Summary
Vi presenterer en protokoll for å bruke incongruent visuelle-taktile stimuli under en objekt overføring oppgave. Nærmere bestemt, under blokk overføringer, utført mens hånden er skjult, en virtuell presentasjon av blokken viser tilfeldige forekomster av falske blokk dråper. Protokollen beskriver også å legge til vibrotactile tilbakemelding mens du utfører motoren oppgaven.
Abstract
Anvendelsen av incongruent sensoriske signaler som involverer forstyrret taktil feedback er sjelden utforsket, spesielt med tilstedeværelsen av vibrotactile feedback (VTF). Denne protokollen har som mål å teste effekten av VTF på responsen til incongruent visuelle-taktile stimuli. Den taktile tilbakemeldingen er ervervet ved å fatte en blokk og flytte den over en partisjon. Den visuelle tilbakemeldingen er en sanntids virtuell presentasjon av den bevegelige blokken, ervervet ved hjelp av et motion capture-system. Den sammenfallende tilbakemelding er pålitelig presentasjon av bevegelsen av blokken, slik at motivet føler at blokken er grep og se det gå sammen med banen av hånden. Den incongruent tilbakemeldingen vises som bevegelsen av blokken viderekobling fra den faktiske bevegelsen banen, slik at det ser ut til å slippe fra hånden når den faktisk er fortsatt holdt av faget, og dermed motsier den taktile tilbakemelding. Tjue (alder 30,2 ± 16,3) gjentas 16 blokker overføringer, mens hånden var skjult. Disse ble gjentatt med VTF og uten VTF (totalt 32 blokk overføringer). Incongruent stimuli ble presentert tilfeldig to ganger innenfor de 16 repetisjoner i hver tilstand (med og uten VTF). Hvert emne ble bedt om å rangere vanskelighetsgraden for å utføre oppgaven med og uten VTF. Det var ingen statistisk signifikante forskjeller i lengden på hånden stier og varigheter mellom overføringene registrert med sammenfallende og incongruent visuelle-taktile signaler-med og uten VTF. Oppfattet vanskelighetsgraden for å utføre oppgaven med VTF signifikant korrelert med normalisert banen lengden på blokken med VTF (r = 0,675, p = 0,002). Dette oppsettet brukes til å kvantifisere den additive eller reductive verdien av VTF under motorisk funksjon som involverer incongruent visuelle taktile stimuli. Mulige bruksområder er proteser, smart sportsklær eller andre plagg som inneholder VTF.
Introduction
Illusjoner er scener av begrensningene i våre sanser, som vi feilaktig oppfatter informasjon som avviker fra objektive virkeligheten. Vår sanse slutning er basert på vår erfaring med å tolke sensoriske data og på beregning av vår hjerne av de mest pålitelige anslag av virkeligheten i nærvær av tvetydige sanseinntrykk1.
En underkategori i forskningen av illusjoner er en som kombinerer incongruent sensoriske signaler. Illusjonen om at resultatene fra incongruent sensoriske signaler stammer fra den konstante multisensor integreringen utført av hjernen vår. Mens det er mange studier om ikke samsvar i visuelle-hørbar signaler, er ikke samsvar i andre sanse par mindre rapportert. Denne forskjellen i antall rapporter kan tilskrives den høyere enkelhet i utformingen av et oppsett som inkorporerer visuelle-hørbar ikke samsvar. Men studier som rapporterer resultater knyttet til andre sensoriske par modaliteter, er interessante. For eksempel ble effekten av incongruent visuelle-Haptic signaler på visuell følsomhet2 studert ved hjelp av et system der de visuelle og Haptic stimuli ble matchet i romlig frekvens; Imidlertid var Haptic og visuell orientering identisk (sammenfallende) eller ortogonale (incongruent). I en annen studie, effekten av incongruent visuelle-taktile bevegelse stimuli på oppfattet visuell retning av bevegelse ble undersøkt ved hjelp av en visuell-taktile kryss-modal integrering stimulator med et tent panel som presenterer visuelle stimuli og en taktil stimulator som presenterer taktile bevegelser stimuli med vilkårlig bevegelse retning, hastighet og innrykk dybde i huden3. Det ble antydet at vi internt representerer både statistisk fordeling av oppgaven og vår sensoriske usikkerhet, og kombinerer dem på en måte som samsvarer med en Performance-optimalisering Bayesisk prosess4.
