Summary
Presentiamo un protocollo per applicare gli stimoli visivi-tattili incongruenti durante un'attività di trasferimento di oggetti. In particolare, durante i trasferimenti a blocchi, eseguiti mentre la mano è nascosta, una presentazione virtuale del blocco mostra occorrenze casuali di blocchi falsi. Il protocollo descrive anche l'aggiunta di feedback vibrotattili durante l'esecuzione del task motore.
Abstract
Raramente si esplorava l'applicazione di segnali sensoriali incongruenti che coinvolgono un feedback tattile interrotto, in particolare con la presenza di feedback vibrotattili (VTF). Questo protocollo mira a testare l'effetto di VTF sulla risposta a stimoli visivi-tattili incongruenti. Il feedback tattile viene acquisito afferrando un blocco e spostandolo su una partizione. Il feedback visivo è una presentazione virtuale in tempo reale del blocco mobile, acquisita utilizzando un sistema di Motion Capture. Il feedback congruente è la presentazione affidabile del movimento del blocco, in modo che il soggetto senta che il blocco è affinato e vederlo muoversi insieme al percorso della mano. Il feedback incongruente appare come il movimento del blocco diverte dal percorso di movimento effettivo, in modo che sembra cadere dalla mano quando è in realtà ancora detenuto dal soggetto, in modo da contraddire il feedback tattile. Venti soggetti (età 30,2 ± 16,3) ripetevano 16 blocchi di trasferimento, mentre la loro mano era nascosta. Questi sono stati ripetuti con VTF e senza VTF (totale di 32 blocchi di trasferimento). Gli stimoli incongruenti sono stati presentati casualmente due volte all'interno delle 16 ripetizioni in ogni condizione (con e senza VTF). Ogni soggetto è stato chiesto di votare il livello di difficoltà di eseguire il compito con e senza il VTF. Non vi sono state differenze statisticamente significative nella lunghezza dei percorsi delle mani e delle durate tra i trasferimenti registrati con segnali visivi-tattili congruenti e incongruenti – con e senza il VTF. Il livello di difficoltà percepito di eseguire l'operazione con il VTF significativamente correlato con la lunghezza del percorso normalizzato del blocco con VTF (r = 0,675, p = 0,002). Questa impostazione viene utilizzata per quantificare il valore additivo o riduttivo di VTF durante la funzione motoria che coinvolge incongruenti stimoli visivi-tattili. Le applicazioni possibili sono la progettazione protesica, l'abbigliamento sportivo intelligente o qualsiasi altro indumento che incorpora VTF.
Introduction
Le illusioni sono sfruttazioni dei limiti dei nostri sensi, poiché percepiamo erroneamente le informazioni che si discosta dalla realtà oggettiva. La nostra inferenza percettiva si basa sulla nostra esperienza nell'interpretare i dati sensoriali e sul calcolo del nostro cervello della stima più affidabile della realtà in presenza di input sensoriale ambiguo1.
Una sottocategoria nella ricerca delle illusioni è quella che unisce segnali sensoriali incongruenti. L'illusione che deriva da segnali sensoriali incongruenti proviene dalla costante integrazione multisensoriale eseguita dal nostro cervello. Mentre ci sono numerosi studi riguardanti l'incongruenza nei segnali visivi-uditivi, l'incongruenza in altre coppie sensoriali è meno segnalata. Questa differenza nel numero di report potrebbe essere attribuita alla maggiore semplicità nella progettazione di una configurazione che incorpora incongruenza visiva-uditiva. Tuttavia, gli studi che riportano i risultati relativi ad altre modalità di coppie sensoriali, sono interessanti. Ad esempio, l'effetto di segnali visivi-aptici incongruenti sulla sensibilità visiva2 è stato studiato utilizzando un sistema in cui gli stimoli visivi e aptici sono stati abbinati in frequenza spaziale; Tuttavia, l'orientamento tattile e visivo era identico (congruente) o ortogonale (incongruente). In un altro studio, l'effetto di incongruenti stimoli di movimento visivo-tattile sulla direzione visiva percepita del movimento è stato studiato utilizzando uno stimolatore di integrazione cross-modale visivo-tattile con un pannello illuminato che presenta stimoli visivi e un tattile stimolatore che presenta stimoli di movimento tattili con direzione di movimento arbitrario, velocità e profondità di indentazione nella pelle3. È stato suggerito che rappresentiamo internamente sia la distribuzione statistica del compito e la nostra incertezza sensoriale, combinandole in un modo coerente con un processo bayesiano che ottimizza le prestazioni4.
