Summary
Nous présentons un protocole pour appliquer des stimuli visuels-tactiles incongrents lors d’une tâche de transfert d’objet. Plus précisément, pendant les transferts de blocs, exécutés pendant que la main est masquée, une présentation virtuelle du bloc montre des occurrences aléatoires de faux blocs. Le protocole décrit également l’ajout d’une rétroaction vibrotactile lors de l’exécution de la tâche moteur.
Abstract
L’application de signaux sensoriels incongrés impliquant des retours tactiles perturbés est rarement explorée, en particulier avec la présence de rétroaction vibrotactile (VTF). Ce protocole vise à tester l’effet de la VTF sur la réponse à des stimuli visuels-tactiles incongrents. La rétroaction tactile est acquise en saisissant un bloc et en le déplaçant sur une partition. La rétroaction visuelle est une présentation virtuelle en temps réel du bloc mobile, acquise à l’aide d’un système de capture de mouvement. La rétroaction congruente est la présentation fiable du mouvement du bloc, de sorte que le sujet estime que le bloc est saisi et le voir se déplacer avec le chemin de la main. La rétroaction incongri apparaît comme le mouvement du bloc détourne de la trajectoire de mouvement réelle, de sorte qu’il semble tomber de la main quand il est effectivement encore détenu par le sujet, ce qui contredit la rétroaction tactile. Vingt sujets (âge 30,2 ± 16,3) ont répété 16 transferts de blocs, tandis que leur main était cachée. Ceux-ci ont été répétés avec VTF et sans VTF (total de 32 transferts de blocs). Des stimuli incongres ont été présentés au hasard deux fois dans les 16 répétitions dans chaque condition (avec et sans VTF). Chaque sujet a été invité à évaluer le niveau de difficulté de l’exécution de la tâche avec et sans le VTF. Il n’y avait pas de différences statistiquement significatives dans la longueur des trajectoires des mains et des durées entre les transferts enregistrés avec des signaux visuels-tactiles congruents et incongres – avec et sans le VTF. Le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF a fortement corrélé avec la longueur de chemin normalisée du bloc avec VTF (r = 0,675, p = 0,002). Cette configuration est utilisée pour quantifier l’additif ou la valeur réductive de VTF pendant la fonction motrice qui implique des stimuli visuels-tactiles incongrents. Les applications possibles sont la conception de prothèses, le sport-wear intelligent, ou tout autre vêtement qui incorpore le VTF.
Introduction
Les illusions sont des exploitations des limites de nos sens, car nous percevons à tort des informations qui s’écartent de la réalité objective. Notre inférence perceptuelle est basée sur notre expérience dans l’interprétation des données sensorielles et sur le calcul de notre cerveau de l’estimation la plus fiable de la réalité en présence d’une entrée sensorielle ambiguë1.
Une sous-catégorie dans la recherche des illusions est celle qui combine des signaux sensoriels incongrents. L’illusion qui résulte de signaux sensoriels incongruents provient de l’intégration multisensorielle constante effectuée par notre cerveau. Bien qu’il existe de nombreuses études concernant l’incongruité dans les signaux visuels-auditifs, l’incongruité dans d’autres paires sensorielles est moins rapportée. Cette différence dans le nombre de rapports peut être attribuée à la plus grande simplicité dans la conception d’une installation qui incorpore l’incongruence visuelle-auditive. Cependant, les études qui rapportent des résultats concernant d’autres modalités de paires sensorielles, sont intéressantes. Par exemple, l’effet de signaux haptiques visuels incongru sur la sensibilité visuelle2 a été étudié à l’aide d’un système où les stimuli visuels et haptiques ont été appariés en fréquence spatiale; Cependant, l’orientation haptique et visuelle était identique (congruent) ou orthogonale (incongru). Dans une autre étude, l’effet des stimuli visuels-tactiles incongres sur la direction visuelle perçue du mouvement a été étudié à l’aide d’un stimulateur d’intégration multimodale visuelle-tactile avec un panneau éclairé qui présente des stimuli visuels et un stimulateur qui présente des stimuli de mouvement tactiles avec une direction de mouvement arbitraire, une vitesse et une profondeur d’indentation dans la peau3. Il a été suggéré que nous représentons à l’interne la répartition statistique de la tâche et notre incertitude sensorielle, en les combinant de manière cohérente avec un processus bayésien optimisé pour la performance4.
