Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

Toepassing incongruent visueel-tactiele prikkels tijdens object transfer met Vibro-tactiele feedback

Published: May 23, 2019 doi: 10.3791/59493

Summary

We presenteren een protocol om incongruent visueel-tactiele prikkels toe te passen tijdens een object overdracht taak. Concreet, tijdens blok transfers, uitgevoerd terwijl de hand is verborgen, een virtuele presentatie van het blok toont willekeurige voorvallen van valse blok druppels. Het protocol beschrijft ook het toevoegen van vibrotactile feedback tijdens het uitvoeren van de motor taak.

Abstract

De toepassing van incongruente zintuiglijke signalen die verstoorde tactiele feedback gaat is zelden verkend, in het bijzonder met de aanwezigheid van vibrotactile feedback (VTF). Dit protocol beoogt het testen van het effect van VTF op de reactie op incongruente visueel-tactiele stimuli. De tactiele feedback wordt verkregen door het grijpen van een blok en het verplaatsen van het over een partitie. De visuele feedback is een real-time virtuele presentatie van het bewegende blok, verworven met behulp van een motion capture systeem. De congruente feedback is de betrouwbare presentatie van de beweging van het blok, zodat het onderwerp van mening dat het blok is begrepen en zie het bewegen samen met het pad van de hand. De incongruent feedback verschijnt als de beweging van het blok doorschakelt van de werkelijke beweging pad, zodat het lijkt te laten vallen van de hand wanneer het eigenlijk nog steeds in het bezit van het onderwerp, waardoor tegenstrijdig de tactiele feedback. Twintig onderwerpen (leeftijd 30,2 ± 16,3) herhaalden 16 blok overdrachten, terwijl hun hand werd verborgen. Deze werden herhaald met VTF en zonder VTF (totaal van 32 blok overdrachten). De incongruente stimuli werden willekeurig tweemaal binnen de 16 herhalingen in elke voorwaarde (met en zonder VTF) voorgesteld. Elk onderwerp werd gevraagd om de moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met en zonder de VTF te beoordelen. Er waren geen statistisch significante verschillen in de lengte van de hand paden en de duur tussen de overdrachten opgenomen met congruent en incongruent visueel-tactiele signalen-met en zonder de VTF. De waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF significant gecorreleerd met de genormaliseerde lengte van het pad van het blok met VTF (r = 0,675, p = 0,002). Deze opstelling wordt gebruikt om het additief of de reductieve waarde van VTF tijdens motorfunctie te kwantificeren die incongruent visueel-tactiele stimuli impliceert. Mogelijke toepassingen zijn protheses ontwerp, Smart sport-wear, of een andere kleding die VTF op te nemen.

Introduction

Illusies zijn uitbuitingen van de beperkingen van onze zintuigen, omdat we ten onrechte informatie waarnemen die afwijkt van objectieve werkelijkheid. Onze perceptieve relatie is gebaseerd op onze ervaring in het interpreteren van zintuiglijke gegevens en op de berekening van onze hersenen van de meest betrouwbare schatting van de werkelijkheid in de aanwezigheid van ambigue sensorische ingang1.

Een sub-categorie in het onderzoek van illusies is er een die incongruente zintuiglijke signalen combineert. De illusie dat de resultaten van incongruente zintuiglijke signalen afkomstig is van de constante multisensorische integratie uitgevoerd door onze hersenen. Terwijl er talrijke studies betreffende onenigheid in visueel-auditieve signalen zijn, is de incongruentie in andere sensorische paren minder gerapporteerd. Dit verschil in het aantal rapporten kan worden toegeschreven aan de hogere eenvoud in het ontwerpen van een Setup die visueel-auditieve incongruentie bevat. Echter, studies die verslag resultaten met betrekking tot andere zintuiglijke paren modaliteiten, zijn interessant. Bijvoorbeeld, het effect van incongruente visueel-haptische signalen op visuele gevoeligheid2 werd bestudeerd gebruikend een systeem waar de visuele en haptische stimuli in ruimte frequentie werden gematched; echter, de haptische en visuele oriëntatie was identiek (congruent) of orthogonale (incongruente). In een andere studie, het effect van incongruente visueel-tactiele motie prikkels op de waargenomen visuele richting van de beweging werd onderzocht met behulp van een visueel-tactiele cross-modale integratie stimulator met een verlichte paneel dat visuele prikkels en een tactiele presenteert stimulator die tactiele beweging prikkels presenteert met willekeurige beweging richting, snelheid, en inspringing diepte in de huid3. Men stelde voor dat wij intern zowel de statistische distributie van de taak als onze sensorische onzekerheid vertegenwoordigen, die hen combineert op een manier verenigbaar met een prestaties-optimaliserend Bayesiaanse proces4.