Virtual Reality har gjort muligheten til å forføre den visuelle tilbakemeldinger til faget en enkel oppgave. Flere studier brukte multisensor virtuell virkelighet for å misalign visuell og somatosensory informasjon. For eksempel ble virtuell virkelighet nylig brukt til å indusere legemliggjørelse i barnets kropp, med eller uten aktivering av et barn-lignende stemme forvrengning5. I et annet eksempel, den visuelle presentasjonen av gangavstand under selv bevegelse ble utvidet og ble derfor incongruent med reiseavstand filt av Body-baserte stikkordene6. En lignende virtuell virkelighet oppsettet ble designet for en sykling aktivitet7. Alle de nevnte litteraturen, men ikke kombinere en forstyrrelse til en av sansene, i tillegg til incongruent signalet. Vi valgte den taktile følelsen å motta en slik forstyrrelse.
Vårt taktile sanse system gir direkte bevis på om et objekt blir grepet. Vi forventer derfor at når direkte visuell tilbakemelding er forvrengt eller utilgjengelig, vil rollen til det taktile sensoriske systemet i objekt manipulasjon oppgaver være fremtredende. Men hva ville skje hvis den taktile sensoriske kanalen ble også forstyrret? Dette er et mulig resultat av bruk av vibrotactile feedback (VTF) for sensorisk styrking, da det fanger oppmerksomheten til de enkelte8. I dag brukes utvidet tilbakemelding av ulike modaliteter som et eksternt verktøy, som er ment å øke vår indre sensoriske tilbakemelding og forbedre ytelsen under motor læring, i sport og i rehabiliterings innstillinger9.
Studiet av incongruent visuelle-taktile stimuli kan forbedre vår forståelse om oppfatningen av sensoriske innspill. Spesielt kvantifisering av additiv eller reductive verdi av VTF under motorisk funksjon som involverer incongruent visuelle-taktile stimuli, kan bistå i fremtidige proteser design, smart sport-slitasje, eller andre plagg som innlemme VTF. Siden amputerte er fratatt taktile stimuli på den gripende aspekt av deres residuum, deres daglige bruken av VTF, innebygd i protese å formidle kunnskap om å fatte, for eksempel, kan påvirke hvordan de oppfatter visuell tilbakemelding. Forståelse av mekanismen av persepsjon under disse forholdene, vil tillate ingeniører til perfekt VTF modaliteter å redusere den negative effekten på VTF brukere.
Vi hadde som mål å teste effekten av VTF på responsen til incongruent visuelle-taktile stimuli. I det presenterte oppsettet er den taktile tilbakemeldingen ervervet ved å fatte en blokk og flytte den over en partisjon; det synlig feedback er en virkelig-tid virkelig presentasjon av det flytter hindre og avsnittet (ervervet benytter en forslag fange system). Siden motivet er forhindret fra å se den faktiske hånd bevegelse, den eneste visuelle tilbakemeldinger er den virtuelle en. Den sammenfallende tilbakemelding er pålitelig presentasjon av bevegelsen av blokken, slik at motivet føler at blokken er grep og ser det gå sammen med banen av hånden. Den incongruent tilbakemeldingen vises som bevegelsen av blokken viderekobling fra den faktiske bevegelsen banen, slik at det ser ut til å slippe fra hånden når den faktisk er fortsatt holdt av faget, og dermed motsier den taktile tilbakemelding. Tre hypoteser ble testet: Når du flytter et objekt fra ett sted til et annet ved hjelp av virtuelle visuelle tilbakemeldinger, (i) banen og varigheten av objektets overføring bevegelse vil øke når incongruent visuelle-taktile stimuli presenteres, (II) denne endringen vil øke når incongruent visuelle-taktile stimuli presenteres og VTF er aktivert på den bevegelige armen, og (III) en positiv korrelasjon vil bli funnet mellom oppfattet vanskelighetsgrad for å utføre oppgaven med VTF aktivert og banen og varigheten av objektets overførings bevegelse. Den første hypotesen stammer fra nevnte litteratur som rapporterer at ulike modaliteter av incongruent tilbakemeldinger påvirker våre svar. Den andre hypotesen gjelder tidligere funn som VTF fanger oppmerksomheten til den enkelte. For den tredje hypotesen, antok vi at som var mer forstyrret av VTF, vil stole på den virtuelle visuelle tilbakemeldinger mer enn deres taktile forstand.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Følgende protokoll følger retningslinjene for menneskelig forskning etikk komité av universitetet. Se tabell over materialer for referanse til de kommersielle produktene.