La réalité virtuelle a fait la capacité de tromper la rétroaction visuelle au sujet d’une tâche facile. Plusieurs études ont utilisé la réalité virtuelle multisensorielle pour déaligner les informations visuelles et somatosensorielles. Par exemple, la réalité virtuelle a récemment été utilisée pour induire l’incorporation dans le corps d’un enfant, avec ou sans activation d’une distorsion de la voix de l’enfant5. Dans un autre exemple, la présentation visuelle de la distance de marche pendant l’auto-mouvement a été prolongée et était donc incongrée avec la distance de déplacement ressentie par les repères à base de corps6. Une configuration de réalité virtuelle similaire a été conçue pour une activité cycliste7. Toute la littérature susmentionnée, cependant, n’a pas combiné une interférence à l’un des sens, en plus du signal incongrent. Nous avons choisi le sens tactile pour recevoir une telle perturbation.
Notre système sensoriel tactile fournit des preuves directes quant à savoir si un objet est saisi. Nous prévoyons donc que lorsque la rétroaction visuelle directe est déformée ou indisponible, le rôle du système sensoriel tactile dans les tâches de manipulation d’objet sera important. Cependant, que se passerait-il si le canal sensoriel tactile était également perturbé? Il s’agit d’un résultat possible de l’utilisation de rétroaction vibrotactile (VTF) pour l’augmentation sensorielle, car il capte l’attention de l’individu8. Aujourd’hui, la rétroaction augmentée de différentes modalités est utilisée comme un outil externe, destiné à améliorer notre rétroaction sensorielle interne et à améliorer les performances lors de l’apprentissage moteur, dans le sport et dans les paramètres de réadaptation9.
L’étude des stimuli visuels-tactiles incongres peut améliorer notre compréhension en ce qui concerne la perception de l’apport sensoriel. En particulier, la quantification de l’additif ou de la valeur réductive de VTF pendant la fonction motrice qui implique des stimuli visuels-tactiles incongrents, peut aider dans la conception de prothèses futures, le sport-wear intelligent, ou tout autre vêtement qui incorporent le VTF. Étant donné que les amputés sont privés de stimuli tactiles à l’aspect distal de leur résidu, leur utilisation quotidienne du VTF, incorporée dans la prothèse pour transmettre la connaissance de préhension, par exemple, pourrait influencer la façon dont ils perçoivent la rétroaction visuelle. La compréhension du mécanisme de perception dans ces conditions, permettra aux ingénieurs de perfectionner les modalités de VTF pour réduire l’effet négatif sur les utilisateurs de VTF.
Nous avons cherché à tester l’effet de la VTF sur la réponse à des stimuli visuels-tactiles incongrents. Dans la configuration présentée, la rétroaction tactile est acquise en saisissant un bloc et en le déplaçant sur une partition; la rétroaction visuelle est une présentation virtuelle en temps réel du bloc mobile et de la partition (acquise à l’aide d’un système de capture de mouvement). Étant donné que le sujet est empêché de voir le mouvement de la main réelle, la seule rétroaction visuelle est le virtuel. La rétroaction congruente est la présentation fiable du mouvement du bloc, de sorte que le sujet sent que le bloc est saisi et le voit se déplacer avec le chemin de la main. La rétroaction incongri apparaît comme le mouvement du bloc détourne de la trajectoire de mouvement réelle, de sorte qu’il semble tomber de la main quand il est effectivement encore détenu par le sujet, ce qui contredit la rétroaction tactile. Trois hypothèses ont été testées: lors du déplacement d’un objet d’un endroit à un autre à l’aide d’une rétroaction visuelle virtuelle, (i) le chemin et la durée du mouvement de transfert de l’objet augmentent lorsque des stimuli visuels-tactiles incongrés sont présentés, (II) ce changement sera augmentation lorsque des stimuli visuels-tactiles incongris sont présentés et que le VTF est activé sur le bras mobile, et (III) une corrélation positive sera trouvée entre le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF activé et la trajectoire et la durée de la mouvement de transfert de l’objet. La première hypothèse provient de la littérature susmentionnée qui signale que diverses modalités de rétroaction incongri affectent nos réponses. La deuxième hypothèse porte sur les constatations antérieures selon lesquelles le VTF saisit l’attention de l’individu. Pour la troisième hypothèse, nous avons supposé que les sujets qui étaient plus perturbés par le VTF, feront confiance à la rétroaction visuelle virtuelle plus que leur sens tactile.
