושא נותן אמון במשוב מישוש, אנו מצפים שהוא או היא ימשיכו את דרך התנועה החלקה. לעומת זאת, אם הנושא סומך על משוב חזותי שווא, אנו מצפים שהוא או היא יעביר את היד בחזרה כדי לתפוס את הבלוק הנופל ולהעביר אותו מחדש (הגדלת אורך ומשך הנתיב). הסבר אחד אפשרי לחוסר השפעה של VTF על בלוק הזזת kinאמאם הוא כי מאז VTF הוחל בשילוב עם משוב מישוש ישיר, VTF לא תפקד כהפרעה אלא כמגבר עקיף למישוש ישיר משוב. זה איפשר לנושאים להמשיך לסמוך על משוב מישוש, ישיר ועקיף, על משוב חזותי וירטואלי. בנוסף ליכולת להסיח את הדעת באמצעות אות vibrotactile ישוש, היבט נוסף של החלת רטט במהלך משימות מוטוריות צריך להיחשב: השפעתו על התפיסה שלנו של חושים מישוש וקינזיה. מחקרים הראו כי רטט גיד גרם אשליות בין תפיסה מישוש לבין תחושת מימד הגוף או מיקום17,18,19. לדוגמה, תנודות בשרירי הזרוע או בגידים השריר התלת-ראשי הניבו אשליה בעלת השפעה על תחושת המגע20. עם זאת, את ההשפעה של vtf (כלומר, רטט בשילוב עם גירויים מישוש) על התפיסה מישוש עצמו לא נחקר כך שאין אפשרות להניח את האם הויברציות שהוחלו על הזרוע העליונה במהלך המשפט השפיעו על תפיסת ה חושים. או חושי המישוש של הנושא לבסוף, הסבר אפשרי לדחיית ההשערה השנייה הוא ההבדלים הבודדים ביכולתם של הנושאים לעבד את ה-VTF, כפי שמתואר להלן.
במחקר זה, את הקורלציה חזקה בין רמת הקושי נתפס של ביצוע המשימה עם vtf ואת הנתיב מנורמל של הבלוק עם vtf, מוכיח את ההשערה השלישית ומציע כי נושאים, אשר הרגישו כי vtf הפריעו להם, אמון ה משוב חזותי וירטואלי יותר מאשר חושי המישוש שלהם. דיווחים דומים על הבדלים בודדים בתפיסת אשליות הגיוניות מתועדים בספרות. לדוגמה, נושאים בעלי סולם חושים גבוה יותר (ממש) הציונים מדורגים את תחושת הבעלות של יד גומי באשליית היד גומי גבוה יותר לעומת נושאים עם ציונים נמוכים ממש21. היבט נוסף של הבדלים אישיים בתפיסת האשליות עשוי לנבוע מהבדלים בחלון הכריכה התפיסתי הזמני, הגורם לשינויים בעת שילוב רמזים רב-חושיים22. התגלה שאנשים עם חלונות מחייבים בעלי הכריכה הצרה יותר, פחות צפויים לקלוט אשליה, דבר המעיד על כך שהם נוטים יותר לנתק כניסות אסינכרוניות באופן זמני. יצוין כי לא היה מתאם משמעותי בין רמת הקושי נתפס של ביצוע המשימה עם VTF ואת הזמן מנורמל של הבלוק עם VTF. זה יכול להיות מוסבר על ידי מהירות היד. באופן ספציפי, כאשר הנבדקים הגדילו את אורך הנתיב שלהם בנוכחות האות וירטואלי מטעה, הם אולי הגבירו את תנועת היד שלהם כך המשך הכולל להשלמת המשימה נשאר דומה לזה שבוצעה על ידי אותם ללא משוב מטעה.
