Summary
Vi presenterar ett protokoll för att tillämpa inkongruenta visuella-taktila stimuli under en objekt överföring uppgift. Specifikt, under block överföringar, utförs medan handen är dold, en virtuell presentation av blocket visar slumpmässiga förekomster av false block droppar. Protokollet beskriver också lägga vibrotaktil feedback när du utför motorn uppgiften.
Abstract
Tillämpningen av inkongruenta sensoriska signaler som innebär störd taktil återkoppling är sällan utforskas, särskilt med närvaron av vibrotaktil feedback (VTF). Detta protokoll syftar till att testa effekten av VTF på reaktionen på inkongruenta visuella taktila stimuli. Den taktila återkoppling förvärvas genom att greppa ett block och flytta den över en partition. Den visuella feedback är en real tid virtuell presentation av den rörliga blocket, förvärvas med hjälp av en motion capture-system. Den kongruenta feedback är tillförlitlig presentation av förflyttning av blocket, så att motivet känns att blocket är förstått och se det röra sig längs med stigen av handen. Den inkongruenta feedback visas som förflyttning av blocket vidarekopplas från den faktiska förflyttnings vägen, så att det verkar sjunka från handen när det faktiskt fortfarande innehas av motivet, vilket motsäger den taktila feedback. Tjugo försöks personer (ålder 30,2 ± 16,3) upprepade 16 block överföringar, medan deras hand var gömd. Dessa upprepades med VTF och utan VTF (totalt 32 block överföringar). Inkongruenta stimuli presenterades slumpmässigt två gånger inom 16 repetitioner i varje tillstånd (med och utan VTF). Varje ämne ombads att betygsätta svårighets graden av att utföra uppgiften med och utan VTF. Det fanns inga statistiskt signifikanta skillnader i längden på hand banorna och varaktigheterna mellan överföringar inspelade med kongruenta och inkongruenta visuella taktila signaler – med och utan VTF. Den upplevda svårigheten nivå av utförande uppgiften med det vtf väsentligen korrelerat med det normaliserade Stig längd om kloss med vtf (r = 0,675, p = 0,002). Denna inställning används för att kvantifiera additiv eller reduktiv värdet av VTF under motorisk funktion som involverar inkongruenta visuella-taktila stimuli. Möjliga tillämpningar är proteser design, smart sport-Wear, eller andra plagg som införlivar VTF.
Introduction
Illusioner är exploateringar av begränsningarna i våra sinnen, som vi felaktigt uppfattar information som avviker från objektiva verkligheten. Vår perceptuella inferens bygger på vår erfarenhet av att tolka sensoriska data och på beräkningen av vår hjärna av den mest tillförlitliga uppskattningen av verkligheten i närvaro av tvetydig sensorisk input1.
En under kategori i forskning av illusioner är en som kombinerar inkongruenta sensoriska signaler. Illusionen som är resultatet av inkongruenta sensoriska signaler härstammar från den ständiga multisensoriska integrationen som utförs av vår hjärna. Även om det finns många studier om inkongruens i visuella auditiva signaler, incongruence i andra sensoriska par är mindre rapporterade. Denna skillnad i antalet rapporter kan hänföras till den högre enkelhet i utformningen av en installation som innehåller visuell auditiv incongruence. Men studier som rapporterar resultat som rör andra sensoriska par modaliteter, är intressanta. Till exempel studerades effekten av inkongruenta visuella-haptiska signaler på visuell känslighet2 med hjälp av ett system där de visuella och haptiska stimuli matchade i rumslig frekvens; den haptiska och visuella orienteringen var dock identisk (kongruent) eller ortogonalt (inkongruent). I en annan studie, effekten av inkongruenta visuella-taktila rörelse stimuli på den upplevda visuella rörelseriktning under Sök tes med hjälp av en visuell-taktil tvär modal integration stimulator med en upplyst panel som presenterar visuella stimuli och en taktil stimulator som presenterar taktila rörelse stimuli med godtycklig rörelse riktning, hastighet, och indrag djup i huden3. Det föreslogs att vi internt representerar både den statistiska fördelningen av uppgiften och vår sensoriska osäkerhet, kombinera dem på ett sätt som överensstämmer med en prestanda-optimera Bayesian process4.