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Protocol
Le protocole suivant suit les directives du Comité d’éthique de la recherche humaine de l’Université. Voir le tableau des matériaux pour référence aux produits commerciaux.
NOTE: après avoir reçu l’approbation du Comité d’éthique universitaire, 20 personnes en bonne santé (7 mâles et 13 femelles, moyenne et écart-type [SD] d’âge 30,2 ± 16,3 ans) ont été recrutées. Chaque sujet a lu et signé un formulaire de consentement éclairé préjugé. Les critères d’inclusion étaient des personnes droitiers âgées de 18 ans ou plus. Les critères d’exclusion étaient les troubles neurologiques ou orthopédiques affectant les extrémités supérieures ou la déficience visuelle non corrigée. Les sujets étaient naïfs pour les occurrences de rétroaction visuelle-tactile incongrues.
1. préparation avant le procès
- Utilisez la boîte en bois de la boîte et bloque l’essai10. Les dimensions de la boîte sont 53,7 cm x 26,9 cm x 8,5 cm et au milieu de celui-ci, est une cloison de 15,2 cm de hauteur. Placez une couche d’éponge molle des deux côtés de la cloison. Placez six marqueurs réfléchissants passifs sur l’aspect opposé à l’écran, aux quatre coins et aux deux extrémités de la cloison (figure 1a).
- Utilisez une imprimante 3D pour fabriquer un cube avec des dimensions de 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm, attaché à une base avec des dimensions de 4,5 cm x 4,5 cm x 1 cm. Avant l’impression, coupez chaque coin de la base pour créer un carré de taille 1 cm x 1 cm à chaque coin (figure 1a). Fixez des marqueurs réfléchissants passifs sur les quatre coins de la base.
- Placez un grand écran d’environ 1,5 m devant une table, de sorte qu’un sujet, debout derrière la table, soit à environ 2 m de l’écran. Placez la boîte sur la table, à 10 cm du bord opposé à l’écran.
- Utilisez un système de capture de mouvement à 6 caméras, activé à 100 Hz, avec un plug-in pour visualiser la partition et le mouvement du bloc en temps réel (figure 1). Calibrer le système de capture de mouvement, selon les directives du fabricant, de sorte que le bloc et la cloison de la boîte sont reconnues comme corps rigides.
Remarque: l’étalonnage correct du système de capture de mouvement et l’utilisation de petits marqueurs qui sont solidement attachés au bloc et à la cloison sont nécessaires pour maintenir l’illusion.
2. Placer le système de rétroaction vibrotactile sur le sujet
Remarque: le système VTF décrit dans le présent document a été précédemment publié11,12,13,14.
- Demandez au sujet d’enlever la montre-bracelet, les bracelets et les bagues. Fixez le contrôleur du système VTF à l’avant-bras du sujet (figure 2, image de gauche).
- Fixez deux capteurs de force minces et flexibles à l’aspect palmaire du pouce et des doigts d’index sur une fine couche spongieuse (figure 2, image de droite).
- Placez un brassard sur la peau du bras supérieur du sujet (figure 2, image de gauche) et utilisez l’attache pour fermer le brassard confortablement. Le brassard contiendra trois actionneurs vibrotactiles activés via une plate-forme de prototypage électronique à source ouverte à une fréquence de 233 Hz dans une relation linéaire avec la force perçue par les capteurs de force. Les capteurs de force et les actionneurs vibrotactiles sont raccordés à la plate-forme de prototypage électronique à source ouverte via des fils électriques blindés.