Virtual Reality heeft de mogelijkheid om de visuele feedback te bedriegen om het onderwerp een gemakkelijke taak. Verscheidene studies gebruikten multisensorische virtuele werkelijkheid om visuele en somatosensorische informatie verkeerd af te stemmen. Bijvoorbeeld, werd de virtuele werkelijkheid onlangs gebruikt om belichaming in het lichaam van een kind te veroorzaken, met of zonder activering van een kind-als stemvervorming5. In een ander voorbeeld, de visuele presentatie van de loopafstand tijdens zelf-beweging werd uitgebreid en was dus incongruent met de reisafstand gevoeld door lichaam gebaseerde cues6. Een soortgelijke Virtual Reality Setup is ontworpen voor een wieler activiteit7. Alle bovengenoemde literatuur, echter, combineerde geen interferentie aan één van de betekenissen, naast het incongruente signaal. We kozen voor de tactiele zin om een dergelijke verstoring te ontvangen.

Onze tactiele sensorische systeem biedt direct bewijs over de vraag of een object wordt begrepen. Wij verwachten daarom dat wanneer de directe visuele terugkoppeling vervormd of niet beschikbaar is, de rol van het tactiele sensorische systeem in de taken van de objecten manipulatie prominent zal zijn. Echter, wat zou er gebeuren als de tactiele sensorische kanaal was ook verstoord? Dit is een mogelijke uitkomst van het gebruik van vibrotactile feedback (VTF) voor sensorische vergroting, omdat het vangt de aandacht van de individuele8. Vandaag, augmented feedback van de verschillende modaliteiten wordt gebruikt als een externe tool, bedoeld om onze interne zintuiglijke feedback te verbeteren en de prestaties tijdens motorisch leren, in de sport en in revalidatie-instellingen9.

De studie van incongruent visueel-tactiele stimuli kunnen versterken ons begrip ten aanzien van de perceptie van de zintuiglijke input. In het bijzonder, kwantificering van het additief of reductieve waarde van VTF tijdens de motorfunctie die incongruent visueel-tactiele prikkels impliceert, kan helpen in de toekomst protheses ontwerp, Smart sport-wear, of enige andere kleding die VTF op te nemen. Aangezien geamputeerden zijn beroofd van tactiele prikkels op het distale aspect van hun residuum, hun dagelijks gebruik van de VTF, ingebed in de prothese om kennis van grijpen, bijvoorbeeld, zou kunnen beïnvloeden hoe ze waarnemen visuele feedback te brengen. Het begrip van het mechanisme van waarneming onder deze voorwaarden, zal ingenieurs toelaten om VTF modaliteiten te perfectioneren om het negatieve effect op VTF gebruikers te verminderen.