Virtuell verklighet har gjort förmågan att lura den visuella feedback till ämnet en lätt uppgift. Flera studier används multisensorisk virtuell verklighet till misalign visuell och somatosensorisk information. Till exempel, virtuell verklighet har nyligen använts för att framkalla förkroppsligandet i ett barns kropp, med eller utan aktivering av en barnliknande röst förvrängning5. I ett annat exempel, den visuella presentationen av gång avstånd under Self-motion förlängdes och var därför inkongruenta med resor avstånd kände av kropp-baserade LED trådar6. En liknande virtuell verklighet-inställning har utformats för en cykel aktivitet7. Alla de tidigare nämnda litteraturen, dock inte kombinera en störning till en av sinnena, förutom den inkongruenta signalen. Vi valde den taktila känslan för att få en sådan störning.
Vår taktila sensoriska system ger direkta bevis på om ett objekt är att gripa. Vi förväntar oss därför att när direkt visuell återkoppling är förvrängd eller otillgänglig, den roll som den taktila sensoriska systemet i objekt manipulation uppgifter kommer att vara framträdande. Men vad skulle hända om den taktila sensoriska kanalen också stördes? Detta är ett möjligt resultat av att använda vibrotaktil feedback (VTF) för sensoriska augmentation, eftersom det fångar uppmärksamheten hos de enskilda8. Idag används förstärkt återkoppling av olika modaliteter som ett externt verktyg, avsett att förbättra vår interna sensoriska återkoppling och förbättra prestandan under Motorisk inlärning, inom idrott och i rehabiliterings miljöer9.
Studiet av inkongruenta visuella-taktila stimuli kan öka vår förståelse om perception av sensorisk input. I synnerhet kan kvantifiering av tillsatsen eller reduktivt värde av VTF under motorisk funktion som involverar inkongruenta visuella-taktila stimuli, bistå i framtida proteser design, smart sport-Wear, eller andra plagg som införlivar VTF. Eftersom amputerade berövas taktila stimuli vid den distala aspekten av deras residuum, deras dagliga användning av VTF, inbäddade i protetiska att förmedla kunskap om gripa, till exempel, kan påverka hur de uppfattar visuell feedback. Förståelse av mekanismen för perception under dessa förhållanden, kommer att tillåta ingenjörer att perfekt VTF modaliteter för att minska den negativa effekten på VTF användare.
Vi syftade till att testa effekten av VTF på svaret på inkongruenta visuella-taktila stimuli. I den presenterade setup, den taktila feedback förvärvas genom att greppa ett block och flytta den över en partition; den visuella feedbacken är en virtuell real tids presentation av det rörliga blocket och partitionen (förvärvad med ett rörelse fångst system). Eftersom motivet hindras från att se den faktiska hand rörelse, den enda visuella feedback är den virtuella en. Den kongruenta feedback är tillförlitlig presentation av förflyttning av blocket, så att motivet känns att blocket är förstått och ser det röra sig längs med stigen av handen. Den inkongruenta feedback visas som förflyttning av blocket vidarekopplas från den faktiska förflyttnings vägen, så att det verkar sjunka från handen när det faktiskt fortfarande innehas av motivet, vilket motsäger den taktila feedback. Tre hypoteser testades: när man flyttar ett objekt från en plats till en annan med hjälp av virtuell visuell återkoppling, (i) kommer sökvägen och varaktigheten för objektets överförings rörelse att öka när inkongruenta visuella taktila stimuli presenteras, (II) denna förändring ökning när inkongruenta visuella-taktila stimuli presenteras och VTF aktive ras på den rörliga armen, och (III) en positiv korrelation kommer att hittas mellan den upplevda svårighets graden av utförandet av uppgiften med VTF aktive ras och sökvägen och varaktigheten av objektets överförings rörelse. Den första hypotesen härstammar från tidigare nämnda litteratur som rapporterar att olika former av inkongruenta återkoppling påverkar våra svar. Den andra hypotesen gäller de tidigare rönen att VTF fångar individens uppmärksamhet. För den tredje hypotesen, antog vi att ämnen som var mer störd av VTF, kommer att lita på den virtuella visuella feedback mer än sin taktila känsla.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Följande protokoll följer rikt linjerna från universitetets forsknings etiska kommitté. Se tabell över material för referens till de kommersiella produkterna.