3. activation du VTF
- Appuyez sur le bouton pour activer la batterie attachée au contrôleur (figure 2, image de gauche).
- Demandez à l’objet d’appuyer légèrement sur les doigts instrumentés du capteur de force (c.-à-d. le pouce et les index). Notez que le sujet fera état d’un sentiment de vibration à la zone sous le brassard.
- Instruire le sujet de s’entraîner pendant 10 min en saisissant le bloc aussi légèrement que possible, en utilisant seulement les deux doigts instrumenté. Demandez à l’objet de soulever le bloc, déplacez-le, et le remettre sur la table plusieurs fois, en essayant d’appliquer une quantité minimale de force sur le bloc. Encouragez le sujet à tenter de réduire la force appliquée, même si le bloc est lâché pendant la préhension.
4. positionnement et préparation du sujet
- Demandez au sujet de se tenir près de la table (jusqu’à 10 cm de celui-ci), où la boîte et la cloison sont placées.
- Placez un diviseur au bord de la table près du sujet et au-dessus de la boîte, de sorte que le sujet est incapable de voir la boîte, mais peut facilement voir l’écran en face de lui (figure 1a). Pour le diviseur, utiliser un matériau dur non réfléchissant, de préférence du bois, fixé sur quatre pattes, ce qui permet le réglage de leur hauteur, pour accueillir des sujets de différentes hauteurs.
- Demandez au sujet de placer les écouteurs sur sa tête.
- Placez le bloc au milieu du compartiment droit de la boîte et guidez la main du sujet.
5. début de l’essai
Remarque: l’essai décrit est répété deux fois, avec et sans le VTF (une conception croisée est recommandée pour vérifier un effet sans apprentissage). Pour effectuer l’essai sans le VTF, éteignez la batterie attachée au contrôleur (figure 2).
- Activez le logiciel contrôlant les caméras du système de capture de mouvement.
- Dans le panneau de contrôle du logiciel Visual Feedback (figure 1b), sélectionnez avec/sans VTF, tapez le code du sujet, cliquez sur exécuter, connecter, ouvrir et Démarrer.
- Demandez au sujet d’effectuer 16 répétitions de transfert du bloc avec la main instrumenté du capteur de force tout en visualisant le mouvement du bloc virtuel sur l’écran (figure 1b). Après chaque transfert, déplacez le bloc de nouveau sur la partition jusqu’à son emplacement de départ.
- Après que le sujet a terminé 16 répétitions, cliquez sur Stop.
- Demandez au sujet de noter le niveau de difficulté d’effectuer la tâche de transférer le bloc 16 fois, avec et sans le VTF, selon l’échelle suivante: ' 0 ' (pas difficile du tout), ' 1 ' (légèrement difficile), ' 2 ' (modérément difficile), ' 3 ' (très difficile), et «4» (extrêmement difficile).
6. post-analyse
- Utilisez les données de coordonnées 3D du bloc pour calculer le chemin d’accès du bloc et son temps de transfert. Marquez l’heure de début et de décalage de chaque transfert manuellement comme lorsque le bloc est à la hauteur des jantes de la droite (début), puis à gauche (décalage) côtés de la boîte. Calculez la longueur de trajet de chaque transfert en fonction de l’équation suivante:
1
où
et 
sont les coordonnées 3D du bloc dans deux points de temps ultérieurs. - Pour les deux conditions, avec et sans VTF, moyenne la longueur du trajet et le temps de transfert une fois pour les deux transferts avec des signaux visuels-tactiles incongrent et une fois pour les 14 transferts avec les signaux visuels-tactiles congruents.
- Normalisé le chemin et le temps pendant le transfert de bloc en présence de signaux visuels-tactiles incongrents par le chemin et le temps pendant le transfert de bloc avec la présence de signaux visuels-tactiles congruents. Effectuez la normalisation séparément pour les deux conditions (avec et sans VTF).
- Effectuez une ANOVA à mesures répétées à l’intérieur du sujet avec deux facteurs: VTF (avec et sans) et rétroaction visuelle-tactile incongrante (avec et sans).