Merk: etter å ha mottatt godkjenning av universitetets etikk komiteen, 20 friske individer (7 hanner og 13 kvinner, mener og standardavvik [SD] av alder 30,2 ± 16,3 år) ble rekruttert. Hvert emne leste og signerte et informert samtykke skjema pretrial. Inkluderings kriteriene var høyrehendt personer fra 18 år eller eldre. Ekskluderte kriterier var noen nevrologiske eller ortopediske nedskrivninger som berører øvre ekstremiteter eller uncorrected syn svekkelse. Fagene var naiv til forekomster av incongruent visuell-taktil tilbakemelding.
1. forberedelser før prøveperioden
- Bruk tre boksen fra boksen og blokkerer test10. Dimensjonene av boksen er 53,7 cm x 26,9 cm x 8,5 cm og i midten av det, er en 15,2 cm høy partisjon. Plasser en myk svamp lag på begge sider av partisjonen. Plasser seks passive reflekterende markører på den motsatte side av skjermen, i de fire hjørnene og på begge ender av partisjonen (figur 1a).
- Bruk en 3D-skriver til å produsere en kube med dimensjonene 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm, festet til en base med dimensjonene på 4,5 cm x 4,5 cm x 1 cm. Før du skriver ut, må du klippe hvert hjørne av basen for å lage et kvadrat av størrelse 1 cm x 1 cm i hvert hjørne (figur 1a). Fest passive reflekterende markører på de fire hjørnene av basen.
- Plasser en stor skjerm ca 1,5 m foran et bord, slik at et motiv, som står bak bordet, er ca 2 m fra skjermen. Plasser boksen på bordet, 10 cm fra kanten motsatt til skjermen.
- Bruk en 6-kamera motion capture-system, aktivert på 100 Hz, med en plug-in for å visualisere partisjonen og bevegelsen av blokken i sanntid (figur 1). Kalibrer motion capture-systemet, i henhold til retningslinjene til produsenten, slik at blokken og partisjonen av boksen er anerkjent som stive kropper.
Merk: riktig kalibrering av motion capture-systemet og bruk av små markører som er godt festet til blokken og partisjonen er nødvendig for å opprettholde illusjonen.
2. plassering av vibrotactile feedback-system om emnet
Merk: vtf-systemet som beskrives her, ble tidligere utgitt11,12,13,14.
- Instruere faget å fjerne armbåndsur, armbånd og ringer. Fest VTF system kontrolleren til under armen av motivet (figur 2, venstre bilde).
- Fest to tynne og fleksible kraft sensorer til Palmar aspektet ved tommelen og peke fingrene over et tynt svampete lag (figur 2, høyre bilde).
- Plasser en mansjett på huden av den øvre arm av motivet (figur 2, venstre bilde) og bruke feste for å lukke mansjetten komfortabelt. Mansjetten vil inneholde tre vibrotactile aktuatorer aktiveres via en åpen kildekode elektronisk prototyping plattform med en frekvens på 233 Hz i en lineær relasjon til styrken oppfattes av styrken sensorer. Kraften sensorer og vibrotactile aktuatorer er koblet til åpen kildekode elektronisk prototyping plattform via skjermede elektriske ledninger.
