Summary
Bir nesne transfer görevi sırasında uyumsuz görsel-dokunsal uyaranlara uygulamak için bir protokol sunuyoruz. Özellikle, el gizli durumdayken gerçekleştirilen blok aktarımları sırasında, bloğun sanal sunumu yanlış blok damlalarının rasgele oluşumunu gösterir. Protokol ayrıca motor görevini gerçekleştirirken Vibrotactile geribildirim eklemeyi de açıklar.
Abstract
Dokunulmamış dokunsal geribildirim içeren Uyumsuzmuş duyusal sinyaller uygulaması nadiren keşfedilir, özellikle Vibrotactile geribildirim varlığı ile (VTF). Bu protokol, VTF 'nin tutarsız görsel-dokunsal uyaranlara tepki üzerine etkisini test etmeyi amaçlamaktadır. Dokunsal geribildirim bir blok açgözlü ve bir bölüm boyunca hareket ederek elde edilir. Görsel geribildirim, bir hareket yakalama sistemi kullanılarak elde edilen hareketli bloğun gerçek zamanlı sanal sunumunu oluşturmaktadır. Uyumlu geribildirim bloğun hareketinin güvenilir sunumu, böylece konu bloğun kavrayıcı olduğunu hissediyor ve el yolu ile birlikte hareket görmek. Bloğun hareketi gerçek hareket yolundaki yönlendirmeleri gibi görünmez geri bildirim, böylece aslında hala konu tarafından tutulan elden damla gibi görünüyor, böylece dokunsal geribildirim çelişiyor. Yirmi konular (Yaş 30,2 ± 16,3) 16 blok transferlerini tekrarladı, eli gizlenirken. Bu VTF ve VTF (32 blok transferleri toplam) olmadan tekrar edildi. Incongruent uyaranlara her koşulda 16 tekrarında (VTF ile ve olmadan) rasgele iki kez sunuldu. Her konu ile ve VTF olmadan görev gerçekleştirme zorluk seviyesini oranı istendi. VTF ile ve olmadan, uyumlu ve uyumsuz görsel-dokunsal sinyallerle kaydedilen transferler arasındaki el yolları ve süreleri arasında istatistiksel olarak önemli farklılıklar yoktu. VTF ile görev gerçekleştirme algılanan zorluk düzeyi önemli ölçüde VTF ile bloğun normalleştirilmiş yol uzunluğu ile korelasyon (r = 0,675, p = 0,002). Bu kurulum, uyumlu olmayan görsel-dokunsal uyaranlara sahip motor fonksiyonu sırasında VTF 'nin katkı maddesi veya redüktif değerini ölçmek için kullanılır. Olası uygulamalar protez tasarımı, akıllı spor giyim veya VTF dahil diğer giysiler vardır.
Introduction
Yanılsamalar, yanlışlıkla objektif gerçeklikten gelen bilgileri algıladığımız için, duyularımızın sınırlamalarının yararlanılmaları. Bizim algısal çıkarım duyusal veri yorumlama ve belirsiz duyusal giriş varlığı gerçek en güvenilir tahmininin beynimizin hesaplanması üzerinde deneyimimize dayanmaktadır1.
İllüzyon araştırmalarında bir alt kategori, uyumlu olmayan duyusal sinyalleri birleştiren bir kategoridir. Uyumsuz duyusal sinyallerden kaynaklanan yanılsama, beynimiz tarafından gerçekleştirilen sürekli multisensory entegrasyondan kaynaklanır. Görsel-işitsel sinyallerde uyumsuzluk ile ilgili sayısız çalışmalar olsa da, diğer duyusal çiftleri içinde başı daha az bildirilmiştir. Rapor sayısında bu fark, görsel-işitsel incongruence içeren bir kurulum tasarlamada daha yüksek basitliğe atfedilen olabilir. Ancak, diğer duyusal çiftleri modalities ile ilgili sonuçları rapor çalışmalar ilginç. Örneğin, görsel duyarlılık2 ' deki uyumsuz görsel-dokunsal sinyallerin etkisi, görsel ve sıkışan uyaranların uzamsal frekansa eşleştiği bir sistem kullanılarak incelenmiştir; Ancak, dokunsal ve görsel oryantasyon aynı (uyumlu) veya ortogonal (incongruent) idi. Başka bir çalışmada, görsel uyaranlara ve dokunsal bir ışık paneli ile görsel-dokunsal çapraz Modal entegrasyon Stimülatörü kullanılarak incelenmiştir hareket algılanan görsel yönü üzerinde uyumlu olmayan görsel-dokunsal hareket uyaranların etkisi rasgele hareket yönü, hız ve cilt3girintileme derinliği ile dokunsal hareket uyaranlara sunar stimülatör. Bu biz dahili bir şekilde bir performans ile tutarlı bir şekilde birleştirerek, görev ve duyusal belirsizlik hem istatistiksel dağılımı temsil önerilmiştir-optimize Bayesian süreci4.