- S’il n’y a pas de différences statistiques lors de l’analyse des résultats en suivant les instructions de la sous-section 6,4, utiliser des mesures répétées bayésiennes ANOVAs avec deux facteurs15.
- Utilisez le test de corrélation du Spearman avec le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF activé et avec le chemin normalisé et la durée du mouvement
- Définissez l’importance statistique à p <. 05.
et 
sont les coordonnées 3D du bloc dans deux points de temps ultérieurs.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Nous avons utilisé la technique décrite pour tester les trois hypothèses que lors du déplacement d’un objet d’un endroit à un autre en utilisant la rétroaction visuelle virtuelle: (i) le chemin et la durée du mouvement de transfert de l’objet augmentera lorsque des stimuli visuels-tactiles incongrés sont présenté (II) ce changement augmentera lorsque des stimuli visuels-tactiles incongris sont présentés et que le VTF est activé sur le bras mobile; et (III) une corrélation positive sera trouvée entre le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF activé et le chemin et la durée du mouvement de transfert de l’objet.
Les résultats appuient la troisième hypothèse. Les niveaux de Difficulté signalés de l’exécution de la tâche avec et sans le VTF sont présentés à la figure 3. Selon le test de corrélation de Spearman, le niveau de Difficulté perçu (de' 0 ' = pas difficile du tout, à' 4 ' = extrêmement difficile) d’effectuer la tâche avec le VTF a significativement corrélé avec la longueur de chemin normalisée du bloc avec VTF (r = 0,675, p = 0,002; Figure 4). En d’autres termes, la longueur de trajet normalisée en présence de signaux visuels-tactiles incongrs était plus longue pour les sujets qui considéraient la tâche comme plus difficile lors de l’utilisation du VTF. Il n’y avait pas de corrélation significative entre le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF et la longueur de chemin normalisée du bloc sans VTF (r = 0,132, p = 0,589). En outre, il n’y a pas eu de corrélation significative entre le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF et le temps de transfert normalisé du bloc, avec et sans le VTF (r =-0,056, p = 0,825 et r =-0,066, p = 0,788, respectivement).
Nous suggérons de normaliser la longueur et le temps du trajet, puisque le temps absolu et le chemin de chaque sujet dépendaient de la vitesse de déplacement et de la stratégie de chaque sujet, de sorte qu’une valeur non normalisée n’aurait pas reflété le changement de modèle de mouvement de l’individu en raison de la l’apparence des signaux visuels-tactiles incongru. Puisque, après chaque transfert, nous avons repositionné le bloc de nouveau à la position de départ exacte, la longueur de chemin du bloc n’a pas été affectée par la position de départ. Pour l’ANOVA à mesures répétées à l’intérieur du sujet avec deux facteurs, le VTF (avec et sans) et la rétroaction visuelle-tactile incongrante (avec et sans), aucun effet principal statistiquement significatif n’a été trouvé dans la longueur des trajectoires de main pendant un transfert de bloc pour essais avec VTF comparativement aux essais sans VTF (F (1, 15) = 0,029, p = 0,866) et pour les essais avec rétroaction visuelle-tactile congruente par rapport aux essais avec rétroaction visuelle-tactile incongrante (F (1, 15) = 0,031, p = 0,863). En outre, aucun effet principal statistiquement significatif n’a été trouvé dans les temps pour transférer un bloc pour les essais avec VTF par rapport aux essais sans VTF (F (1, 15) = 0,354, p = 0,561) et pour les essais avec une rétroaction visuelle-tactile congruente par rapport aux essais avec incongrent rétroaction visuelle-tactile (F (1, 15) = 1,169, p = 0,297).