3. VTF aktivisering
- Trykk på knappen for å aktivere batteriet som er festet til kontrolleren (figur 2, venstre bilde).
- Be motivet om å trykke på styrke sensorens instrumenterte fingre (dvs. tommelen og peke fingrene) sammen lett. Merk at faget vil rapportere en følelse av vibrasjon i området under mansjetten.
- Instruere faget å trene i 10 min i å fatte blokken så lett som mulig, med bare de to instrumenterte fingrene. Be faget om å løfte blokken, flytte den, og legg den tilbake på bordet flere ganger, forsøker å bruke en minimal mengde kraft på blokken. Oppfordre faget til å forsøke å redusere anvendt kraft, selv om blokken er droppet under fatte.
4. posisjonering og utarbeidelse av motivet
- Instruere motivet til å stå nær bordet (opptil 10 cm fra det), hvor boksen og partisjonen er plassert.
- Plasser en skillelinje ved kanten av bordet i nærheten av motivet og over boksen, slik at motivet ikke kan se boksen, men det er lett å se skjermen foran ham eller henne (figur 1a). For skillet, bruk en hard ikke-reflekterende materiale, fortrinnsvis tre, fast på en fire ben, som tillater justering av deres høyde, for å imøtekomme motiver av forskjellige høyder.
- Instruere motivet til å plassere hodetelefonene på hans eller hennes hode.
- Plasser blokken i midten av høyre kupé i boksen og veilede hånden av motivet til det.
5. starter rettssaken
Merk: Den beskrevne rettssaken gjentas to ganger, med og uten VTF (en cross-over design er anbefalt å verifisere en Ingen læringseffekt). Hvis du vil utføre prøveversjonen uten VTF, slår du av batteriet som er koblet til kontrolleren (figur 2).
- Aktiver programvaren som kontrollerer kameraene i motion capture-systemet.
- I kontrollpanelet i Visual feedback Software (figur 1B), Velg med/uten vtf, Skriv inn koden for faget, klikk Kjør, Koble til, Åpne og Start.
- Instruere faget til å utføre 16 repetisjoner av overføring blokken med kraften sensorens instrumenterte hånd mens du ser på bevegelsen av den virtuelle blokken på skjermen (figur 1B). Etter hver overføring flytter du blokken tilbake over partisjonen til startplasseringen.
- Etter at motivet fullførte 16 repetisjoner, klikker du på Stopp.
- Spør faget å rangere vanskelighetsgraden å utføre oppgaven med å overføre blokken 16 ganger to ganger, med og uten VTF, i henhold til følgende skala: ' 0 ' (ikke vanskelig i det hele tatt), ' 1 ' (litt vanskelig), ' 2 ' (moderat vanskelig), ' 3 ' (veldig vanskelig), og ' 4 ' (ekstremt vanskelig).
6. post analyse
- Bruk 3D-koordinat dataene for blokken til å beregne banen til blokken og overføringstiden. Merk utbruddet og Forskyvnings tiden for hver overføring manuelt som når blokken er på høyden av felger av høyre (utbruddet) og deretter venstre (offset) sider av boksen. Beregn banelengden for hver overføring i henhold til følgende ligning:
1
hvor
og 
er 3D-koordinaten av blokken i to påfølgende tid punkter. - For begge forhold, med og uten VTF, gjennomsnittlig banen lengde og overføre tid en gang for de to overføringene med incongruent visuell-taktile signaler og en gang for de 14 overføringene med sammenfallende visuelle-taktile signaler.
- Normalisert banen og tid under blokk overføring i nærvær av incongruent visuelle-taktile signaler av banen og tid under blokk overføring med tilstedeværelsen av sammenfallende visuelle-taktile signaler. Utfør normalisering separat for de to forholdene (med og uten VTF).
- Utfør en innenfor-underlagt gjentatte tiltak ANOVA med to faktorer: VTF (med og uten) og incongruent visuell-taktil feedback (med og uten).