Wij poogden het effect van VTF op de reactie op incongruente visueel-tactiele stimuli te testen. In de voorgestelde opstelling, wordt de tactiele terugkoppeling verworven door een blok te grijpen en het te bewegen over een verdeling; de visuele feedback is een real-time virtuele presentatie van het bewegende blok en de partitie (verkregen met behulp van een motion capture-systeem). Aangezien het onderwerp wordt verhinderd het zien van de werkelijke handbeweging, de enige visuele feedback is de virtuele. De congruente feedback is de betrouwbare presentatie van de beweging van het blok, zodat het onderwerp van mening dat het blok is begrepen en ziet het bewegen samen met het pad van de hand. De incongruent feedback verschijnt als de beweging van het blok doorschakelt van de werkelijke beweging pad, zodat het lijkt te laten vallen van de hand wanneer het eigenlijk nog steeds in het bezit van het onderwerp, waardoor tegenstrijdig de tactiele feedback. Drie hypothesen werden getest: bij het verplaatsen van een object van de ene plaats naar de andere met behulp van virtuele visuele feedback, (i) het pad en de duur van de overdracht van het object beweging zal toenemen wanneer incongruent visueel-tactiele prikkels wordt gepresenteerd, (II) deze verandering zal verhoging wanneer incongruent visueel-tactiele prikkels wordt gepresenteerd en VTF wordt geactiveerd op de bewegende arm, en (III) een positieve correlatie zal worden gevonden tussen de waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF geactiveerd en het pad en de duur van de overdrachts beweging van het object. De eerste hypothese komt voort uit voornoemde literatuur dat het verslag dat verschillende modaliteiten van incongruente feedback van invloed op onze antwoorden. De tweede hypothese heeft betrekking op de eerdere bevindingen dat VTF de aandacht van het individu vastlegt. Voor de derde hypothese, gingen we ervan uit dat onderwerpen die meer verstoord door de VTF, zal vertrouwen op de virtuele visuele feedback meer dan hun tactiele zin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Het volgende protocol volgt de richtsnoeren van Human onderzoek ethiek Comite van de Universiteit. Zie de lijst van materialen voor de verwijzing naar de commerciële producten.

Nota: na het ontvangen van goedkeuring van het universitaire Comité van de ethiek, werden 20 gezonde individuen (7 mannetjes en 13 wijfjes, gemiddelde en standaardafwijking [br] van leeftijd 30,2 ± 16,3 jaar) aangeworven. Elk onderwerp gelezen en ondertekende een geïnformeerde toestemming vorm pretrial. Inclusie criteria waren rechtshandige personen van 18 jaar of ouder. Uitsluitingscriteria waren alle neurologische of orthopedische stoornissen die de bovenste ledematen of ongecorrigeerde gezichtsstoornissen beïnvloeden. De onderwerpen waren naïef om het voorkomen van incongruent visueel-tactiele feedback.

1. pre-trial voorbereiding

  1. Gebruik de houten doos uit de doos en blokken test10. De afmetingen van de doos zijn 53,7 cm x 26,9 cm x 8,5 cm en in het midden van het, is een 15,2 cm hoge partitie. Plaats een zachte spons laag aan beide zijden van de partitie. Plaats zes passieve reflecterende markeringen op het aspect tegenover het scherm, op de vier hoeken en aan beide uiteinden van de partitie (Figuur 1a).
  2. Gebruik een 3D-printer voor de vervaardiging van een kubus met de afmetingen van 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm, bevestigd aan een basis met de afmetingen van 4,5 cm x 4,5 cm x 1 cm. Voor het afdrukken, snijd elke hoek van de basis om een vierkant van grootte 1 cm x 1 cm te maken op elke hoek (Figuur 1a). Bevestig passieve reflecterende markeringen op de vier hoeken van de basis.
  3. Plaats een groot scherm ongeveer 1,5 m in de voorkant van een tafel, zodat een onderwerp, staande achter de tafel, is ongeveer 2 m van het scherm. Plaats de doos op de tafel, 10 cm van de rand tegenover het scherm.
  4. Gebruik een 6-camera motion capture systeem, geactiveerd op 100 Hz, met een plug-in voor het visualiseren van de partitie en de beweging van het blok in real-time (Figuur 1). Kalibreer de motion capture-systeem, volgens de richtlijnen van de fabrikant, zodat het blok en de verdeling van de doos worden erkend als stijve lichamen.
    Opmerking: de juiste kalibratie van de motion capture systeem en het gebruik van kleine markers die stevig zijn bevestigd aan het blok en de partitie zijn nodig om de illusie te handhaven.