Pendant les essais sans VTF, il n’y avait pas de différences statistiquement significatives dans la longueur des trajectoires de la main pendant un transfert de bloc entre les transferts enregistrés avec des signaux visuels-tactiles incongres et congruents (27,3 ± 13,1 cm et 25,9 ± 12,2 cm, respectivement) et entre les temps de transfert d’un bloc enregistré avec des signaux visuels-tactiles incongres et congruents (1,18 ± 0,56 s et 1,20 ± 0,57 s, respectivement). De même, lors de l’ajout de VTF, il n’y avait pas de différences statistiquement significatives dans les longueurs des trajectoires des mains pendant un transfert de bloc, enregistrées avec des signaux visuels-tactiles incongres et congruents (24,7 ± 7,4 cm et 26,1 ± 11,1 cm, respectivement) et entre les temps de transfert d’un bloc enregistré avec des signaux visuels-tactiles incongres et congruents (1,21 ± 0,38 s et 1,06 ± 0,41 s, respectivement). Selon les statistiques bayésiennes, l’absence de différence impliquant les facteurs de groupe ne peut être considérée que comme une preuve anecdotique étant donné qu’aucun des modèles montés n’est nettement meilleur que le modèle nul (2,769 < tous les BF01 < 33,573) avec un erreur maximale de 2,72%.
Figure 1: la configuration de l’essai. (a) les marqueurs placés sur la boîte (6 marqueurs en rouge, dont 2 ont été placés sur la cloison) et le bloc (4 marqueurs en bleu), cachés des yeux du sujet. Les marqueurs ont été suivis en temps réel par le système de capture de mouvement et les coordonnées 3D de tous les marqueurs ont été enregistrées en temps réel. (b) la cloison et le mouvement du bloc ont été présentés sur un écran, situé en face du sujet. Les étapes d’activation du logiciel sont décrites dans le protocole de recherche. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2: le système de rétroaction vibrotactile. Le contrôleur du système est attaché à l’avant-bras du sujet et le brassard est enroulé autour du bras supérieur (image de gauche). Les capteurs de force sont placés sur l’aspect palmaire du pouce et les doigts index (image de droite). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3: les niveaux de Difficulté signalés (0 = pas difficile du tout, 1 = légèrement difficile, 2 = modérément difficile, 4 = extrêmement difficile) d’effectuer la tâche avec et sans la rétroaction vibrotactile (VTF). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4: un diagramme de dispersion du niveau de Difficulté perçu (0 = pas difficile du tout, 1 = un peu difficile, 2 = modérément difficile, 4 = extrêmement difficile) d’effectuer la tâche avec VTF par rapport à la longueur de chemin normalisée du bloc lors du transfert avec le VTF. La longueur de trajet normalisée (la longueur du trajet en présence de signaux visuels-tactiles incongrs divisé par la longueur du trajet en présence de signaux visuels-tactiles congruents) était significativement plus longue pour les sujets qui considéraient la tâche comme plus difficile lorsque en utilisant le VTF. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
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Discussion
Dans cette étude, un protocole qui quantifie l’effet de l’ajout de VTF sur la cinématique de transfert d’objet en présence de stimuli visuels-tactiles incongrés a été présenté. Au meilleur de notre connaissance, c’est le seul protocole disponible pour tester l’effet de VTF sur la réponse à des stimuli visuels-tactiles incongrents. Les différentes étapes critiques impliquées dans l’application de stimuli visuels-tactiles incongri lors du transfert d’objet avec VTF sont les suivantes: fixation du système VTF au sujet, activation du VTF, préparation du système de capture de mouvement et de la tâche de mouvement et activer la rétroaction visuelle. Il est essentiel que le sujet ne soit pas conscient de la possibilité de rétroaction trompeuse pendant le procès. Pour ce faire, le fond de la boîte est doublé d’une couche d’éponge douce et les sujets portaient des écouteurs pour éliminer la rétroaction auditive du bloc tombant et frapper la boîte en bois. En outre, les deux transferts de rétroaction incongres sont choisis aléatoirement sur les 16 transferts, et sont programmés pour simuler une chute dans le compartiment de départ de la boîte après avoir atteint 2 cm en dessous de la hauteur de la cloison, de sorte que la main est dans le milieu de l’air. Les deux signaux visuels trompeurs aléatoires ont été programmés de sorte qu’ils ne se produiraient pas dans les deux premiers ou derniers transferts de bloc et avec au moins un transfert non trompeur entre eux.