- Hvis det ikke er noen statistiske forskjeller når analysere resultatene etter instruksjonene i ledd 6,4, Bruk Bayesisk gjentatte tiltak ANOVAs med to faktorer15.
- Bruk Spearman ' s korrelasjon test med oppfattet vanskelighetsgrad å utføre oppgaven med VTF aktivert og med normalisert banen og varigheten av bevegelsen
- Angi statistisk betydning for p <. 05.
og 
er 3D-koordinaten av blokken i to påfølgende tid punkter.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi brukte den beskrevne teknikken for å teste de tre hypoteser som når du flytter et objekt fra ett sted til et annet ved hjelp av virtuelle visuelle tilbakemeldinger: (i) banen og varigheten av objektets overførings bevegelse vil øke når incongruent visuelle-taktile stimuli er presentert (II) denne endringen vil øke når det presenteres incongruent visuelle taktile stimuli, og VTF aktiveres på den bevegelige armen. og (III) en positiv korrelasjon vil bli funnet mellom oppfattet vanskelighetsgraden for å utføre oppgaven med VTF aktivert og banen og varigheten av objektets overførings bevegelse.
Resultatene støtter den tredje hypotesen. De rapporterte vanskelighetsnivåene for å utføre oppgaven med og uten VTF presenteres i Figur 3. Ifølge Spearman ' s korrelasjon test, oppfattet vanskelighetsgrad (fra ' 0 ' = ikke vanskelig i det hele tatt, til ' 4 ' = ekstremt vanskelig) for å utføre oppgaven med VTF signifikant korrelert med normalisert banen lengden på blokken med VTF (r = 0,675, p = for 0,002; Figur 4). Med andre ord, normalisert banen lengde i nærvær av incongruent visuelle-taktile signaler var lengre for personer som oppfattet oppgaven som vanskeligere når du bruker VTF. Det var ingen signifikant sammenheng mellom oppfattet vanskelighetsgraden for å utføre oppgaven med VTF og normalisert banen lengden på blokken uten VTF (r = 0,132, p = 0,589). Også var det ingen vesentlige sammenhenger mellom oppfattet vanskelighetsgrad å utføre oppgaven med VTF og normalisert blokk overføringstid, med og uten VTF (r =-0,056, p = 0,825 og r =-0,066, p = 0,788, henholdsvis).
Vi foreslår å normalisere banen lengde og tid, siden den absolutte tid og banen til hvert emne avhengig av bevegelsen hastighet og strategi for hvert emne, slik at en ikke-normalisert verdi ville ikke ha reflektert individets endring i bevegelse mønster på grunn av utseendet til de incongruent visuelle-taktile signalene. Siden, etter hver overføring, flyttet vi blokken tilbake til den nøyaktige startposisjonen, var banen lengden på blokken ikke påvirket av startposisjon. For den i løpet av gjentatt tiltak ANOVA med to faktorer, VTF (med og uten) og incongruent visuell-taktil feedback (med og uten), ingen statistisk signifikante hoved effekter ble funnet i lengden av hånden stier under en blokk overføring for forsøk med VTF sammenlignet med forsøk uten VTF (F (1, 15) = 0,029, p = 0,866) og for forsøk med sammenfallende visuell-taktil feedback sammenlignet med forsøk med incongruent visuell-taktil feedback (F (1, 15) = 0,031, p = 0,863). Det ble heller ikke funnet noen statistisk signifikante hoved effekter i tiden for å overføre en blokk for forsøk med VTF sammenlignet med forsøk uten VTF (F (1, 15) = 0,354, p = 0,561) og for studier med sammenfallende visuell-taktil feedback sammenlignet med prøvelser med incongruent visuell-taktil feedback (F (1, 15) = 1,169, p = 0,297).