La realtà virtuale ha fatto la capacità di ingannare il feedback visivo al soggetto un compito facile. Diversi studi hanno utilizzato la realtà virtuale multisensoriale per boli di informazioni visive e somatosensoriali. Ad esempio, la realtà virtuale è stata recentemente utilizzata per indurre l'incarnazione nel corpo di un bambino, con o senza attivazione di una distorsione vocale a forma di bambino5. In un altro esempio, la presentazione visiva della distanza percorsa durante l'auto-movimento è stata estesa ed è quindi incongruente con la distanza percorsa dai segnali a base di corpo6. Una configurazione di realtà virtuale simile è stata progettata per un'attività in bicicletta7. Tutta la suddetta letteratura, tuttavia, non combinava un'interferenza con uno dei sensi, oltre al segnale incongruente. Abbiamo scelto il senso tattile per ricevere un tale disturbo.
Il nostro sistema sensoriale tattile fornisce una prova diretta sul fatto che un oggetto sia affinato. Ci aspettiamo quindi che quando il feedback visivo diretto è distorto o non disponibile, il ruolo del sistema sensoriale tattile nelle attività di manipolazione degli oggetti sarà prominente. Ma cosa accadrebbe se anche il canale sensoriale tattile fosse disturbato? Questo è un possibile risultato dell'utilizzo di feedback vibrotattile (VTF) per l'aumento sensoriale, in quanto cattura l'attenzione del singolo8. Oggi, il feedback aumentato di diverse modalità viene utilizzato come strumento esterno, inteso a migliorare il nostro feedback sensoriale interno e migliorare le prestazioni durante l'apprendimento motorio, nello sport e nelle impostazioni di riabilitazione9.
Lo studio di incongruenti stimoli visivi-tattili può migliorare la nostra comprensione per quanto riguarda la percezione dell'input sensoriale. In particolare, la quantificazione del valore additivo o riduttivo di VTF durante la funzione motoria che coinvolge incongruenti stimoli visivi-tattili, può aiutare nel futuro disegno protesica, Smart sport-usura, o qualsiasi altro indumento che incorporano VTF. Poiché gli amputati sono privi di stimoli tattili all'aspetto distale del loro residuo, il loro uso quotidiano del VTF, incorporato nella protesi per trasmettere la conoscenza dell'afferrare, ad esempio, potrebbe influenzare il modo in cui percepiscono il feedback visivo. La comprensione del meccanismo di percezione in queste condizioni, consentirà agli ingegneri di perfezionare le modalità VTF per ridurre l'effetto negativo sugli utenti VTF.
Abbiamo mirato a testare l'effetto di VTF sulla risposta a stimoli visivi-tattili incongruenti. Nella configurazione presentata, il feedback tattile viene acquisito afferrando un blocco e spostandolo su una partizione; il feedback visivo è una presentazione virtuale in tempo reale del blocco in movimento e della partizione (acquisita utilizzando un sistema di Motion Capture). Dal momento che il soggetto è impedito di vedere il movimento effettivo della mano, l'unico feedback visivo è quello virtuale. Il feedback congruente è la presentazione affidabile del movimento del blocco, in modo che il soggetto senta che il blocco è affinato e vede muoversi insieme al percorso della mano. Il feedback incongruente appare come il movimento del blocco diverte dal percorso di movimento effettivo, in modo che sembra cadere dalla mano quando è in realtà ancora detenuto dal soggetto, in modo da contraddire il feedback tattile. Sono state testate tre ipotesi: quando si sposta un oggetto da un luogo all'altro utilizzando un feedback visivo virtuale, (i) il percorso e la durata del movimento di trasferimento dell'oggetto aumenteranno quando vengono presentati gli stimoli visivi-tattili incongruenti, (II) questa modifica sarà aumentare quando si presentano incongruenti stimoli visivi-tattili e VTF è attivato sul braccio mobile, e (III) si trova una correlazione positiva tra il livello di difficoltà percepito di eseguire il compito con il VTF attivato e il percorso e la durata del movimento di trasferimento dell'oggetto. La prima ipotesi proviene dalla suddetta letteratura che riporta che varie modalità di feedback incongruenti influenzano le nostre risposte. La seconda ipotesi riguarda le precedenti constatazioni che VTF cattura l'attenzione dell'individuo. Per la terza ipotesi, abbiamo ipotizzato che i soggetti che erano più disturbati dal VTF, si fideranno del feedback visivo virtuale più del loro senso tattile.