Sanal gerçeklik konuya görsel geribildirim aldatmak için yeteneği kolay bir görev yaptı. Çeşitli çalışmalar görsel ve somatoduyusal bilgileri yanlış hizalayın multisensory sanal gerçeklik kullandı. Örneğin, sanal gerçeklik son zamanlarda bir çocuğun vücudunda şekillenme teşvik etmek için kullanılan, veya bir çocuk gibi ses bozulma5aktivasyonu olmadan. Başka bir örnekte, kendi kendine hareket sırasında yürüyüş mesafesi görsel sunumu uzatıldı ve bu nedenle vücut tabanlı ipuçları6tarafından hissedilen seyahat mesafesi ile uyumsuzdu. Benzer bir sanal gerçeklik kurulumu bir bisiklet etkinliği için tasarlanmıştır7. Bununla birlikte, bahsedilen tüm literatür, uyumsuz sinyaline ek olarak, duyuların birine bir paraziti birleştirmez. Böyle bir karışıklık elde etmek için dokunsal anlamda seçti.
Dokunsal duyusal sistemimiz, bir nesnenin kavramak olup olmadığını doğrudan kanıtlar sağlar. Bu nedenle, doğrudan görsel geribildirim bozulduğunda veya kullanılamadığında, nesne manipülasyon görevlerinde dokunsal duyusal sistemin rolü belirgin olacaktır. Ancak, dokunsal duyusal kanal da rahatsız olsaydı ne olur? Bu bireysel dikkat yakalar gibi, duyusal büyütme için Vibrotactile geribildirim (VTF) kullanmanın olası bir sonucudur8. Bugün, farklı modalitelerin artırılmış geribildirim harici bir araç olarak kullanılır, bizim iç duyusal geribildirim geliştirmek ve motor öğrenme sırasında performansını artırmak için, spor ve rehabilitasyon ayarları9.
Uyumsuz görsel-dokunsal uyaranların çalışma duyusal giriş algı ile ilgili anlayışımızı artırabilir. Özellikle, uyumlu olmayan görsel-dokunsal uyaranlara sahip motor fonksiyonu sırasında VTF 'nin katkı maddesi veya redüktörlü değerinin ölçülmesini, gelecekteki protez tasarımına, akıllı spor giyimine veya VTF dahil diğer kıyafetlerde yardımcı olabilir. Amputeler, onların kalıntısı distal açıdan dokunsal uyaranlara yoksun olduğundan, VTF günlük kullanımı, örneğin, kavrama bilgisini iletmek için protez gömülü, görsel geribildirim nasıl algıladıkları etkileyebilir. Bu koşullarda algı mekanizmasının anlaşılması, mühendisler VTF kullanıcıları üzerinde olumsuz etkisini azaltmak için mükemmel VTF yöntemleri izin verecektir.
VTF 'in etkisini, uyumlu olmayan görsel-dokunsal uyaranlara yanıt olarak test etmeyi amaçladık. Sunulan kurulum, dokunsal geribildirim bir blok açgözlü ve bir bölüm boyunca hareket ederek elde edilir; görsel geri bildirim, hareketli bloğun ve bölümün (bir hareket yakalama sistemi kullanılarak elde edilen) gerçek zamanlı sanal sunumunu oluşturmaktadır. Konu gerçek el hareketini görmesini engelledi beri, tek görsel geribildirim sanal biridir. Uyumlu geribildirim bloğun hareketinin güvenilir sunumu, böylece konu bloğun kavrayıcı olduğunu hissediyor ve el yolu ile birlikte hareket görür. Bloğun hareketi gerçek hareket yolundaki yönlendirmeleri gibi görünmez geri bildirim, böylece aslında hala konu tarafından tutulan elden damla gibi görünüyor, böylece dokunsal geribildirim çelişiyor. Üç hipotez test edildi: bir nesneyi başka bir yerden sanal görsel geribildirim kullanarak taşırken, (i) nesnenin transfer hareketinin yolu ve süresi, uyumlu olmayan görsel-dokunsal uyaranlara sunulduğunda artar, (ii) Bu değişiklik uyumsuz görsel-dokunsal uyaranlara sunulan ve VTF hareketli kol üzerinde aktif olduğunda artış, ve (iii) VTF aktif ve yol ve süresi ile görev gerçekleştirme algılanan zorluk düzeyi arasında olumlu bir korelasyon bulunacaktır nesnenin transfer hareketi. İlk hipotez, söz konusu literatürden kaynaklanmaktadır ve bu da farklı geri bildirimlerin çeşitli modalitelerinin yanıtlarımızı etkilediğini bildirir. İkinci hipotez, VTF bireyin dikkatini çeken önceki bulgularla ilgilidir. Üçüncü hipotezi için, biz daha VTF tarafından rahatsız olan konular, onların dokunsal anlamda daha sanal görsel geribildirim güvenecektir kabul.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Aşağıdaki protokol, üniversitenin insan Araştırmaları Etik Komitesi yönergelerini takip eder. Ticari ürünlere başvuru için malzeme tablosunu görün.