Obs: efter godkännande av universitetets etik kommitté rekryterades 20 friska individer (7 hanar och 13 tikar, medelvärde och standard avvikelse [SD] för ålder 30,2 ± 16,3 år). Varje ämne läsa och undertecknat ett informerat samtycke formulär pretrial. Inkluderingskriterierna var högerhänta personer i åldern 18 år eller äldre. Uteslutnings kriterier var neurologiska eller ortopediska störningar som påverkade de övre extremiteterna eller okorrigerad syn försämring. Försöks personerna var naiva till förekomsten av inkongruenta visuell-taktil feedback.
1. förberedelse inför rättegång
- Använd trä lådan från lådan och block test10. Måtten på boxen är 53,7 cm x 26,9 cm x 8,5 cm och i mitten av den, är en 15,2 cm hög partition. Placera ett mjukt svamp lager på båda sidor av partitionen. Placera sex passiva reflekterande markörer på den motsatta sidan av skärmen, vid de fyra hörnen och på båda ändarna av partitionen (figur 1a).
- Använd en 3D-skrivare för att tillverka en kub med måtten 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm, fäst vid en bas med måtten 4,5 cm x 4,5 cm x 1 cm. Innan du skriver ut, skär varje hörn av basen för att skapa en kvadrat med storlek 1 cm x 1 cm i varje hörn (figur 1a). Fäst passiva reflekterande markörer på de fyra hörnen av basen.
- Placera en stor skärm cirka 1,5 m framför ett bord, så att ett motiv, stående bakom bordet, är ca 2 m från skärmen. Placera rutan på bordet, 10 cm från kanten motsatt till skärmen.
- Använd en 6-kamera rörelse Capture system, aktive ras vid 100 Hz, med en plug-in för att visualisera partitionen och förflyttning av blocket i real tid (figur 1). Kalibrera motion capture-systemet, enligt tillverkarens anvisningar, så att blocket och partitionen av boxen erkänns som stela organ.
Obs: korrekt kalibrering av motion capture-systemet och användning av små markörer som är ordentligt anslutna till blocket och partitionen krävs för att upprätthålla illusionen.
2. Placera det vibrotaktila återkopplings systemet på motivet
Anmärkning: det vtf-system som beskrivs häri publicerades tidigare11,12,13,14.
- Instruera motivet att ta bort arm band sur, arm band och ringar. Anslut VTF-systemstyrenheten till underarm för motivet (bild2, vänster bild).
- Fäst två tunna och flexibla kraft sensorer till Palmar aspekten av tummen och pekfingrar över ett tunt svampiga skikt (figur 2, höger bild).
- Placera en manschett på huden på överarmen av motivet (figur 2, vänster bild) och Använd fästelementet för att stänga manschetten bekvämt. Manschetten kommer att innehålla tre vibrotaktila ställdon aktive ras via en öppen källkod elektronisk prototyp plattform med en frekvens på 233 Hz i en linjär relation till kraften uppfattas av kraft sensorer. Kraft sensorer och vibrotaktila ställdon är anslutna till öppen källkod elektroniska prototyper plattform via avskärmade elektriska ledningar.