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Protocol
Il seguente protocollo segue le linee guida del comitato etico di ricerca umana dell'Università. Vedere la tabella dei materiali per il riferimento ai prodotti commerciali.
Nota: dopo aver ricevuto l'approvazione della Commissione d'etica universitaria, sono stati reclutati 20 individui sani (7 maschi e 13 femmine, media e deviazione standard [DS] di età 30,2 ± 16,3 anni). Ogni soggetto ha letto e firmato un modulo di consenso informato preprocessato. I criteri di inclusione erano persone destri di età pari o superiore a 18 anni. I criteri di esclusione erano qualsiasi compromissione neurologica o ortopedica che interessavano gli arti superiori o la compromissione visiva non corretta. I soggetti erano ingenui per le occorrenze di feedback visivo-tattile incongruente.
1. preparazione preliminare
- Utilizzare la scatola di legno dalla scatola e blocchi di prova10. Le dimensioni della scatola sono 53,7 cm x 26,9 cm x 8,5 cm e nel mezzo di esso, è una partizione alta 15,2 cm. Posizionare uno strato di spugna morbida su entrambi i lati della partizione. Posizionare sei marcatori riflettenti passivi sull'aspetto opposto allo schermo, ai quattro angoli e su entrambe le estremità della partizione (Figura 1a).
- Utilizzare una stampante 3D per fabbricare un cubo con le dimensioni di 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm, attaccato ad una base con le dimensioni di 4,5 cm x 4,5 cm x 1 cm. Prima di stampare, tagliare ogni angolo della base per creare un quadrato di dimensioni 1 cm x 1 cm ad ogni angolo (Figura 1a). Attaccare marcatori riflettenti passivi sui quattro angoli della base.
- Posizionare un grande schermo di circa 1,5 m di fronte a un tavolo, in modo che un soggetto, in piedi dietro il tavolo, sia a circa 2 m dallo schermo. Posizionare la scatola sul tavolo, 10 cm dal bordo opposto allo schermo.
- Utilizzare un sistema di acquisizione del movimento a 6 telecamere, attivato a 100 Hz, con un plug-in per visualizzare la partizione e il movimento del blocco in tempo reale (Figura 1). Calibrare il sistema di Motion Capture, secondo le linee guida del produttore, in modo che il blocco e la partizione della scatola siano riconosciuti come corpi rigidi.
Nota: la corretta calibrazione del sistema di Motion Capture e l'utilizzo di piccoli marcatori che sono saldamente attaccati al blocco e alla partizione sono necessari per mantenere l'illusione.
2. posizionamento del sistema di feedback vibrotattile sul soggetto
Nota: il sistema VTF qui descritto è stato pubblicato in precedenza11,12,13,14.
- Istruire il soggetto di rimuovere orologio da polso, bracciali e anelli. Collegare il controller di sistema VTF all'avambraccio del soggetto (Figura 2, immagine a sinistra).
- Collegare due sensori di forza sottili e flessibili all'aspetto palmare del pollice e delle dita indice su un sottile strato spugnoso (Figura 2, immagine a destra).
- Posizionare un polsino sulla pelle del braccio superiore del soggetto (Figura 2, immagine a sinistra) e utilizzare il fissaggio per chiudere comodamente il polsino. Il bracciale conterrà tre attuatori vibrotattili attivati tramite una piattaforma di prototipazione elettronica a sorgente aperta ad una frequenza di 233 Hz in una relazione lineare con la forza percepita dai sensori di forza. I sensori di forza e gli attuatori vibrotattili sono collegati alla piattaforma di prototipazione elettronica a sorgente aperta tramite cavi elettrici schermati.