Not: üniversite Etik Komitesinin onayı alındıktan sonra, 20 sağlıklı kişi (7 erkek ve 13 kadın, ortalama ve standart sapma [SD] Yaş 30,2 ± 16,3 yıl) işe alındı. Her konu, bilgili bir onay formu ön duruşması okur ve imzaladı. Ekleme kriterleri, 18 yaş ve üzeri sağ elle bulunan kişilerdir. Dışlama kriterleri üst ekstremite veya düzeltilmemiş görme bozukluğu etkileyen herhangi bir nörolojik veya Ortopedi bozukluğu vardı. Konular, uyumsuz görsel-dokunsal geribildirim oluşumlarına naif oldu.
1. ön deneme hazırlığı
- Kutu ve bloklar test10ahşap kutu kullanın. Kutunun boyutları 53,7 cm x 26,9 cm x 8,5 cm ve ortasında, bir 15,2 cm yüksek bölümdür. Bölümün her iki tarafına yumuşak bir sünger tabakası yerleştirin. Ekranın karşısında, dört köşelerde ve bölümün her iki ucunda (Şekil 1a) altı pasif yansıtıcı Marker yerleştirin.
- 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm, 4,5 cm x 4,5 cm x 1 cm boyutları ile bir baz bağlı boyutları ile bir küp üretmek için bir 3D-yazıcı kullanın. Yazdırmadan önce, her köşede 1 cm x 1 cm büyüklüğünde bir kare oluşturmak için tabanının her köşesini kesebilir (Şekil 1a). Tabanının dört köşesinden pasif yansıtıcı işaretler ekleyin.
- Tablo önünde yaklaşık 1,5 m büyük bir ekran yerleştirin, böylece tablonun arkasında duran bir konu, ekrandan yaklaşık 2 m. Kutuyu ekranın karşısındaki kenardan 10 cm kadar masaya yerleştirin.
- 100 Hz 'de aktif bir 6 kamera hareket yakalama sistemi kullanın, bölme ve gerçek zamanlı olarak blok hareketini görselleştirmek için bir plug-in (Şekil 1). Üreticinin yönergelerine göre hareket yakalama sistemini kalibre edin, böylece kutunun bloğu ve bölümü sert gövdeler olarak tanınır.
Not: hareket yakalama sisteminin uygun kalibrasyonu ve blok ve bölüme sıkıca bağlı küçük işaretçilerin kullanımı yanılsama korumak için gereklidir.
2. Vibrotactile geribildirim sisteminin konuya yerleştirilmesi
Not: burada açıklanan VTF sistemi daha önce11,12,13,14yayımlandı.
- Kol saatini, bilezikleri ve halkaları çıkarmak için konuya talimat verin. VTF sistem denetleyicisini konunun önkoluna takın (Şekil 2, sol görüntü).
- İnce bir süngerimsi tabaka üzerinde başparmak ve indeks parmaklarının palmar yönü için iki ince ve esnek kuvvet sensörleri takın (Şekil 2, sağ görüntü).
- Konunun üst kolunun derisini bir manşet yerleştirin (Şekil 2, sol görüntü) ve kelepçeyi rahat bir şekilde kapatmak için bağlantı elemanı kullanın. Manşet, Güç sensörleri tarafından algılanan kuvvet ile doğrusal bir ilişki içinde 233 Hz frekansında açık kaynaklı elektronik prototipleme platformu üzerinden aktif üç Vibrotactile aktüatörler içerir. Kuvvet sensörleri ve Vibrotactile aktüatörler, açık kaynaklı elektronik prototipleme platformuna korumalı elektrik telleri ile bağlanır.