3. aktivering av VTF
- Tryck på knappen för att aktivera batteriet som är anslutet till hand kontrollen (bild2, vänster bild).
- Be motivet att trycka på kraft sensorns instrumenterade fingrar (d.v.s. tummen och pekfingrarna) tillsammans lätt. Observera att motivet kommer att rapportera en känsla av vibrationer på området under manschetten.
- Instruera ämnet att träna för 10 min i greppa blocket så lätt som möjligt, med endast de två instrumenterade fingrar. Be motivet att lyfta blocket, flytta det och placera det tillbaka på bordet flera gånger, försöker tillämpa en minimal mängd kraft på blocket. Uppmuntra motivet att försöka minska den tillämpade kraften, även om blocket tappas under greppa.
4. positionering och förberedelse av motivet
- Instruera motivet att stå nära bordet (upp till 10 cm från det), där rutan och partitionen är placerade.
- Placera en avdelare vid kanten av bordet i närheten av motivet och ovanför rutan, så att motivet inte kan se rutan, utan lätt ser skärmen framför honom eller henne (figur 1a). För avdelare, använda en hård icke-reflekterande material, företrädes vis trä, fast på en fyra ben, som tillåter justering av sin höjd, för att rymma ämnen av olika höjder.
- Instruera motivet att placera hörlurarna på hans eller hennes huvud.
- Placera blocket i mitten av det högra facket i lådan och vägleda handen av motivet till den.
5. påbörja prövningen
Anmärkning: den beskrivna rättegången upprepas två gånger, med och utan VTF (en cross-over design rekommenderas att kontrol lera en ingen inlärnings effekt). För att utföra prövningen utan VTF, Stäng av batteriet som är anslutet till hand kontrollen (bild 2).
- Aktivera program varan som styr kamerorna i rörelse fångst systemet.
- I kontroll panelen för Visual feedback-programvaran (figur 1b), Välj med/utan vtf, skriv in koden för ämnet, klicka på kör, Anslut, Öppna och starta.
- Instruera motivet att utföra 16 repetitioner av överföringen av blocket med kraft sensorns instrumenterade hand medan du tittar på rörelsen av det virtuella blocket på skärmen (figur 1b). Flytta blocket tillbaka över partitionen till start platsen efter varje överföring.
- När motivet har slutfört 16 repetitioner klickar du på stoppa.
- Be ämnet att betygsätta svårighets graden av att utföra uppgiften att överföra blocket 16 gånger två gånger, med och utan VTF, enligt följande skala: "0" (inte svårt alls), "1" (något svårt), "2" (måttligt svårt), "3" (mycket svårt) och "4" (extremt svårt).
6. efter analys
- Använd 3D-koordinatdata för blocket beräkna sökvägen till blocket och dess överförings tid. Markera start-och förskjutnings tiden för varje överföring manuellt som när blocket är på höjden av kanterna på höger (debut) och sedan vänster (offset) sidor av lådan. Beräkna Ban längden för varje överföring enligt följande ekvation:
1
där
och 
är 3D-koordinaten för blocket i två efterföljande tidpunkter. - För båda villkorar, med och utan vtf, genomsnittet bana längden och överförings tiden en gång för tvåna överföringar med inkonsekvens visuellt hjälpmedel-taktil signalerar och en gång för de 14 överföringarna med de kongruenta visuellt-taktila signalerar.
- Normaliserade sökvägen och tiden under block överföring i närvaro av inkongruenta visuella-taktila signaler av vägen och tid under block överföring med förekomsten av kongruenta visuella-taktila signaler. Utför normaliseringen separat för de två villkoren (med och utan VTF).
- Utför en inom ämnet upprepade åtgärder ANOVA med två faktorer: VTF (med och utan) och inkongruenta visuell-taktil feedback (med och utan).