Under forsøkene uten VTF, var det ingen statistisk signifikante forskjeller i lengden av hånden stier under en blokk overføring mellom overføringer registrert med incongruent og sammenfallende visuelle-taktile signaler (27,3 ± 13,1 cm og 25,9 ± 12,2 cm, henholdsvis) og mellomtiden for å overføre en blokk som er registrert med incongruent og sammenfallende visuelle-taktile signaler (1,18 ± 0,56 s og 1,20 ± 0,57 s, henholdsvis). På samme måte, når du legger til VTF, var det ingen statistisk signifikante forskjeller i lengdene av hånd banene under en blokk overføring, innspilt med incongruent og sammenfallende visuelle-taktile signaler (24,7 ± 7,4 cm og 26,1 ± 11,1 cm, henholdsvis) og mellom tid til å overføre en blokk registrert med incongruent og sammenfallende visuelle-taktile signaler (1,21 ± 0,38 s og 1,06 ± 0,41 s, henholdsvis). Ifølge Bayesisk statistikk, fravær av forskjellen involverer gruppen faktorene kan bare tas som anekdotiske bevis gitt at ingen av de monterte modellene er vesentlig bedre enn null-modellen (2,769 < alle BF01 < 33,573) med en maksimal feil på 2,72%.
Figur 1: prøve oppsettet. (a) markører plassert på esken (6 markører i rødt, hvorav 2 ble plassert på partisjonen) og blokken (4 markører i blått), skjult fra motivet øyne. Markørene ble sporet i sanntid av motion capture-systemet og 3D-koordinatene til alle markører ble spilt inn i sanntid. (b) partisjonen og bevegelse av blokken ble presentert på en skjerm, som ligger foran motivet. Programvare aktiverings trinnene er beskrevet i undersøkelses protokollen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: vibrotactile tilbakemeldingssystem. System kontrolleren er festet til under armen av faget og mansjetten er pakket rundt overarmen (venstre bilde). Kraften sensorer er plassert på Palmar aspekt av tommelen og pekefingeren (høyre bilde). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: de rapporterte vanskelighetsnivåene (0 = ikke vanskelig i det hele tatt, 1 = litt vanskelig, 2 = moderat vanskelig, 4 = ekstremt vanskelig) for å utføre oppgaven med og uten vibrotactile feedback (vtf). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: en scatter plot av oppfattet vanskelighetsgraden (0 = ikke vanskelig i det hele tatt, 1 = litt vanskelig, 2 = moderat vanskelig, 4 = ekstremt vanskelig) for å utføre oppgaven med vtf i forhold til normalisert banen lengden på blokken når overført med VTF. Den normalisert banen lengde (banen lengde i nærvær av incongruent visuelle-taktile signaler delt på banen lengde i nærvær av sammenfallende visuelle-taktile signaler) var betydelig lengre for personer som oppfattet oppgaven som vanskeligere når ved hjelp av VTF. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne studien, en protokoll som kvantifiserer effekten av å legge VTF på objektet overføringen kinematikk i nærvær av incongruent visuelle-taktile stimuli ble presentert. Til beste av vår kunnskap, er dette den eneste protokollen tilgjengelig for å teste effekten av VTF på responsen til incongruent visuelle-taktile stimuli. De flere viktige skritt involvert i anvendelsen av incongruent visuell-taktil stimuli under objekt overføring med VTF inkluderer følgende: feste VTF systemet til motivet, aktivere VTF, forberede motion capture-systemet og bevegelse oppgave , og aktivere den visuelle tilbakemeldingen. Det er viktig at motivet ikke er klar over muligheten for villedende tilbakemelding under rettssaken. For å sikre dette, er bunnen av boksen foret med myke svamp lag og fagene hadde på seg hodetelefoner for å eliminere hørbar tilbakemelding av blokken faller og treffer tre boksen. Også de to overføringene av incongruent tilbakemeldinger velges tilfeldig ut av 16 overføringer, og er programmert til å simulere et fall i Start rommet i boksen etter å ha nådd 2 cm under partisjons høyden, slik at hånden er i løse luften. De to tilfeldige villedende visuelle signalene ble programmerte, slik at de ikke ville forekomme enten i de første eller siste to blokk overføringene og med minst én ikke-villedende overføring mellom dem.