3. VTF aktivasyonu
- Kumandaya bağlı pili etkinleştirmek için düğmeye basın (Şekil 2, sol görüntü).
- Güç sensörünün enstrümanlı parmaklarını (yani başparmak ve indeks parmakları) hafifçe birlikte basmak için konuya sorun. Konu, manşet altındaki alanda titreşim duygusu bildirecektir unutmayın.
- Sadece iki enstrümanlı parmaklar kullanarak, mümkün olduğunca hafifçe blok açgözlü 10 dakika eğitmek için konu talimat. Blok kaldırmak için konu isteyin, hareket, ve blok üzerinde kuvvet minimal bir miktar uygulamak için çalışırken, masaya birkaç kez geri yerleştirin. Kavrama sırasında blok bırakılsa bile, uygulanan kuvveti azaltmaya teşebbüs etmek için bu konuyu teşvik edin.
4. konuyu konumlandırma ve hazırlama
- Kutunun ve bölümün yerleştirildiği masaya (10 cm 'ye kadar) yakın durmasını isteyin.
- Konu kutuyu göremiyoruz ama kolayca onu veya onun önünde ekran görebilirsiniz (Şekil 1a), böylece konu ve kutunun üzerinde yakın tablonun kenarına bir bölücü yerleştirin. Bölücü için, farklı yüksekliklerde konuları karşılamak için, onların yüksekliği ayarlanması izin dört bacak üzerinde sabit bir sert yansıtıcı olmayan malzeme, tercihen ahşap kullanın.
- Konu, kulaklık onun kafasına yerleştirmek için talimat.
- Kutunun sağ bölmesinin ortasına blok yerleştirin ve buna konu el kılavuzu.
5. deneme başlatılıyor
Not: açıklanan deneme iki kez tekrarlanan, ile ve VTF olmadan (bir Cross-Over tasarım hiçbir öğrenme efekti doğrulamak için önerilir). VTF olmadan deneme sürümünü gerçekleştirmek için kumandaya bağlı pili kapatın (Şekil 2).
- Hareket yakalama sisteminin kameralarını kontrol eden yazılımı etkinleştirin.
- Görsel geribildirim yazılımının kontrol panelinde (Şekil 1B), VTF ile/olmadan seçin, konunun kodunu yazın, Çalıştır, Bağlan, Aç ve Başlat'ı tıklatın.
- Ekranda sanal bloğun hareketini görüntülerken bloğu kuvvet sensörünün enstrümanlı eliyle aktararak 16 tekrarlar gerçekleştirmesini isteyin (Şekil 1B). Her aktardıktan sonra, bloğu bölüm boyunca başlangıç konumuna geri taşıyın.
- Konu 16 tekrarlar tamamlandıktan sonra Durdur'u tıklatın.
- Aşağıdaki ölçekte: ' 0 ' (hiç de zor değil), ' 1 ' (biraz zor), ' 2 ' (orta derecede zor), iki kez ve VTF olmadan blok 16 kez transfer görevi gerçekleştirme zorluk seviyesini derecelendirmek için konu sorun, ' 3 ' (çok zor) ve ' 4 ' (son derece zor).
6. Post Analizi
- Bloğun yolu ve aktarım süresini hesaplamak için 3B koordinat verilerini kullanın. Bloğun sağ (başlangıçtaki) jantların yüksekliğindedir ve ardından kutunun sol (ofset) kenarlarında olduğu gibi her bir transferin başlangıcını ve mahsup süresini el ile işaretleyin. Her aktarımının yol uzunluğunu aşağıdaki denkleme göre hesaplayın:
1
nerede
ve 
iki sonraki zaman noktalarında bloğun 3D koordinatı vardır. - Her iki koşul için, VTF ile ve olmadan, iki transfer için bir kez yol uzunluğu ve transfer süresi ortalama ve uyumlu görsel-dokunsal sinyalleri ile 14 transferler için bir kez.
- Blok transferi sırasında yol ve zaman, uyumlu görsel-dokunsal sinyallerin varlığı ile yolu ve zaman içinde blok transferi sırasında yol ve zaman normale döndü. Normalleştirme iki koşul (ile ve VTF olmadan) ayrı olarak gerçekleştirin.
- İki etkene sahip bir konu içinde tekrarlanan önlemler ANOVA gerçekleştirin: VTF (ile ve olmadan) ve uyumlu olmayan görsel-dokunsal geribildirim (ile ve olmadan).