2. het vibrotactile feedback systeem op het onderwerp plaatsen

Opmerking: het hier beschreven VTF systeem is eerder gepubliceerd11,12,13,14.

  1. Instrueer het onderwerp te verwijderen polshorloge, armbanden en ringen. Bevestig de VTF systeem controller aan de onderarm van het onderwerp (Figuur 2, links beeld).
  2. Bevestig twee dunne en flexibele kracht sensoren aan de Palmar aspect van de duim en wijsvingers over een dun sponsachtige laag (Figuur 2, rechts beeld).
  3. Plaats een manchet op de huid van de bovenarm van het onderwerp (Figuur 2, links beeld) en gebruik de bevestiger om de manchet comfortabel te sluiten. De manchet bevat drie vibrotactile actuatoren geactiveerd via een open-source elektronische prototyping platform met een frequentie van 233 Hz in een lineaire relatie tot de kracht waargenomen door de kracht sensoren. De kracht sensoren en vibrotactile actuators zijn aangesloten op het open-source elektronische prototyping platform via afgeschermde elektrische draden.

3. VTF activering

  1. Druk op de knop om de batterij aangesloten op de controller (Figuur 2, links beeld) te activeren.
  2. Vraag het onderwerp om de kracht sensor van de geinstrumenteerde vingers (dwz, de duim en wijsvingers) samen licht te drukken. Merk op dat het onderwerp zal een gevoel van trilling verslag in het gebied onder de manchet.
  3. Instrueer het onderwerp om te trainen voor 10 min in het grijpen van het blok zo licht mogelijk, met alleen de twee instrumenten vingers. Vraag het onderwerp om het blok te tillen, verplaatsen, en plaats het terug op de tafel meerdere malen, een poging om een minimale hoeveelheid kracht op het blok toe te passen. Moedig het onderwerp aan om de toegepaste kracht te proberen te verminderen, zelfs als het blok tijdens het grijpen wordt gelaten vallen.

4. positionering en voorbereiding van het onderwerp

  1. Instrueer het onderwerp om zich dicht bij de tafel (tot 10 cm van het), waar de doos en de partitie worden geplaatst.
  2. Plaats een divider aan de rand van de tafel in de buurt van het onderwerp en boven het vak, zodat het onderwerp niet in staat is om het vak te zien, maar kan gemakkelijk zien het scherm voor hem of haar (Figuur 1a). Voor de divider, gebruik een harde niet-reflecterende materiaal, bij voorkeur hout, gefixeerd op een vier poten, die de aanpassing van hun hoogte mogelijk te maken, om onderwerpen van verschillende hoogtes tegemoet te komen.
  3. Instrueer het onderwerp om de koptelefoon op zijn of haar hoofd te plaatsen.
  4. Plaats het blok in het midden van het rechter compartiment van de doos en leid de hand van het onderwerp aan.

5. aanvang van de proef

Opmerking: de beschreven proef wordt twee keer herhaald, met en zonder de VTF (een cross-over ontwerp wordt aanbevolen om een no Learning effect te verifiëren). Als u de proef zonder de VTF wilt uitvoeren, schakelt u de batterij die aan de controller is gekoppeld uit (Figuur 2).

  1. Activeer de software die de camera's van het motion capture systeem beheert.
  2. In het Configuratiescherm van de Visual feedback software (Figuur 1b), selecteert u met/zonder VTF, typt u de code van het onderwerp, klikt u op uitvoeren, verbinden, openen en starten.
  3. Instrueer het onderwerp om 16 herhalingen uit te voeren van de overdracht van het blok met de kracht sensor van de instrumenten hand tijdens het bekijken van de beweging van het virtuele blok op het scherm (Figuur 1b). Verplaats na elke overdracht het blok terug over de partitie naar de beginlocatie.
  4. Nadat het onderwerp 16 herhalingen heeft voltooid, klikt u op stoppen.
  5. Vraag het onderwerp om de moeilijkheidsgraad te beoordelen van het uitvoeren van de taak van de overdracht van het blok 16 keer tweemaal, met en zonder de VTF, volgens de volgende schaal: ' 0 ' (helemaal niet moeilijk), ' 1 ' (iets moeilijk), ' 2 ' (matig moeilijk), ' 3 ' (zeer moeilijk), en ' 4 ' (uiterst moeilijk).