Un avantage de ce protocole est que la rétroaction visuelle trompeuse apparaît aléatoirement et seulement pour une couple de fois pendant l’essai de 16-transfert. Cela empêche le sujet de se méfier de la présentation virtuelle. Étant donné que le conflit entre les deux signaux, fourni au sujet dans cet essai, est très élevé, le protocole soumis vise à augmenter la fiabilité de la rétroaction visuelle trompeuse, en présentant un nombre raisonnable de gouttes de bloc. Il a été discuté par Shams16 que l’interaction entre les signaux auditifs et visuels est affectée par le degré de conflit entre les deux et les connaissances préalables concernant la configuration de l’essai. Cela pourrait également être le cas dans l’interaction entre les signaux tactiles et visuels, conçu ici. Un autre avantage du système est que, afin de présenter l’emplacement du bloc en temps réel, le système de capture de mouvement calcule les coordonnées 3D du bloc, de sorte que l’analyse du temps de mouvement et le chemin du bloc dans chaque répétition peut être effectuée efficacement et précisément à la fin du procès.
En utilisant ce protocole, nos résultats préliminaires suggèrent que lors de l’analyse des signaux visuels-tactiles incongrés, l’un acquis directement par le toucher léger et l’autre acquis indirectement par la vision (représentation virtuelle), le sujet peut avoir ignoré le indirect rétroaction visuelle, et a répondu au signal tactile direct. Cela a également été confirmé en présence de VTF, rejetant ainsi la deuxième hypothèse. Nous nous attendions à ce que le VTF détourne l’attention du sujet de la lumière directe rétroaction tactile, obligeant ainsi le sujet à réagir avec hésitation à des stimuli incongri. On s’attendait à ce que l’hésitation soit exprimée par le chemin plus long et la durée du transfert de bloc. L’hypothèse reposait sur les résultats de recherches antérieures qui montraient que les stimuli vibrotactiles de nouveaux stimulus capturent l’attention à partir d’une tâche visuelle continue8. La longueur et la durée du trajet ont été choisies comme indicateurs d’hésitation, différant entre deux conditions: lorsque la rétroaction visuelle trompeuse se produit, le sujet peut soit faire confiance au feedback tactile ou à la rétroaction visuelle. Si le sujet approuve la rétroaction tactile, alors nous nous attendons à ce qu’il ou elle continuera le chemin de mouvement lisse. Inversement, si le sujet fait confiance à la fausse rétroaction visuelle, nous nous attendons à ce qu’il ou elle déplacera la main de nouveau pour saisir le bloc tombé et le retransférer (augmentant la longueur et la durée du trajet). Une explication possible de l’absence d’effet de la VTF sur la cinématique de déplacement du bloc est que, puisque le VTF a été appliqué en conjonction avec la rétroaction tactile directe, le VTF n’a pas été une perturbation mais plutôt comme un amplificateur indirect au tactile direct réactions. Cela a permis aux sujets de continuer à faire confiance à la rétroaction tactile, directe et indirecte, sur la rétroaction visuelle virtuelle. En plus du potentiel de distraction par signal vibrotactile, un autre aspect de l’application des vibrations au cours du fonctionnement du moteur doit être envisagé: son effet sur notre perception des sens tactiles et proprioception. Des études ont montré que les vibrations tendineuses causaient des illusions entre la perception tactile et le sens de la dimension corporelle ou la position17,18,19. Par exemple, les vibrations des tendons du muscle biceps ou triceps ont produit une illusion proprioceptive qui a eu un effet sur le sens du toucher20. Cependant, l’effet de la VTF (c.-à-d. vibration en conjonction avec les stimuli tactiles) sur la perception tactile elle-même n’a pas été étudié de sorte que l’on ne peut pas théoriser si les vibrations appliquées au bras supérieur pendant l’essai ont affecté la perception de la des sens proprioceptifs ou tactiles du sujet. Enfin, une explication possible du rejet de la deuxième hypothèse est que les différences individuelles dans la capacité des sujets à traiter le VTF, comme indiqué ci-dessous.