- 6,4 alt bölümünde bulunan yönergeleri izleyerek sonuçları analiz ederken istatistiksel farklar yoksa, iki faktör15Ile ANOVAs Bayesian tekrarlanan önlemleri kullanın.
- Spearman 'ın korelasyon testini, VTF aktive edilmiş ve normalleştirilmiş yol ve hareketin süresi ile görev gerçekleştiren algılanan zorluk düzeyi ile kullanın
- İstatistiksel önemini p <. 05 olarak ayarlayın.
ve 
iki sonraki zaman noktalarında bloğun 3D koordinatı vardır.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu üç hipotezi test etmek için tanımlanan tekniği kullandık, bir nesneyi bir yerden diğerine hareket ettirirken sanal görsel geribildirim kullanarak: (i) nesnenin transfer hareketinin yolu ve süresi, uyumlu olmayan görsel-dokunsal uyaranlara göre artacaktır sunulan (ii) Bu değişiklik, uyumlu olmayan görsel-dokunsal uyaranlara sunulduğunda ve hareketli kolda VTF etkinleşirken artacaktır; ve (iii) VTF etkinleştirilmiş olan görevi gerçekleştirmek için algılanan zorluk düzeyi ile nesnenin transfer hareketinin yolu ve süresi arasında olumlu bir korelasyon bulunacaktır.
Sonuçlar üçüncü hipotezi destekliyor. Görev ve VTF olmadan performans bildirilen zorluk seviyeleri Şekil 3' te sunulmaktadır. Spearman 'ın korelasyon testine göre, algılanan zorluk seviyesi (den ' 0 ' = hiç zor değil, ' 4 ' = son derece zor) VTF ile görevi gerçekleştirmek önemli ölçüde VTF ile bloğun normalleştirilmiş yol uzunluğu ile ilişkili (r = 0,675, p = 0,002; Şekil 4). Diğer bir deyişle, normalleştirilmiş yol uzunluğu uyumsuz görsel-dokunsal sinyalleri varlığına VTF kullanırken daha zor görevi algılanan konular için daha uzun oldu. VTF ile görevi gerçekleştirmede algılanan zorluk seviyesi ile VTF olmadan bloğun normalleştirilmiş yol uzunluğu arasında önemli bir korelasyon yoktu (r = 0,132, p = 0,589). Ayrıca, VTF ve normalleştirilmiş blok transfer süresi ile görev gerçekleştirme algılanan zorluk düzeyi arasında önemli korelasyonlar vardı, ve VTF olmadan (r =-0,056, p = 0,825 ve r =-0,066, p = 0,788, sırasıyla).
Biz yol uzunluğu ve zaman normalleştirme öneririz, her konunun mutlak zaman ve yol her konunun hareket hızı ve stratejisine bağlı olduğundan, böylece olmayan normalleştirilmiş bir değer hareket deseninde bireyin değişikliği yansıtmamış olurdu uyumsuz görsel-dokunsal sinyallerin görünümü. Her aktarımdan sonra, bloğun tam başlangıç konumuna yeniden konumlandırıldıktan sonra, bloğun yol uzunluğu başlangıç pozisyonundan etkilenmedi. İki faktör, VTF (ile ve olmadan) ve uyumsuzluk görsel-dokunsal geribildirim (ile ve olmadan) içinde-konu tekrarlanan-önlemler ANOVA için bir blok transferi sırasında el yolları uzunluğunda istatistiksel olarak önemli ana etkileri bulundu VTF ile denemeler VTF (F (1, 15) = 0,029, p = 0,866) olmadan denemeler ve uyumlu görsel-dokunsal geribildirim ile denemeler ile karşılaştırıldığında, (F (1, 15) = 0,031, p = 0,863) ile birlikte denemeler için karşılaştırıldığında. Ayrıca, VTF (F (1, 15) = 0,354, p = 0,561) olmadan denemelere kıyasla VTF ile denemeler için bir blok aktarmak için ve uyumsuz ile denemeler ile karşılaştırıldığında uyumlu görsel-dokunsal geribildirim ile denemeler için zaman içinde istatistiksel olarak önemli ana etkileri bulundu görsel-dokunsal geribildirim (F (1, 15) = 1,169, p = 0,297).