6. post analyse

  1. Gebruik de 3D-coördinaatgegevens van het blok de Bereken het pad van het blok en de transfertijd. Markeer het begin en de offset tijd van elke overdracht handmatig als wanneer het blok is op het hoogtepunt van de velgen van de rechter (begin) en vervolgens links (offset) zijden van de doos. Bereken het pad lengte van elke overdracht volgens de volgende vergelijking:
    1Equation 1
    waar Equation 2 en Equation 3 zijn de 3D-coördinaat van het blok in twee daaropvolgende tijdpunten.
  2. Voor beide voorwaarden, met en zonder VTF, gemiddeld de lengte van het pad en de overdracht tijd een keer voor de twee transfers met incongruent visueel-tactiele signalen en een keer voor de 14 transfers met de congruente visueel-tactiele signalen.
  3. Genormaliseerd het pad en de tijd tijdens de overdracht van het blok in de aanwezigheid van incongruent visueel-tactiele signalen door het pad en de tijd tijdens het blok transfer met de aanwezigheid van congruente visueel-tactiele signalen. Voer de normalisatie afzonderlijk voor de twee voorwaarden (met en zonder VTF) uit.
  4. Voer een binnen-onderwerp herhaalde maatregelen ANOVA met twee factoren: VTF (met en zonder) en incongruent visueel-tactiele feedback (met en zonder).
  5. Als er geen statistische verschillen zijn bij het analyseren van de resultaten volgens de instructies in Subsectie 6,4, gebruik Bayesiaanse herhaalde maatregelen ANOVAs met twee factoren15.
  6. Gebruik de Speerman correlatie test met de waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF geactiveerd en met de genormaliseerde pad en de duur van de beweging
  7. Stel de statistische significantie in op p <. 05.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

We gebruikten de beschreven techniek om de drie hypothesen die bij het verplaatsen van een object van de ene plaats naar de andere met behulp van virtuele visuele feedback te testen: (i) het pad en de duur van de overdracht van het object beweging zal toenemen wanneer incongruent visueel-tactiele prikkels is gepresenteerd (II) deze verandering zal toenemen wanneer incongruent visueel-tactiele prikkels wordt gepresenteerd en VTF wordt geactiveerd op de bewegende arm; en (III) een positieve correlatie zal worden gevonden tussen de waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF geactiveerd en het pad en de duur van de overdracht van het object beweging.

De resultaten ondersteunen de derde hypothese. De gemelde moeilijkheidsniveaus van het uitvoeren van de taak met en zonder de VTF worden gepresenteerd in Figuur 3. Volgens de correlatie test van Spearman, de waargenomen moeilijkheidsgraad (van ' 0 ' = niet moeilijk helemaal niet, tot ' 4 ' = uiterst moeilijk) van het uitvoeren van de taak met de VTF significant gecorreleerd met de genormaliseerde pad lengte van het blok met VTF (r = 0,675, p = 0,002; Figuur 4). Met andere woorden, de genormaliseerde lengte van het pad in de aanwezigheid van incongruente visueel-tactiele signalen was langer voor onderwerpen die de taak waargenomen als moeilijker bij het gebruik van de VTF. Er was geen significante correlatie tussen de waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF en de genormaliseerde pad lengte van het blok zonder VTF (r = 0,132, p = 0,589). Ook waren er geen significante correlaties tussen de waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF en de genormaliseerde blok transfertijd, met en zonder de VTF (r =-0,056, p = 0,825 en r =-0,066, p = 0,788, respectievelijk).