מגבלה אחת של פרוטוקול זה היא כי ההוראות המסופקות לנושאים להחיל כוח מינימלי על הבלוק היו כנראה בוצעו באופן שונה על ידי הנושאים, כך שחלקם החלים כוחות גבוהים יותר מאשר אחרים, ובכך לטפל מישוש ישיר גבוה יותר אות. שאולי השפיע על התוצאות למרבה הצער, הכוחות שאותרו על ידי חיישני הכוח כדי לאשר הנחה זו לא נרשמו. הקלטת הכוחות היא תכונה אופציונלית למחקרים עתידיים שעשויים לתרום מידע לגבי מידע המישוש שנתפס על ידי הנושא במהלך המשפט. גם, הייצוג הווירטואלי תוכנן בזאת סיפק את תנועת הבלוק ואת המיקום של מחיצת התיבה, כך שלא היה ייצוג וירטואלי של היד של הנושא. כמחקר הקודם הראה כי מידע חזותי לגבי מיקום יד לכאורה יכול להיות השפעות מודאליות על פסקי-מישוש, גם כאשר הראייה מתנגשת עם קינסטזיה23,24,25, ה הוספת ייצוג יד במשפט זה עשוי לשנות את התוצאות של מחקר זה. בנוסף, ייתכן שהפעילות הנבחרת של העברת הבלוק הייתה מהירה מדי. שינוי עתידי בפרוטוקול זה עשוי לכלול משימה מסובכת יותר כך שההבדלים במשכים עבור השלמת הפעילות, עם ובלי VTF, היו משמעותיים יותר. כמו כן, ייתכן שניתן יהיה לשלוט בהבדלים בודדים באמצעות ממש. אחרון, רק מספר מינימלי של חזרות של משוב ויזואלי קלקל מישוש אפשריים בפרוטוקול זה, כדי לא להתריע את הנושא לגבי משוב חזותי מטעה. אמינות הפרוטוקול תהיה בסכנה אם הנבדקים יחשדו שהם מרומים על-ידי המצגת החזותית. לכן, היחס של משוב מטעה לכל המספר הכולל של מבחנים צריך להיות מינימלי. למרבה הצער, המספר הקטן של מופעים קלקל עשוי להגביל את העוצמה הסטטיסטית.
לסיכום, פרוטוקול חדש, אשר מציג מטעה וירטואלי משוב חזותי של התנועה, נבדק עם ובלי VTF. התוצאות הראשוניות מראות שאנו סומכים על אותות מישוש ישירים ועקיפים באמצעות אות חזותי עקיף. יתר על כן, הבדלים בין הנושאים להשפיע על התגובה אותות קלקל, כך הנושאים, מי הרגיש מופרע יותר על ידי VTF, אמון אות חזותי מטעה על האות מישוש. פרוטוקול זה יכול להיות עוד לחקור בקטיטיס הגפיים העליונות, המשתמשים תותבות, מצויד VTF.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
. למחברים אין מה לגלות
Acknowledgments
מחקר זה לא מומן.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D printer | Makerbot | https://www.makerbot.com/ | |
| Box and Blocks test | Sammons Preston | https://www.performancehealth.com/box-and-blocks-test | |
| Flexiforce sensors (1lb) | Tekscan Inc. | https://www.tekscan.com/force-sensors | |
| JASP | JASP Team | https://jasp-stats.org/ | |
| Labview | National Instruments | http://www.ni.com/en-us/shop/labview/labview-details.html | |
| Micro Arduino | Arduino LLC | https://store.arduino.cc/arduino-micro | |
| Motion capture system | Qualisys | https://www.qualisys.com | |
| Shaftless vibration motor | Pololu | https://www.pololu.com/product/1638 | |
| SPSS | IBM | https://www.ibm.com/analytics/spss-statistics-software |
References
- Aggelopoulos, N. C. Perceptual inference. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 55, 375-392 (2015).
- van der Groen, O., van der Burg, E., Lunghi, C., Alais, D. Touch influences visual perception with a tight orientation-tuning. PloS One. 8 (11), e79558 (2013).
- Pei, Y. C., et al. Cross-modal sensory integration of visual-tactile motion information: instrument design and human psychophysics. Sensors. 13 (6), Basel, Switzerland. 7212-7223 (2013).
- Kording, K. P., Wolpert, D. M. Bayesian integration in sensorimotor learning. Nature. 427 (6971), 244-247 (2004).
- Tajadura-Jimenez, A., Banakou, D., Bianchi-Berthouze, N., Slater, M. Embodiment in a Child-Like Talking Virtual Body Influences Object Size Perception, Self-Identification, and Subsequent Real Speaking. Scientific Reports. 7 (1), (2017).