En fordel med denne protokollen er at villedende visuelle tilbakemeldinger vises tilfeldig, og bare for et par ganger i løpet av 16-Transfer rettssaken. Dette forhindrer at motivet mistroende den virtuelle presentasjonen. Siden konflikten mellom de to signalene, gitt til faget i denne rettssaken, er svært høy, har utsatt protokollen som mål å øke påliteligheten av villedende visuell tilbakemelding, ved å presentere et rimelig antall blokk dråper. Det ble diskutert av Shams16 at samspillet mellom hørbare og visuelle signaler påvirkes av graden av konflikt mellom de to og tidligere kunnskap om rettssaken oppsettet. Dette kan også være tilfelle i samspillet mellom taktile og visuelle signaler, utformet her. En annen fordel med systemet er at for å presentere plasseringen av blokken i sanntid, beregner motion capture systemet 3D-koordinatene til blokken, slik at analysen av bevegelsen tid og bane av blokken i hver repetisjon kan utføres effektivt og presist på slutten av rettssaken.
Ved hjelp av denne protokollen, våre foreløpige resultater tyder på at når analysere visuell-taktile incongruent signaler, en ervervet direkte av lett berøring og den andre ervervet indirekte av visjonen (virtuell representasjon), kan faget har ignorert den indirekte visuelle tilbakemeldinger, og reagerte på direkte taktile signal. Dette ble også bekreftet i nærvær av VTF, og dermed avvise den andre hypotesen. Vi forventet at VTF ville distrahere oppmerksomheten til faget fra lyset direkte taktile tilbakemeldinger, og dermed overbevisende motivet til å svare med nøling til incongruent stimuli. Nøling var ventet å bli uttrykt ved lengre bane og varighet av blokken overføringen. Forutsetningen var basert på resultater av tidligere forskning som viste at vibrotactile romanen stimuli fange oppmerksomheten bort fra en pågående visuell oppgave8. Stien lengde og varighet ble valgt som indikatorer for nøling, skille mellom to forhold: Når villedende visuell tilbakemelding oppstår, kan faget enten stole på taktile tilbakemeldinger eller visuell tilbakemelding. Hvis motivet stoler på taktile tilbakemeldinger, så vi forventer at han eller hun vil fortsette den glatte bevegelsen banen. Derimot, hvis faget stoler på falske visuelle tilbakemeldinger, forventer vi at han eller hun vil flytte hånden tilbake for å forstå den falne blokken og skrivermodeller den (øke banen lengde og varighet). En mulig forklaring på mangelen på effekten av VTF på blokken bevegelige kinematikk er at siden VTF ble brukt i forbindelse med direkte taktil feedback, gjorde VTF ikke fungere som en forstyrrelse, men heller som en indirekte forsterker til direkte taktile Tilbakemelding. Dette tillot fagene å holde tillitsfulle den taktile tilbakemelding, både direkte og indirekte, over den virtuelle visuelle tilbakemeldinger. I tillegg til potensialet for distraksjon av vibrotactile signal, bør et annet aspekt ved bruk av vibrasjon under motor tasking vurderes: dens effekt på vår oppfatning av taktile og Propriosepsjon sanser. Studier viste at sene vibrasjoner forårsaket illusjoner mellom taktil persepsjon og følelse av kroppen dimensjon eller posisjon17,18,19. For eksempel, en vibrasjon i biceps eller Triceps muskel sener produsert en Proprioceptive illusjon som hadde en effekt på følelsen av berøring20. Men effekten av VTF (dvs. vibrasjon i forbindelse med taktile stimuli) på den taktile oppfatningen i seg selv har ikke blitt undersøkt slik at man ikke kan teoretisere om vibrasjonene påføres overarmen under rettssaken påvirket oppfatningen av Proprioceptive eller taktile sanser i motivet. Til slutt, en mulig forklaring på avvisningen av den andre hypotesen er de enkelte forskjellene i evnen til fagene å behandle VTF, som omtalt nedenfor.