VTF olmayan denemeler sırasında, uyumsuz ve uyumlu görsel-dokunma sinyalleri (27,3 ± 13,1 cm ve 25,9 ± 12,2 cm ile kaydedilen transferler arasında bir blok transferi sırasında el yollarının uzunluğundaki istatistiksel olarak önemli farklar yoktu, sırasıyla) ve zaman arasında (1,18 ± 0,56 s ve 1,20 ± 0,57 s, sırasıyla) uyumsuz ve uyumlu görsel-dokunsal sinyaller ile kaydedilmiş bir blok aktarmak için. Benzer şekilde, VTF eklerken, blok transferi sırasında el yollarının uzunlukları üzerinde istatistiksel olarak anlamlı farklar yoktu (sırasıyla 24,7 ± 7,4 cm ve 26,1 ± 11,1 cm), uyumsuz ve uyumlu görsel-dokunsal sinyaller ile kaydedilmiş (sırasıyla 1,21 ± 0,38 s ve 1,06 ± 0,41 s), uyumsuz ve uyumlu görsel-dokunsal sinyallerle kaydedilmiş bir bloğu transfer etme zamanı. Bayesian istatistiklerine göre, Grup faktörlerini içeren fark yokluğu sadece bağlı modellerin hiçbiri boş model (2,769 < tüm BF01 < 33,573) daha iyi olduğu verilen anekdot kanıt olarak alınabilir % 2,72 maksimal hata.
Şekil 1: Deneme kurulumu. (a) kutunun üzerine yerleştirilen işaretler (6 işaretleme kırmızı, 2 hangi bölüme yerleştirilir) ve blok (mavi 4 işaretçileri), konunun gözleri gizlidir. İşaretçileri hareket yakalama sistemi tarafından gerçek zamanlı olarak izleniyor ve tüm işaretçileri 3D koordinatları gerçek zamanlı olarak kaydedildi. (b) bloğun bölümü ve hareketi, konunun önünde yer alan bir ekranda sunuldu. Yazılım etkinleştirme adımları araştırma protokolünde açıklanmıştır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 2: Vibrotactile geribildirim sistemi. Sistem denetleyicisi, konunun önkoluna takılır ve manşet üst kolun etrafına sarılır (sol görüntü). Kuvvet sensörleri başparmak ve Dizin parmakları (sağ görüntü) palmar yönü yerleştirilir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 3: bildirilen zorluk seviyeleri (0 = hiç zor değil, 1 = biraz zor, 2 = orta derecede zor, 4 = son derece zor) ve Vibrotactile geribildirim (VTF) olmadan görev gerçekleştirme. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 4: algılanan zorluk seviyesinin scatter plot (0 = hiç zor değil, 1 = biraz zor, 2 = orta derecede zor, 4 = son derece zor) transfer edildiğinde bloğun normalleştirilmiş yol uzunluğuna ilişkin olarak VTF ile görev gerçekleştirme VTF ile. Normalleştirilmiş yol uzunluğu (uyumsuz görsel-dokunsal sinyallerin varlığında yol uzunluğu, uyumlu görsel-dokunma sinyallerinin varlığında yol uzunluğuna bölünmüştür), görevi daha zor olarak algıladığı konular için önemli ölçüde daha uzundu VTF kullanarak. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışmada, uyumsuz görsel-dokunsal uyaranların varlığında nesne transferi kinematikleri üzerine VTF ekleme etkisini belirleyen bir protokol sunuldu. Bilgimizin en iyisi için, bu VTF etkisini eşitsiz görsel-dokunsal uyaranlara yanıt üzerinde test etmek için kullanılabilir tek protokoldür. VTF ile nesne aktarımı sırasında uyumsuz görsel-dokunsal uyaranların uygulamada yer alan çeşitli kritik adımlar şunlardır: VTF sistemi bağlamak, VTF aktive, hareket yakalama sistemi ve hareket görevi hazırlama ve görsel geribildirim aktive. Bu konu deneme sırasında yanıltıcı geribildirim olasılığı farkında değildir önemlidir. Bunu sağlamak için, kutunun alt yumuşak sünger tabakası ile kaplıdır ve konular blok düşen ve ahşap kutu isabet işitsel geribildirim ortadan kaldırmak için kulaklıklar giydi. Ayrıca, uyumsuz geribildirim iki transferler rasgele dışarı 16 transferler seçilir ve bölüm yüksekliği altında 2 cm ulaştıktan sonra kutunun başlangıç bölmesinde bir düşüş simüle etmek için programlanmıştır, böylece el orta havada. İki rastgele yanıltıcı görseller, ilk veya son iki blok transferinde gerçekleşemeyecekler ve aralarındaki en az bir yanıltıcı transfer ile programlanmış.