We raden het normaliseren van het pad lengte en tijd, omdat de absolute tijd en het pad van elk onderwerp afhankelijk van de bewegingssnelheid en de strategie van elk onderwerp, zodat een niet-genormaliseerde waarde niet zou hebben weerspiegeld van de individuele verandering in beweging patroon als gevolg van de verschijning van incongruent visueel-tactiele signalen. Sinds, na elke overdracht, hebben we de herpositionering van het blok terug naar de exacte uitgangspositie, het pad lengte van het blok werd niet beïnvloed door de uitgangspositie. Voor de binnen-onderworpen herhaalde maatregelen ANOVA met twee factoren, VTF (met en zonder) en incongruent visueel-tactiele feedback (met en zonder), geen statistisch significante belangrijkste effecten werden gevonden in de lengte van de hand paden tijdens een blok Transfer voor proeven met VTF in vergelijking met proeven zonder VTF (F (1, 15) = 0,029, p = 0,866) en voor proeven met congruent visueel-tactiele feedback in vergelijking met proeven met incongruent visueel-tactiele feedback (F (1, 15) = 0,031, p = 0,863). Ook, werden geen statistisch significante belangrijkste gevolgen gevonden in de tijden om een blok voor proeven met VTF over te brengen in vergelijking met proeven zonder VTF (F (1, 15) = 0,354, p = 0,561) en voor proeven met congruent visueel-tactiele terugkoppeling in vergelijking met proeven met incongruent visueel-tactiele feedback (F (1, 15) = 1,169, p = 0,297).

Tijdens de proeven zonder VTF, waren er geen statistisch significante verschillen in de lengte van de hand paden tijdens een blok overdracht tussen de overdrachten opgenomen met incongruent en congruent visueel-tactiele signalen (27,3 ± 13,1 cm en 25,9 ± 12,2 cm, respectievelijk) en tussen de tijden voor de overdracht van een blok opgenomen met incongruente en congruent visueel-tactiele signalen (respectievelijk 1,18 ± 0,56 s en 1,20 ± 0,57 s). Evenzo, bij het toevoegen van VTF, waren er geen statistisch significante verschillen in de lengtes van de hand paden tijdens een blok overdracht, opgenomen met incongruent en congruent visueel-tactiele signalen (24,7 ± 7,4 cm en 26,1 ± 11,1 cm, respectievelijk) en tussen de tijd om een blok opgenomen met incongruent en congruent visueel-tactiele signalen (1,21 ± 0,38 s en 1,06 ± 0,41 s, respectievelijk) over te dragen. Volgens Bayesiaanse statistieken, het ontbreken van verschil met betrekking tot de groep factoren kunnen alleen worden genomen als anekdotisch bewijs gezien het feit dat geen van de gemonteerde modellen zijn aanzienlijk beter dan de null-model (2,769 < alle BF01 < 33,573) met een maximale fout van 2,72%.