3. attivazione VTF
- Premere il pulsante per attivare la batteria collegata al controllore (Figura 2, immagine a sinistra).
- Chiedere al soggetto di premere le dita strumentate del sensore di forza (cioè il pollice e le dita indice) insieme leggermente. Si noti che il soggetto segnalerà un senso di vibrazione nell'area sotto il polsino.
- Istruire il soggetto di allenarsi per 10 minuti nel afferrare il blocco con la massima leggerezza possibile, utilizzando solo le due dita strumentate. Chiedi al soggetto di sollevare il blocco, spostarlo e riposizionarlo sul tavolo più volte, tentando di applicare una quantità minima di forza sul blocco. Incoraggiate il soggetto a tentare di ridurre la forza applicata, anche se il blocco viene abbandonato durante la cattura.
4. posizionamento e preparazione del soggetto
- Istruire il soggetto di stare vicino al tavolo (fino a 10 cm da esso), dove la scatola e la partizione sono posizionati.
- Posizionare un divisore sul bordo del tavolo vicino al soggetto e sopra la scatola, in modo che il soggetto non sia in grado di vedere la scatola, ma può facilmente vedere lo schermo di fronte a lui o lei (Figura 1a). Per il divisore, utilizzare un materiale rigido non riflettente, preferibilmente in legno, fissato su un quattro gambe, che consentono la regolazione della loro altezza, per ospitare soggetti di diverse altezze.
- Istruisci il soggetto a posizionare gli auricolari sulla sua testa.
- Posizionare il blocco al centro del compartimento destro della scatola e guidare la mano del soggetto ad esso.
5. inizio del processo
Nota: la versione di prova descritta viene ripetuta due volte, con e senza VTF (si consiglia un disegno cross-over per verificare un effetto di apprendimento non). Per eseguire la prova senza VTF, spegnere la batteria collegata al controllore (Figura 2).
- Attivare il software di controllo delle telecamere del sistema di Motion Capture.
- Nel pannello di controllo del software di feedback visivo (Figura 1B), selezionare con/senza VTF, digitare il codice dell'oggetto, fare clic su Esegui, Connetti, Apri e Avvia.
- Indicare al soggetto di eseguire 16 ripetizioni di trasferimento del blocco con la mano instrumentata del sensore di forza mentre si Visualizza il movimento del blocco virtuale sullo schermo (Figura 1B). Dopo ogni trasferimento, spostare il blocco di nuovo attraverso la partizione alla sua posizione di partenza.
- Dopo che il soggetto ha completato 16 ripetizioni, fare clic su Interrompi.
- Chiedere al soggetto di valutare il livello di difficoltà di eseguire il compito di trasferire il blocco 16 volte per doppio, con e senza il VTF, secondo la seguente scala:' 0' (non è affatto difficile),' 1' (leggermente difficile),' 2' (moderatamente difficile),' 3' (molto difficile), è 4' (estremamente difficile).
6. analisi post
- Utilizzare i dati delle coordinate 3D del blocco per calcolare il percorso del blocco e il relativo tempo di trasferimento. Contrassegnare manualmente il tempo di inizio e di offset di ogni trasferimento come quando il blocco è all'altezza dei cerchi del lato destro (esordio) e poi a sinistra (offset) della scatola. Calcolare la lunghezza del percorso di ogni trasferimento in base alla seguente equazione:
1
dove
e 
sono le coordinate 3D del blocco in due punti temporali successivi. - Per entrambe le condizioni, con e senza VTF, media la lunghezza del percorso e il tempo di trasferimento una volta per i due trasferimenti con segnali visivi-tattili incongruenti e una volta per i 14 trasferimenti con i segnali visivi-tattili congruenti.
- Normalizzato il percorso e il tempo durante il trasferimento del blocco in presenza di segnali visivi-tattili incongruenti per il percorso e il tempo durante il trasferimento del blocco con la presenza di segnali visivi-tattili congruenti. Eseguire la normalizzazione separatamente per le due condizioni (con e senza VTF).
- Eseguire una ANOVA a misure ripetute all'interno del soggetto con due fattori: VTF (con e senza) e incongruente feedback visivo-tattile (con e senza).