- Om det inte finns några statistiska skillnader vid analys av resultaten enligt instruktionerna i underavsnitt 6,4, Använd Bayesian upprepade mått ANOVAs med två faktorer15.
- Använd Spearmans korrelations test med den upplevda svårighets graden av att utföra uppgiften med VTF aktiverat och med den normaliserade vägen och varaktigheten av rörelse
- Ange statistisk signifikans till p <. 05.
och 
är 3D-koordinaten för blocket i två efterföljande tidpunkter.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi använde den beskrivna tekniken för att testa de tre hypoteserna att när man flyttar ett objekt från en plats till en annan med hjälp av virtuell visuell feedback: (i) sökvägen och varaktigheten av objektets överföring rörelse kommer att öka när inkongruenta visuella-taktila stimuli är presenteras (II) denna förändring kommer att öka när inkongruenta visuella taktila stimuli presenteras och VTF aktive ras på den rörliga armen. och (III) en positiv korrelation kommer att hittas mellan den upplevda svårighets graden av att utföra uppgiften med VTF aktive ras och sökvägen och varaktigheten av objektets överföring rörelse.
Resultaten stöder den tredje hypotesen. De rapporterade svårighets graderna av att utföra uppgiften med och utan VTF presenteras i figur 3. Enligt Spearmans korrelations test, den upplevda svårighets graden (från "0" = inte svårt alls, till "4" = extremt svårt) att utföra uppgiften med VTF signifikant korrelerade med normaliserade sökvägen längd blocket med VTF (r = 0,675, p = 0,002, och Figur 4). Med andra ord, den normaliserade sökvägen längd i närvaro av inkongruenta visuella-taktila signaler var längre för försöks personer som uppfattade uppgiften som svårare när du använder VTF. Det fanns ingen signifikant korrelation mellan den upplevda svårighets graden av att utföra uppgiften med VTF och den normaliserade Ban längden för blocket utan VTF (r = 0,132, p = 0,589). Dessutom fanns det inga signifikanta samband mellan den upplevda svårighets graden av att utföra uppgiften med VTF och normaliserade blocket överförings tid, med och utan VTF (r =-0,056, p = 0,825 och r =-0,066, p = 0,788, respektive).
Vi föreslår att normalisera banans längd och tid, eftersom den absoluta tiden och sökvägen för varje ämne berodde på rörelse hastighet och strategi för varje ämne, så att ett icke-normaliserat värde inte skulle ha återspeglat individens förändring i rörelse mönstret på grund av de inkongruenta visuella-taktila signalerna. Sedan, efter varje överföring, vi ompositionerat blocket tillbaka till den exakta start positionen, var banans längd av blocket inte påverkas av start positionen. För de inom ämnet upprepade åtgärder ANOVA med två faktorer, VTF (med och utan) och inkongruenta visuell-taktil feedback (med och utan), inga statistiskt signifikanta huvudsakliga effekter hittades i längden på hand banorna under en block överföring för prövningar med VTF jämfört med prövningar utan VTF (F (1, 15) = 0,029, p = 0,866) och för prövningar med kongruenta visuella taktila återkoppling jämfört med prövningar med inkongruenta visuella taktila återkopplingar (F (1, 15) = 0,031, p = 0,863). Också, inga statistiskt signifikanta huvudsakliga effekter hittades i tider att överföra ett block för prövningar med VTF jämfört med prövningar utan VTF (F (1, 15) = 0,354, p = 0,561) och för prövningar med kongruenta visuell taktil feedback jämfört med prövningar med inkongruenta visuell-taktil återkoppling (F (1, 15) = 1,169, p = 0,297).