- Campos, J. L., Butler, J. S., Bulthoff, H. H. Multisensory integration in the estimation of walked distances. Experimental Brain Research. 218 (4), 551-565 (2012).
- Sun, H. J., Campos, J. L., Chan, G. S. Multisensory integration in the estimation of relative path length. Experimental Brain Research. 154 (2), 246-254 (2004).
- Parmentier, F. B., Ljungberg, J. K., Elsley, J. V., Lindkvist, M. A behavioral study of distraction by vibrotactile novelty. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 37 (4), 1134-1139 (2011).
- Sigrist, R., Rauter, G., Riener, R., Wolf, P. Augmented visual, auditory, haptic, and multimodal feedback in motor learning: a review. Psychonomic Bulletin & Review. 20 (1), 21-53 (2013).
- Hebert, J. S., Lewicke, J., Williams, T. R., Vette, A. H. Normative data for modified Box and Blocks test measuring upper-limb function via motion capture. Journal of Rehabilitation Research and Development. 51 (6), 918-932 (2014).
- Raveh, E., Portnoy, S., Friedman, J. Adding vibrotactile feedback to a myoelectric-controlled hand improves performance when online visual feedback is disturbed. Human Movement Science. 58, 32-40 (2018).
- Raveh, E., Friedman, J., Portnoy, S. Evaluation of the effects of adding vibrotactile feedback to myoelectric prosthesis users on performance and visual attention in a dual-task paradigm. Clinical Rehabilitation. 32 (10), 1308-1316 (2018).
- Raveh, E., Portnoy, S., Friedman, J. Myoelectric Prosthesis Users Improve Performance Time and Accuracy Using Vibrotactile Feedback When Visual Feedback Is Disturbed. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. , (2018).
- Raveh, E., Friedman, J., Portnoy, S. Visuomotor behaviors and performance in a dual-task paradigm with and without vibrotactile feedback when using a myoelectric controlled hand. Assistive Technology: The Official Journal of RESNA. , 1-7 (2017).
- Dienes, Z. Using Bayes to get the most out of non-significant results. Frontiers in Psychology. 5, 781 (2014).
- Shams, L. Early Integration and Bayesian Causal Inference in Multisensory Perception. The Neural Bases of Multisensory Processes. Murray, M. M., Wallace, M. T. , Taylor & Francis Group, LLC. Boca Raton (FL). (2012).
- D'Amour, S., Pritchett, L. M., Harris, L. R. Bodily illusions disrupt tactile sensations. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 41 (1), 42-49 (2015).
- Tidoni, E., Fusco, G., Leonardis, D., Frisoli, A., Bergamasco, M., Aglioti, S. M. Illusory movements induced by tendon vibration in right- and left-handed people. Experimental Brain Research. 233 (2), 375-383 (2015).
- Fuentes, C. T., Gomi, H., Haggard, P. Temporal features of human tendon vibration illusions. The European Journal of Neuroscience. 36 (12), 3709-3717 (2012).
- de Vignemont, F., Ehrsson, H. H., Haggard, P. Bodily illusions modulate tactile perception. Current Biology. 15 (14), 1286-1290 (2005).
- Marotta, A., Tinazzi, M., Cavedini, C., Zampini, M., Fiorio, M. Individual Differences in the Rubber Hand Illusion Are Related to Sensory Suggestibility. PloS One. 11 (12), e0168489 (2016).
- Stevenson, R. A., Zemtsov, R. K., Wallace, M. T. Individual differences in the multisensory temporal binding window predict susceptibility to audiovisual illusions. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 38 (6), 1517-1529 (2012).
- Maravita, A., Spence, C., Driver, J. Multisensory integration and the body schema: close to hand and within reach. Current Biology. 13 (13), R531-R539 (2003).
- Carey, D. P. Multisensory integration: attending to seen and felt hands. Current Biology. 10 (23), R863-R865 (2000).
- Tsakiris, M., Haggard, P. The rubber hand illusion revisited: visuotactile integration and self-attribution. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 31 (1), 80-91 (2005).