Dans cette étude, la forte corrélation entre le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF et le chemin normalisé du bloc avec le VTF, prouve la troisième hypothèse et suggère que les sujets, qui ont estimé que le VTF les a dérangés, ont fait confiance au rétroaction visuelle virtuelle plus que leurs sens tactiles. Des rapports semblables de différences individuelles dans la perception des illusions de sens sont documentés dans la littérature. Par exemple, les sujets avec des scores plus élevés de l’échelle de suggestibilité sensorielle (SSS) ont évalué le sentiment de propriété d’une main en caoutchouc dans l’illusion de main en caoutchouc comme plus élevé par rapport aux sujets avec des scores SSS inférieurs21. Un autre aspect des différences individuelles dans la perception des illusions peut résulter de différences dans la fenêtre temporelle de liaison perceptuelle, ce qui provoque des altérations lors de l’intégration des repères multisensoriels22. Il a été constaté que les individus avec des fenêtres de liaison perceptuelle plus étroites étaient moins susceptibles de percevoir une illusion, suggérant qu’ils sont plus susceptibles de dissocier les entrées temporalement asynchrones. Il convient de noter qu’il n’y a pas de corrélation significative entre le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF et le temps normalisé du bloc avec VTF. Cela peut s’expliquer par la vélocité de la main. Plus précisément, lorsque les sujets ont augmenté leur longueur de chemin de main en présence du signal virtuel trompeur, ils pourraient avoir accéléré leur mouvement de la main de sorte que la durée totale pour remplir la tâche est resté similaire à celui effectué par eux sans le rétroaction trompeuse.
Une limitation de ce protocole est que les instructions fournies aux sujets pour appliquer une force minimale au bloc ont probablement été exécutées différemment par les sujets, de sorte que certains ont appliqué des forces plus élevées que d’autres, percevant ainsi une plus haute tactile directe signal, ce qui aurait pu affecter les résultats. Malheureusement, les forces détectées par les capteurs de force pour affirmer cette hypothèse n’ont pas été enregistrées. L’enregistrement des forces est une caractéristique facultative pour les études futures qui pourraient fournir des informations sur les informations tactiles perçues par le sujet pendant l’essai. En outre, la représentation virtuelle conçue ici a fourni le mouvement de bloc et l’emplacement de la partition de boîte de sorte qu’il n’y avait aucune représentation virtuelle de la main du sujet. Comme les recherches antérieures ont montré que les informations visuelles concernant la position apparente de la main peuvent avoir des influences transversales sur les jugements tactiles, même lorsque la vision est en contradiction avec la proprioception23,24,25, la l’ajout de la représentation des mains dans cet essai peut avoir modifié les résultats de cette étude. En outre, la tâche choisie de transfert de bloc aurait pu être trop rapide. La modification future de ce protocole pourrait inclure une tâche plus compliquée de sorte que les différences dans les durées d’achèvement de la tâche, avec et sans VTF, auraient été plus considérables. En outre, les différences individuelles peuvent être contrôlées en utilisant le SSS. Enfin, seul un nombre minimal de répétitions de la rétroaction visuelle-tactile incongrent sont possibles dans ce protocole, afin de ne pas alerter le sujet en ce qui concerne la rétroaction visuelle trompeuse. La fiabilité du protocole serait compromise si les sujets soupçonnent qu’ils sont trompés par la présentation visuelle. Par conséquent, la proportion de rétroaction trompeuse par rapport au nombre total d’essais devrait être minime. Malheureusement, le petit nombre d’instances incongrentes peut limiter la puissance statistique.
En résumé, un nouveau protocole, qui présente la rétroaction visuelle virtuelle trompeuse du mouvement, a été testé avec et sans VTF. Les résultats préliminaires montrent que nous faisons confiance aux signaux tactiles directs et indirects sur un signal visuel indirect. En outre, les différences entre les sujets influencent la réponse aux signaux incongrés, de sorte que les sujets, qui se sentaient plus perturbés par le VTF, ont fait confiance au signal visuel trompeur sur le signal tactile. Ce protocole pourrait être exploré plus avant dans les amputés des membres supérieurs, qui utilisent des prothèses, équipées de VTF.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Cette étude n’a pas été financée.
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).