Under försöken utan VTF fanns det inga statistiskt signifikanta skillnader i längden på hand banorna under en block överföring mellan överföringar som registrerats med inkongruenta och kongruenta visuella taktila signaler (27,3 ± 13,1 cm och 25,9 ± 12,2 cm, ) och mellan tiden för överföring av ett block som registrerats med inkongruenta och kongruenta visuella taktila signaler (1,18 ± 0,56 s respektive 1,20 ± 0,57 s). Vid tillägg av VTF fanns det på samma sätt inga statistiskt signifikanta skillnader i längden på hand banorna under en block överföring, inspelade med inkongruenta och kongruenta visuella taktila signaler (24,7 ± 7,4 cm respektive 26,1 ± 11,1 cm) och mellan tid för överföring av ett block som registrerats med inkongruenta och kongruenta visuella taktila signaler (1,21 ± 0,38 s respektive 1,06 ± 0,41 s). Enligt Bayesiansk statistik kan avsaknaden av skillnad som involverar grupp faktorerna endast betraktas som anekdotiska bevis eftersom ingen av de monterade modellerna är betydligt bättre än nollmodellen (2,769 < alla BF01 < 33,573) med en maximalt fel på 2,72%.
Bild 1: test konfigurationen. (a) markörer placerade på lådan (6 markörer i rött, varav 2 placerades på skiljevägg) och blocket (4 markörer i blått), dolda från motivet ögon. Markörerna spåras i real tid av motion capture-systemet och 3D-koordinaterna för alla markörer spelades in i real tid. b) blockets delning och rörelse presenterades på en skärm som ligger framför motivet. Program aktiverings stegen beskrivs i forsknings protokollet. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: det vibrotaktila återkopplings systemet. System styrenheten är ansluten till underarm av motivet och manschetten är lindad runt överarmen (vänster bild). Kraften sensorer placeras på palmar aspekten av tummen och pekfingrar (höger bild). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: de rapporterade svårighets graderna (0 = inte alls svårt, 1 = något svårt, 2 = måttligt svårt, 4 = extremt svårt) att utföra uppgiften med och utan vibrotaktil återkoppling (VTF). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: ett spridnings diagram av den upplevda svårighets graden (0 = inte alls svårt, 1 = något svårt, 2 = måttligt svårt, 4 = extremt svårt) att utföra uppgiften med VTF i förhållande till blockets normaliserade Ban längd vid överföring med VTF. Den normaliserade Sök vägens längd (banans längd i närvaro av inkongruenta visuella-taktila signaler dividerat med banans längd i närvaro av kongruenta visuella-taktila signaler) var signifikant längre för försöks personer som uppfattade uppgiften som svårare när med hjälp av VTF. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denna studie presenterades ett protokoll som kvantifierar effekten av att lägga till VTF på objektöverföringkinematiken i närvaro av inkongruenta visuella taktila stimuli. Såvitt vi vet är detta det enda protokoll som finns tillgängligt för att testa effekten av VTF på svaret på inkongruenta visuella-taktila stimuli. De flera kritiska steg som ingår i tillämpningen av inkongruenta visuella-taktila stimuli vid objekt överföring med VTF inkluderar följande: fästa VTF systemet till motivet, aktivera VTF, förbereda motion capture-systemet och rörelse uppgift och aktivera den visuella feedbacken. Det är viktigt att ämnet inte är medvetet om möjligheten till vilseledande återkoppling under rättegången. För att säkerställa detta, är botten av lådan fodrad med mjuk svamp lager och ämnena bar hörlurar för att eliminera auditiv återkoppling av blocket faller och slå trä låda. Också, de två överföringar av inkongruenta feedback väljs slumpmässigt ut av 16 överföringar, och är programmerade att simulera ett fall i Start utrymmet i lådan efter att ha nått 2 cm under partitionens höjd, så att handen är i midair. De två slumpmässiga vilseledande visuella signalerna programmerades så att de inte skulle inträffa i antingen den första eller den sista två block överföringar och med minst en icke-vilseledande överföring mellan dem.