- Se non ci sono differenze statistiche quando si analizzano i risultati seguendo le istruzioni riportate nella sottosezione 6,4, utilizzare le misure bayesiane ripetute ANOVAs con due fattori15.
- Utilizzare il test di correlazione di Spearman con il livello di difficoltà percepito di eseguire il compito con il VTF attivato e con il percorso normalizzato e la durata del movimento
- Impostare l'importanza statistica su p <. 05.
e 
sono le coordinate 3D del blocco in due punti temporali successivi.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Abbiamo usato la tecnica descritta per testare le tre ipotesi che quando si sposta un oggetto da un luogo ad un altro utilizzando il feedback visivo virtuale: (i) il percorso e la durata del movimento di trasferimento dell'oggetto aumenteranno quando gli stimoli visivi-tattili incongruenti sono presenti II) questa variazione aumenterà quando si presenteranno incongruenti stimoli visivi-tattili e si attiverà il VTF sul braccio mobile; e (III) si riscontrerà una correlazione positiva tra il livello di difficoltà percepito di eseguire il compito con il VTF attivato e il percorso e la durata del movimento di trasferimento dell'oggetto.
I risultati sostengono la terza ipotesi. I livelli di difficoltà segnalati di eseguire il compito con e senza il VTF sono presentati in Figura 3. Secondo il test di correlazione di Spearman, il livello di difficoltà percepito (da' 0' = non è affatto difficile, a' 4' = estremamente difficile) di eseguire il compito con il VTF significativamente correlato con la lunghezza del percorso normalizzato del blocco con VTF (r = 0,675, p = 0,002 e Figura 4). In altre parole, la lunghezza del percorso normalizzato in presenza di segnali visivi-tattili incongruenti è stata più lunga per i soggetti che hanno percepito il compito come più difficile quando si utilizza il VTF. Non c'era alcuna correlazione significativa tra il livello di difficoltà percepito di eseguire il compito con il VTF e la lunghezza del percorso normalizzato del blocco senza VTF (r = 0,132, p = 0,589). Inoltre, non c'erano correlazioni significative tra il livello di difficoltà percepito di eseguire il compito con il VTF e il tempo di trasferimento del blocco normalizzato, con e senza il VTF (r =-0,056, p = 0,825 e r =-0,066, p = 0,788, rispettivamente).
Si consiglia di normalizzare la lunghezza e il tempo del percorso, poiché il tempo assoluto e il percorso di ciascun soggetto dipendono dalla velocità di movimento e dalla strategia di ciascun soggetto, in modo che un valore non normalizzato non rifletta la variazione del modello di movimento dell'individuo a causa della l'aspetto dei segnali visivi-tattili incongruenti. Dato che, dopo ogni trasferimento, abbiamo riposizionato il blocco nella posizione di partenza esatta, la lunghezza del tracciato del blocco non è stata influenzata dalla posizione iniziale. Per l'interno-soggetto ripetuto-misure ANOVA con due fattori, VTF (con e senza) e incongruente feedback visivo-tattile (con e senza), non sono stati rilevati effetti principali statisticamente significativi nella lunghezza dei percorsi a mano durante un trasferimento di blocco per studi con VTF rispetto agli studi senza VTF (F (1, 15) = 0,029, p = 0,866) e per gli studi con feedback visivo-tattile congruente rispetto agli studi con feedback visivo-tattile incongruente (F (1, 15) = 0,031, p = 0,863). Inoltre, non sono stati riscontrati effetti principali statisticamente significativi nei tempi di trasferimento di un blocco per le sperimentazioni con VTF rispetto agli studi senza VTF (F (1, 15) = 0,354, p = 0,561) e per le sperimentazioni con feedback visivo-tattile congruente rispetto agli studi con incongruenza feedback visivo-tattile (F (1, 15) = 1,169, p = 0,297).