Bu protokolün bir avantajı, yanıltıcı görsel geribildirim rasgele ve sadece birkaç kez 16 transfer deneme sırasında görünür olmasıdır. Bu, konunun sanal sunuyu güvenilmesini önler. Bu davada konuya sağlanan iki sinyal arasındaki çatışma çok yüksek olduğundan, maruz kalan protokol, makul sayıda blok damlası sunarak yanıltıcı görsel geribildirimlerin güvenilirliğini artırmayı amaçlamaktadır. The Shams16 tarafından işitme ve görsel sinyaller arasındaki etkileşimin, deneme kurulumuyla ilgili iki ve önceden bilgi arasındaki çatışma derecesine göre etkilendiği tartışılmıştır. Bu, burada tasarlanmış dokunsal ve görsel sinyaller arasındaki etkileşimin de durumu olabilir. Sistemin başka bir avantajı, gerçek zamanlı olarak bloğun konumunu sunmak için, hareket yakalama sistemi blok 3D koordinatları hesaplar, böylece her tekrarında blok hareket süresi ve yolun Analizi yapılabilir son olarak etkili ve tam olarak.
Bu protokolü kullanarak, bizim ön sonuçları görsel-dokunsal uyumsuz sinyalleri analiz zaman, bir doğrudan ışık dokunuşuyla ve diğer dolaylı olarak vizyon (sanal temsili) tarafından elde edilen, konu dolaylı gözardı olabilir olduğunu düşündürmektedir doğrudan dokunsal sinyale yanıt verdi. Bu da VTF varlığını doğruladı, böylece ikinci hipotezi reddederek. Biz VTF ışık doğrudan dokunsal geribildiriminden konu dikkatini dikkatini dağıtacak bekleniyor, böylece zahmetli uyaranlara tereddütsüz cevap konu zorlayıcı. Tereddütün, blok transferinin uzun yol ve süresi ile ifade edilmesi bekleniyor. Varsayım bu Vibrotactile roman uyaranlara uzak devam eden bir görsel görev8dikkat çekmek gösterdi önceki araştırmanın sonuçlarına dayanmaktadır. Yol uzunluğu ve süresi, iki koşul arasında ayrım, tereddüt göstergeleri olarak seçildi: yanıltıcı görsel geribildirim oluştuğunda, konu ya dokunsal geribildirim veya görsel geribildirim güvenebilir. Konu dokunsal geribildirim güvenirse, o zaman o pürüzsüz hareket yoluna devam edeceğini bekliyoruz. Tersine, Eğer konu yanlış görsel geribildirim güvenir, biz o düştü blok kavramak ve yeniden transfer (yol uzunluğu ve süresi artan) el geri hareket edecektir bekliyoruz. Blok hareketli kinematik üzerinde VTF etkisi eksikliği için bir olası açıklama VTF doğrudan dokunsal geribildirim ile birlikte uygulanan bu yana, VTF bir karışıklık olarak değil, doğrudan dokunsal bir dolaylı amplifikatör olarak işlev vermedi Geribildirim. Bu konular, sanal görsel geribildirim üzerinden, hem doğrudan ve dolaylı dokunsal geribildirim güvenen tutmak için izin verdi. Vibrotactile sinyal tarafından dikkat dağıtılması potansiyeline ek olarak, motor görev sırasında titreşim uygulayarak bir başka yönü dikkate alınmalıdır: dokunsal ve propriocception duyuları bizim algı üzerinde etkisi. Çalışmalar tendon titreşim dokunsal algı ve vücut boyutu veya pozisyon17,18,19duygusu arasındaki yanılsama neden olduğunu gösterdi. Örneğin, bikeps veya Triceps kas tendonları titreşimler dokunma duygusu üzerinde bir etkiye sahip bir proprioseptif illüzyon üretilen20. Bununla birlikte, VTF 'nin (yani, dokunuşla uyaranlara bağlı titreşim) dokunsal algı üzerine etkisi, deneme sırasında üst kola uygulanan titreşimlerin teorize edilmemesi için araştırılamaz. Bu konunun proprioseptif veya dokunsal duyuları. Son olarak, ikinci hipotezi reddetmek için olası bir açıklama, aşağıda anlatıldığı gibi, VTF işlemek için konuların yeteneği bireysel farklılıklar olduğunu.