En fördel med detta protokoll är att den vilseledande visuella feedbacken visas slumpmässigt och endast för ett par gånger under 16-överföringsförsöket. Detta hindrar ämnet från att misstrustera den virtuella presentationen. Eftersom konflikten mellan de två signalerna, som ges till ämnet i denna rättegång, är mycket hög, är utsatt protokollet syftar till att öka tillförlitligheten i vilseledande visuell feedback, genom att presentera ett rimligt antal block droppar. Det diskuterades av Shams16 att samspelet mellan auditiva och visuella signaler påverkas av graden av konflikt mellan de två och tidigare kunskaper om rättegången setup. Detta kan också vara fallet i samspelet mellan taktila och visuella signaler, som utformats häri. En annan fördel med systemet är att för att presentera platsen för blocket i real tid, beräknar motion capture-systemet 3D-koordinaterna för blocket, så att analysen av rörelse tid och sökvägen till blocket i varje upprepning kan utföras effektivt och exakt i slutet av rättegången.
Med hjälp av detta protokoll, våra preliminära resultat tyder på att när man analyserar visuella-taktila inkongruenta signaler, en förvärvas direkt av ljus beröring och den andra förvärvas indirekt av vision (virtuell representation), kan ämnet ha ignorerat den indirekta visuell återkoppling och svarade på den direkta taktila signalen. Detta bekräftades också i närvaro av VTF, vilket förkastade den andra hypotesen. Vi förväntade oss att VTF skulle distrahera uppmärksamheten från motivet från ljuset direkt taktil feedback, vilket tvingar motivet att reagera med tvekan till inkongruenta stimuli. Tveksamheten förväntades uttryckas genom en längre väg och över gångs perioden för block överföringen. Antagandet baserades på resultat från tidigare forskning som visade att vibrotaktila nya stimuli fångar uppmärksamheten från en pågående visuell uppgift8. Banans längd och varaktighet valdes som indikator för tveksamhet, vilket skiljer mellan två villkor: när den vilseledande visuella feedbacken uppstår kan motivet antingen lita på den taktila responsen eller den visuella feedbacken. Om ämnet litar på taktila feedback, då vi förväntar oss att han eller hon kommer att fortsätta den släta rörelse vägen. Omvänt, om ämnet litar på falska visuella feedback, vi förväntar oss att han eller hon kommer att flytta tillbaka handen för att förstå det fallna blocket och återöverföra det (öka sökvägen längd och varaktighet). En möjlig förklaring till bristen på effekt av VTF på blocket rörliga kinematik är att eftersom VTF tillämpades i samband med direkt taktil återkoppling, VTF fungerade inte som en störning utan snarare som en indirekt förstärkare till den direkta taktila Feedback. Detta tillät försöks personerna att hålla lita på taktila återkoppling, både direkt och indirekt, över den virtuella visuella feedback. Förutom risken för distraktion av vibrotaktil signal, en annan aspekt av att tillämpa vibrationer under motor uppdrag bör övervägas: dess inverkan på vår uppfattning av taktila och Proprioception sinnen. Studier visade att sena vibrationer orsakade illusioner mellan taktil perception och känslan av kropps dimension eller position17,18,19. Till exempel, vibrationer till biceps eller triceps muskel senor producerade en proprioceptiva illusion som hade en effekt på känslan av beröring20. Men effekten av VTF (dvs. vibrationer i samband med taktila stimuli) på den taktila uppfattningen i sig har inte undersökts så att man inte kan teoretisera om de vibrationer som appliceras på överarmen under rättegången påverkade uppfattningen av eller taktila sinnen av motivet. Slutligen, en möjlig förklaring till avvisandet av den andra hypotesen är de individuella skillnaderna i förmågan hos försöks personerna att behandla VTF, som diskuteras nedan.