Durante le prove senza VTF, non c'erano differenze statisticamente significative nella lunghezza dei percorsi delle mani durante un trasferimento di blocco tra i trasferimenti registrati con segnali visivi-tattili incongruenti e congruenti (27,3 ± 13,1 cm e 25,9 ± 12,2 cm, rispettivamente) e tra i tempi di trasferimento di un blocco registrato con segnali visivi-tattili incongruenti e congruenti (rispettivamente 1,18 ± 0,56 s e 1,20 ± 0,57 s). Analogamente, quando si aggiungono VTF, non sono state rilevate differenze statisticamente significative nelle lunghezze dei percorsi delle mani durante un trasferimento di blocco, registrate con segnali visivi-tattili incongruenti e congruenti (rispettivamente 24,7 ± 7,4 cm e 26,1 ± 11,1 cm) e tra il tempo di trasferimento di un blocco registrato con segnali visivi-tattili incongruenti e congruenti (rispettivamente 1,21 ± 0,38 s e 1,06 ± 0,41 s). Secondo le statistiche bayesiane, l'assenza di differenza che coinvolge i fattori del gruppo può essere presa solo come prova aneddotica, dato che nessuno dei modelli montati è sostanzialmente migliore del modello nullo (2,769 < tutti i BF01 < 33,573) con un errore massimo del 2,72%.
Figura 1: la configurazione di prova. (a) marcatori posizionati sulla scatola (6 marcatori in rosso, 2 dei quali sono stati posizionati sulla partizione) e il blocco (4 marcatori in blu), nascosti dagli occhi del soggetto. I marcatori sono stati tracciati in tempo reale dal sistema di Motion Capture e le coordinate 3D di tutti i marcatori sono state registrate in tempo reale. (b) la partizione e il movimento del blocco sono stati presentati su uno schermo, situato di fronte al soggetto. Le fasi di attivazione del software sono descritte nel protocollo di ricerca. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.
Figura 2: il sistema di feedback vibrotattile. Il regolatore di sistema è attaccato all'avambraccio del soggetto e il polsino è avvolto intorno al braccio superiore (immagine a sinistra). I sensori di forza sono posizionati sull'aspetto palmare del pollice e delle dita indice (immagine a destra). Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.
Figura 3: i livelli di difficoltà segnalati (0 = non è affatto difficile, 1 = leggermente difficile, 2 = moderatamente difficile, 4 = estremamente difficile) di eseguire il compito con e senza il feedback vibrotattile (VTF). Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.
Figura 4: un grafico a dispersione del livello di difficoltà percepito (0 = non è affatto difficile, 1 = leggermente difficile, 2 = moderatamente difficile, 4 = estremamente difficile) di eseguire l'operazione con VTF in relazione alla lunghezza del percorso normalizzato del blocco quando trasferito con VTF. La lunghezza del percorso normalizzato (la lunghezza del percorso in presenza di segnali visivi-tattili incongruenti divisi per la lunghezza del percorso in presenza di segnali visivi-tattili congruenti) è risultata significativamente più lunga per i soggetti che hanno percepito il compito come più difficile quando utilizzando il VTF. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.
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Discussion
In questo studio, è stato presentato un protocollo che quantifica l'effetto dell'aggiunta di VTF sulla cinematica di trasferimento di oggetti in presenza di incongruenti stimoli visivi-tattili. Al meglio delle nostre conoscenze, questo è l'unico protocollo disponibile per testare l'effetto di VTF sulla risposta a stimoli visivi-tattili incongruenti. I diversi passaggi critici coinvolti nell'applicazione di incongruenti stimoli visivi-tattili durante il trasferimento di oggetti con VTF includono i seguenti: collegare il sistema VTF al soggetto, attivando il VTF, preparando il sistema di Motion Capture e il compito di movimento e attivando il feedback visivo. È fondamentale che il soggetto non sia a conoscenza della possibilità di fuorviare il feedback durante il processo. Per garantire questo, il fondo della scatola è rivestito con morbido strato di spugna e i soggetti indossavano auricolari per eliminare il feedback uditivo del blocco che cade e colpire la scatola di legno. Inoltre, i due trasferimenti di feedback incongruenti sono scelti casualmente fuori dei 16 trasferimenti, e sono programmati per simulare una caduta nel compartimento di avvio della scatola dopo aver raggiunto 2 cm sotto l'altezza della partizione, in modo che la mano è a mezz'aria. I due segnali visivi fuorvianti casuali sono stati programmati in modo che non si verifichino nel primo o nell'ultimo due trasferimenti di blocco e con almeno un trasferimento non fuorviante tra loro.