I denne studien, den sterke sammenhengen mellom oppfattet vanskelighetsgraden for å utføre oppgaven med VTF og normalisert banen til blokken med VTF, beviser den tredje hypotesen og antyder at, som følte at VTF forstyrret dem, stolte på virtuelle visuelle tilbakemeldinger mer enn deres taktile sanser. Lignende rapporter om individuelle forskjeller i oppfatningen av fornuft illusjoner er dokumentert i litteraturen. For eksempel, med høyere sensorisk suggestibility Scale (SSS) score vurdert følelse av eierskap av en gummi hånd i gummi hånd illusjonen som høyere sammenlignet med motiver med lavere SSS score21. Et annet aspekt ved individuelle forskjeller i oppfatningen av illusjoner kan oppstå fra forskjeller i det timelige, bindende vinduet, som forårsaker endringer ved integrering av multisensor signaler22. Det ble funnet at individer med smalere oppfattes bindende Vinduer var mindre sannsynlighet for å oppfatte en illusjon, noe som tyder på at de er mer sannsynlig å distansere timelig asynkrone innganger. Det bør bemerkes at det var ingen signifikant sammenheng mellom oppfattet vanskelighetsgraden for å utføre oppgaven med VTF og normalisert tidspunktet for blokken med VTF. Dette kan forklares med hånden hastighet. Spesielt når fagene økt sin hånd banen lengde i nærvær av villedende virtuelt signal, de kan ha sped opp hånden bevegelse slik at den totale varigheten for å fullføre oppgaven forble lik som utføres av dem uten villedende tilbakemeldinger.
En begrensning av denne protokollen er at instruksjonene gitt til fagene å bruke en minimal kraft til blokken ble trolig henrettet annerledes av fagene, slik at noen brukte høyere krefter enn andre, og dermed oppfatte en høyere direkte taktile signal, som kan ha påvirket resultatene. Dessverre ble styrkene oppdaget av styrken sensorer for å bekrefte denne antakelsen ikke registrert. Innspilling av kreftene er en valgfri funksjon for fremtidige studier som kan bidra med informasjon om den taktile informasjonen som oppfattes av faget under rettssaken. Også den virtuelle representasjon utformet her gitt blokken bevegelse og plasseringen av boksen partisjonen slik at det ikke var noen virtuell representasjon av hånden til faget. Som tidligere forskning viste at visuell informasjon om tilsynelatende hånd posisjon kan ha crossmodal påvirkninger på taktile dommer, selv når synet er i konflikt med Propriosepsjon23,24,25, den tillegg av hånd representasjon i denne rettssaken kan ha endret resultatene av denne studien. I tillegg kan den valgte oppgaven med blokk overføring ha vært for rask. Fremtidig modifisering av denne protokollen kan omfatte en mer komplisert oppgave, slik at forskjellene i varighetene for fullføringen av oppgaven, med og uten VTF, ville ha vært mer betydelig. Individuelle forskjeller kan også styres ved hjelp av SSS. Sist, bare et minimalt antall repetisjoner av den visuelle-taktile incongruent tilbakemeldinger er mulig i denne protokollen, for ikke å varsle faget om villedende visuell tilbakemelding. Protokollen pålitelighet vil bli kompromittert hvis fagene mistenker at de blir bedratt av den visuelle presentasjonen. Derfor bør andelen villedende tilbakemeldinger per det totale antallet forsøk være minimal. Dessverre kan det lave antallet incongruent forekomster begrense den statistiske kraften.
Oppsummert, en ny protokoll, som presenterer villedende virtuelle visuelle tilbakemeldinger av bevegelse, ble testet med og uten VTF. De foreløpige resultatene viser at vi stoler direkte og indirekte taktile signaler over et indirekte visuelt signal. Videre påvirker forskjellene mellom forsøkspersonene responsen på incongruent signaler, slik at, som følte seg mer forstyrret av VTF, stolte på det villedende visuelle signalet over det taktile signalet. Denne protokollen kan bli ytterligere utforsket i øvre lem amputerte, som bruker proteser, utstyrt med VTF.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Denne studien ble ikke finansiert.
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).