I denna studie, det starka sambandet mellan den upplevda svårighets graden av att utföra uppgiften med VTF och normaliserade sökvägen till blocket med VTF, bevisar den tredje hypotesen och antyder att försöks personer, som ansåg att VTF störde dem, litade på virtuell visuell återkoppling mer än sina taktila sinnen. Liknande rapporter av individ skillnader i föreställning av Avkännings illusioner dokumenteras i litteraturen. Till exempel, försöks personer med högre sensorisk suggestibility skala (SSS) betyg betygsatt känslan av ägande av en gummi hand i gummi hand illusion som högre jämfört med försöks personer med lägre SSS betyg21. En annan aspekt av enskilda skillnader i uppfattningen av illusioner kan uppstå skillnader i temporala perceptuella bindande fönster, som orsakar förändringar när man integrerar multisensoriska LED trådar22. Det konstaterades att personer med smalare perceptuella bindande fönster var mindre benägna att uppfatta en illusion, vilket tyder på att de är mer benägna att separera tempo rally asynkrona ingångar. Det bör noteras att det inte fanns någon signifikant korrelation mellan den upplevda svårighets graden av att utföra uppgiften med VTF och den normaliserade tiden för blocket med VTF. Detta kan förklaras av hand hastigheten. Specifikt, när försöks personerna ökade sin hand Stig längd i närvaro av vilseledande virtuell signal, kan de ha sped upp sin hand rörelse så att den totala varaktigheten för att slutföra uppgiften förblev liknande den som utförs av dem utan vilseledande återkoppling.
En begränsning av detta protokoll är att de instruktioner som ges till försöks personerna att tillämpa en minimal kraft till blocket var troligen avrättades annorlunda av försöks personerna, så att vissa tillämpade högre krafter än andra, därmed uppfatta en högre direkt taktil som kan ha påverkat resultatet. Tyvärr registrerades inte de krafter som detekterades av kraft sensorerna för att bekräfta detta antagande. Inspelning av krafterna är en valfri funktion för framtida studier som kan bidra med information om den taktila information som uppfattas av motivet under rättegången. Också, den virtuella representation som utformats häri förutsatt blocket rörelse och placeringen av lådan partitionen så att det inte fanns någon virtuell representation av handen i ämnet. Som tidigare forskning visade att visuell information om skenbar hand position kan ha crossmodal påverkan på taktila domar, även när synen står i konflikt med proprioception23,24,25, tillägg av hand representation i denna rättegång kan ha förändrat resultaten av denna studie. Dessutom kan den valda uppgiften för block överföring ha varit för snabb. Framtida ändringar av detta protokoll skulle kunna inbegripa en mer komplicerad uppgift så att skillnaderna i varaktigheten för fullgörandet av uppgiften, med och utan VTF, skulle ha varit mer betydande. Dessutom kan enskilda skillnader kontrol leras med hjälp av SSS. Slutligen, endast ett minimalt antal repetitioner av den visuella-taktila inkongruenta återkoppling är möjliga i detta protokoll, för att inte uppmärksamma ämnet om vilseledande visuell återkoppling. Protokollets tillförlitlighet skulle äventyras om ämnena skulle misstänka att de blir lurade av den visuella presentationen. Därför bör andelen vilseledande återkoppling per det totala antalet försök vara minimal. Tyvärr kan det lilla antalet inkongruenta instanser begränsa den statistiska effekten.
Sammanfattnings vis, ett nytt protokoll, som presenterar vilseledande virtuell visuell återkoppling av rörelse, testades med och utan VTF. De preliminära resultaten visar att vi litar på direkta och indirekta taktila signaler över en indirekt visuell signal. Dessutom påverkar skillnaderna mellan försöks personerna reaktionen på inkongruenta signaler, så att försöks personerna, som kände sig mer störda av VTF, litade på den vilseledande visuella signalen över den taktila signalen. Detta protokoll skulle kunna undersökas ytterligare i övre extremiteterna amputerade, som använder proteser, utrustade med VTF.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Denna studie finansierades inte.
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).