Un vantaggio di questo protocollo è che il feedback visivo fuorviante appare casualmente e solo per un paio di volte durante la prova a 16 trasferimenti. Ciò impedisce al soggetto di sfiducia nella presentazione virtuale. Poiché il conflitto tra i due segnali, fornito al soggetto in questo processo, è molto alto, il protocollo sottoposto mira ad aumentare l'affidabilità del feedback visivo fuorviante, presentando un numero ragionevole di blocchi di gocce. È stato discusso da Shams16 che l'interazione tra segnali uditivi e visivi è influenzata dal grado di conflitto tra le due e conoscenze precedenti per quanto riguarda l'impostazione di prova. Questo potrebbe anche essere il caso nell'interazione tra segnali tattili e visivi, progettato nel presente documento. Un altro vantaggio del sistema è che, al fine di presentare la posizione del blocco in tempo reale, il sistema di Motion Capture calcola le coordinate 3D del blocco, in modo che l'analisi del tempo di movimento e del percorso del blocco in ogni ripetizione possa essere eseguita in modo efficiente e preciso alla fine del processo.
Utilizzando questo protocollo, i nostri risultati preliminari suggeriscono che quando si analizzano segnali incongruenti visivi-tattili, uno acquisito direttamente dal tocco leggero e l'altro acquisito indirettamente dalla visione (rappresentazione virtuale), il soggetto può aver ignorato il indiretto feedback visivo, e ha risposto al segnale tattile diretto. Questo è stato confermato anche in presenza di VTF, respingendo così la seconda ipotesi. Ci aspettavamo che il VTF distraggerà l'attenzione del soggetto dalla luce feedback tattile diretto, costringendo così il soggetto a rispondere con esitazione a stimoli incongruenti. Si aspettava che l'esitazione fosse espressa da un percorso più lungo e dalla durata del trasferimento del blocco. L'ipotesi era basata sui risultati di ricerche precedenti che mostravano che stimoli innovativi vibrotattili catturano l'attenzione da un compito visivo in corso8. La lunghezza e la durata del percorso sono state scelte come indicatori di esitazione, differenziando tra due condizioni: quando si verifica il feedback visivo fuorviante, il soggetto può fidarsi del feedback tattile o del feedback visivo. Se il soggetto si fida del feedback tattile, ci aspettiamo che continui il percorso di movimento liscio. Viceversa, se il soggetto si fida del falso feedback visivo, ci aspettiamo che lui o lei sposterà la mano indietro per afferrare il blocco caduto e trasferirlo (aumentando la lunghezza del percorso e la durata). Una possibile spiegazione per la mancanza di effetto di VTF sulla cinematica mobile a blocchi è che, poiché il VTF è stato applicato in combinazione con il feedback tattile diretto, il VTF non funzionava come un disturbo, ma piuttosto come un amplificatore indiretto alla diretta tattile Valutazione. Questo ha permesso ai soggetti di continuare a fidarsi del feedback tattile, sia diretto che indiretto, oltre il feedback visivo virtuale. Oltre al potenziale di distrazione dal segnale vibrotattile, si deve considerare un altro aspetto dell'applicazione delle vibrazioni durante il tasking del motore: il suo effetto sulla nostra percezione dei sensi tattili e propriocezione. Gli studi hanno dimostrato che la vibrazione del tendine provocava illusioni tra percezione tattile e senso di dimensione corporea o posizione17,18,19. Ad esempio, le vibrazioni ai tendini muscolari bicipiti o tricipiti hanno prodotto un'illusione propriocettiva che ha avuto un effetto sul senso del tocco20. Tuttavia, l'effetto della VTF (cioè la vibrazione in combinazione con gli stimoli tattili) sulla percezione tattile stessa non è stato studiato in modo che non si possa teorizzare se le vibrazioni applicate al braccio superiore durante il processo hanno influenzato la percezione del sensi propriocettivo o tattile del soggetto. Infine, una possibile spiegazione per il rigetto della seconda ipotesi sono le differenze individuali nella capacità dei soggetti di elaborare il VTF, come discusso di seguito.