Bu çalışmada, VTF ve VTF ile bloğun normalleştirilmiş yolu ile görev gerçekleştirme algılanan zorluk düzeyi arasındaki güçlü korelasyon, üçüncü hipotezi kanıtlıyor ve bu VTF onları rahatsız hissettim konular, önerdiği onların dokunsal duyuları daha sanal görsel geribildirim. Anlamlı yanılsama algısında bireysel farklılıklar benzer raporlar literatürde belgelenmiştir. Örneğin, yüksek duyusal önerme ölçeği (SSS) skorları olan konular, daha düşük SSS puanları21olan konularla karşılaştırıldığında, kauçuk el yanılsaması içinde bir lastik elin mülkiyet duygusu derecelendirilmiştir. İllüzyonlar algısında bireysel farklılıkların bir diğer yönü, multisensory ipuçlarını entegre ederken değişikliklerin neden olduğu temporal algısal ciltleme penceresinde farklılıklar ortaya çıkabilir22. Daha dar algısal bağlama pencerelerini olan bireylerin daha az bir yanılsama algıladıkları, onlar daha büyük olasılıkla geçici asenkron girişleri ayırmak olduğunu düşündürmektedir bulundu. Bu VTF ve VTF ile bloğun normalleştirilmiş zaman ile görev gerçekleştirme algılanan zorluk düzeyi arasında önemli bir korelasyon olduğunu unutulmamalıdır. Bu el hızı ile açıklanabilir. Özellikle, konular yanıltıcı sanal sinyalin varlığında el yol uzunluğunu artırırken, görevin tamamlanması için toplam süre, onlar tarafından gerçekleştirilen benzer kaldı böylece onların el hareketi kadar sped olabilir yanıltıcı geribildirim.
Bu protokolün bir sınırlaması, konulara en az bir kuvvet uygulamak için verilen talimatlara muhtemelen farklı konular tarafından yürütülmüştür, böylece bazıları diğerlerinden daha yüksek güçler uygulamış, böylece daha yüksek bir doğrudan dokunsal algılama hangi sonuçları etkiledi olabilir sinyal. Ne yazık ki, bu varsayımı teyit etmek için kuvvet sensörleri tarafından algılanan güçler kaydedilmedi. Güçleri kaydetmek, duruşma sırasında konu tarafından algılanan dokunsal bilgilerle ilgili bilgilere katkıda bulunabilecek gelecekteki çalışmalar için opsiyonel bir özelliktir. Ayrıca, burada tasarlanmış sanal temsili blok hareketi ve böylece konu elin sanal temsili yoktu kutu bölümünün konumunu sağladı. Önceki araştırmalar belirgin el pozisyonuyla ilgili görsel bilgilerin dokunsal kararlar üzerinde crossmodal etkilere sahip olabilir gösterdi, hatta zaman propriocception ile vizyon çatışmalar23,24,25, Bu çalışmada el temsili eklenmesi bu çalışmanın sonuçlarını değiştirmiş olabilir. Ayrıca, blok transfer seçilen görev çok hızlı olabilir. Bu protokole gelecek değişiklik, daha karmaşık bir görev içerebilir, böylece görevin tamamlanması için olan ve VTF olmadan yapılan süreler arasındaki farklar daha önemli olabilir. Ayrıca, bireysel farklar SSS kullanılarak kontrol edilebilir. Son olarak, bu protokolde görsel-dokunsal geri bildirim tekrarlar sadece en az sayıda mümkündür, bu nedenle yanıltıcı görsel geribildirim ile ilgili konuyu uyarmak için değil. Konular, görsel sunum tarafından aldatılan şüpheleniyorsanız, protokol güvenilirliği tehlikeye. Bu nedenle, toplam deneme sayısı başına yanıltıcı geribildirim oranı minimal olmalıdır. Ne yazık ki, az sayıda eşitsiz örnekler istatistiksel gücü sınırlandırabilir.
Özetle, hareket yanıltıcı sanal görsel geribildirim sunan yeni bir protokol, ile test edildi ve VTF olmadan. Ön sonuçlar, dolaylı bir görsel sinyal üzerinden doğrudan ve dolaylı dokunsal sinyallere güveneceğimizi gösteriyor. Ayrıca, konular arasındaki farklar, böylece VTF tarafından daha rahatsız hissettim konular, dokunsal sinyal üzerinde yanıltıcı görsel sinyal güvenilir, eşitsiz sinyalleri yanıt etkiler. Bu protokol, VTF ile donatılmış protezleri kullanan üst ekstremite amputeler 'de daha da keşfedilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Bu çalışma finanse edilmedi.
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).