In questo studio, la forte correlazione tra il livello di difficoltà percepito di eseguire il compito con il VTF e il percorso normalizzato del blocco con VTF, dimostra la terza ipotesi e suggerisce che i soggetti, che ritenesse che il VTF li disturbasse, si fidassero del feedback visivo virtuale più dei loro sensi tattili. Segnalazioni simili di differenze individuali nella percezione delle illusioni di senso sono documentate nella letteratura. Ad esempio, i soggetti con punteggi più elevati della scala sensoriale Suggestibilità (SSS) hanno valutato il senso di proprietà di una mano di gomma nell'illusione della mano in gomma più alta rispetto ai soggetti con punteggio SSS inferiore21. Un altro aspetto delle differenze individuali nella percezione delle illusioni può derivare dalle differenze nella finestra di legame percettivo temporale, che provoca alterazioni quando si integrano segnali multisensoriali22. È stato riscontrato che gli individui con finestre di rilegatura percettiva più strette avevano meno probabilità di percepire un'illusione, suggerendo che sono più inclini a dissociare gli input temporalmente asincroni. Va notato che non vi era alcuna correlazione significativa tra il livello di difficoltà percepito di eseguire il compito con il VTF e il tempo normalizzato del blocco con VTF. Questo potrebbe essere spiegato dalla velocità della mano. In particolare, quando i soggetti aumentavano la loro lunghezza del percorso della mano in presenza del segnale virtuale fuorviante, avrebbero potuto accelerare il loro movimento della mano in modo che la durata totale per il completamento del compito rimanesse simile a quella da loro svolta senza la feedback fuorviante.
Una limitazione di questo protocollo è che le istruzioni fornite ai soggetti per applicare una forza minima al blocco sono state probabilmente eseguite in modo diverso dai soggetti, in modo che alcune forze superiori applicate rispetto ad altri, percependo così un più alto diretto tattile il segnale, che potrebbe aver influenzato i risultati. Sfortunatamente, le forze rilevate dai sensori di forza per affermare questa ipotesi non sono state registrate. La registrazione delle forze è una caratteristica facoltativa per gli studi futuri che potrebbero contribuire a fornire informazioni sulle informazioni tattili percepite dal soggetto durante il processo. Inoltre, la rappresentazione virtuale progettata qui fornito il movimento blocco e la posizione della partizione box in modo che non vi era alcuna rappresentazione virtuale della mano del soggetto. Come precedenti ricerche hanno dimostrato che le informazioni visive sulla posizione apparente della mano possono avere influenze Crossmodal sui giudizi tattili, anche quando la visione è in conflitto con la propriocezione23,24,25, la l'aggiunta di una rappresentazione a mano in questo studio può aver alterato i risultati di questo Inoltre, l'attività scelta del trasferimento di blocco potrebbe essere stata troppo rapida. Modifiche future a questo protocollo potrebbero includere un compito più complicato, in modo che le differenze nelle durate per il completamento del compito, con e senza VTF, sarebbero state più considerevoli. Inoltre, le differenze individuali potrebbero essere controllate utilizzando l'SSS. Ultimo, solo un numero minimo di ripetizioni del feedback visivo-tattile incongruente sono possibili in questo protocollo, in modo da non avvisare il soggetto per quanto riguarda il feedback visivo fuorviante. L'affidabilità del protocollo sarebbe compromessa se i soggetti sospetterebbero di essere ingannati dalla presentazione visiva. Pertanto, la proporzione di feedback fuorviante per il numero totale di sperimentazioni dovrebbe essere minima. Sfortunatamente, il piccolo numero di istanze incongruenti può limitare il potere statistico.
In sintesi, un nuovo protocollo, che presenta fuorviante feedback visivo virtuale di movimento, è stato testato con e senza VTF. I risultati preliminari dimostrano che ci fidiamo dei segnali tattili diretti e indiretti su un segnale visivo indiretto. Inoltre, le differenze tra i soggetti influenzano la risposta a segnali incongruenti, in modo che i soggetti, che si sono sentiti più disturbati dal VTF, si fidavano del segnale visivo fuorviante sul segnale tattile. Questo protocollo potrebbe essere ulteriormente esplorato negli amputati degli arti superiori, che usano protesi, dotati di VTF.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Questo studio non è stato finanziato.
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 |
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