Figure 1
Figuur 1: de proefopstelling. (a) markeringen die op de doos worden geplaatst (6 markers in rood, waarvan er 2 op de partitie zijn geplaatst) en het blok (4 markeerders in het blauw), verborgen voor de ogen van het onderwerp. De markers werden bijgehouden in real time door de motion capture systeem en de 3D-coördinaten van alle markers werden opgenomen in real-time. (b) de verdeling en beweging van het blok werden gepresenteerd op een scherm, gelegen voor het onderwerp. De stappen van de software activering worden beschreven in het protocol voor onderzoek. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: het vibrotactile feedback systeem. Het systeem controller is bevestigd aan de onderarm van het onderwerp en de manchet is gewikkeld rond de bovenarm (links beeld). De kracht sensoren zijn geplaatst op de Palmar aspect van de duim en wijsvingers (rechts afbeelding). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: de gemelde moeilijkheidsniveaus (0 = helemaal niet moeilijk, 1 = iets moeilijk, 2 = matig moeilijk, 4 = extreem moeilijk) van het uitvoeren van de taak met en zonder de vibrotactile feedback (VTF). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: een spreidings plot van het waargenomen moeilijkheidsniveau (0 = helemaal niet moeilijk, 1 = iets moeilijk, 2 = matig moeilijk, 4 = uiterst moeilijk) van het uitvoeren van de taak met VTF in relatie tot de genormaliseerde lengte van het pad van het blok wanneer overgebracht met VTF. De genormaliseerde lengte van het pad (het pad lengte in de aanwezigheid van incongruent visueel-tactiele signalen gedeeld door de lengte van het pad in de aanwezigheid van congruente visueel-tactiele signalen) was aanzienlijk langer voor onderwerpen die de taak waargenomen als moeilijker wanneer met behulp van de VTF. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In deze studie, een protocol dat kwantificeert het effect van het toevoegen van VTF op het object Transfer bewegingen in de aanwezigheid van incongruent visueel-tactiele prikkels werd gepresenteerd. Om het beste van onze kennis, dit is het enige protocol beschikbaar om het effect van VTF op de reactie op incongruente visueel-tactiele stimuli te testen. De verschillende kritieke stappen die betrokken zijn bij de toepassing van incongruente visueel-tactiele stimuli tijdens object transfer met VTF omvatten de volgende: het bevestigen van de VTF systeem aan het onderwerp, het activeren van de VTF, de voorbereiding van de motion capture systeem en beweging taak en het activeren van de visuele feedback. Het is van cruciaal belang dat het onderwerp zich niet bewust is van de mogelijkheid voor misleidende feedback tijdens het proces. Om dit te verzekeren, is de bodem van de doos bekleed met zachte spons laag en de onderwerpen droegen oortelefoons om auditieve terugkoppeling van het blok het vallen te elimineren en de houten doos te raken. Ook de twee overdrachten van incongruent feedback zijn willekeurig gekozen uit de 16 transfers, en zijn geprogrammeerd om een daling te simuleren in het begin compartiment van de doos na het bereiken van 2 cm onder de hoogte van de partitie, zodat de hand in Midair. De twee willekeurige misleidende visuals signalen werden geprogrammeerd, zodat ze niet zouden plaatsvinden in de eerste of laatste twee blok transfers en met ten minste een niet-misleidende overdracht tussen hen.

Een voordeel van dit protocol is dat de misleidende visuele feedback verschijnt willekeurig en slechts voor een paar keer tijdens de 16-Transfer trial. Hierdoor wordt voorkomen dat het onderwerp de virtuele presentatie wantrouwt. Aangezien het conflict tussen de twee signalen, die aan het onderwerp in dit proces, is zeer hoog, de onderworpen protocol is bedoeld om de betrouwbaarheid van de misleidende visuele feedback te verhogen, door de presentatie van een redelijk aantal blokken druppels. Het werd besproken door Shams16 dat de interactie tussen auditieve en visuele signalen wordt beïnvloed door de mate van conflict tussen de twee en voorkennis over de trial Setup. Dit kan ook het geval zijn in de interactie tussen tactiele en visuele signalen, hierin ontworpen. Een ander voordeel van het systeem is dat om de locatie van het blok in real-time te presenteren, de motion capture systeem berekent de 3D-coördinaten van het blok, zodat de analyse van de bewegings tijd en het pad van het blok in elke herhaling kan worden uitgevoerd doeltreffend en nauwkeurig aan het einde van het proces.

Met behulp van dit protocol, onze voorlopige resultaten suggereren dat bij het analyseren van visueel-tactiele incongruente signalen, een rechtstreeks verworven door lichte aanraking en de andere indirect verworven door visie (virtuele representatie), kan het onderwerp hebben genegeerd de indirecte visuele feedback, en reageerde op de directe tactiele signaal. Dit werd ook bevestigd in aanwezigheid van VTF, daardoor verwerpend de tweede hypothese. We verwachtten dat de VTF zou de aandacht van het onderwerp af te leiden van het licht directe tactiele feedback, waardoor dwingende het onderwerp om te reageren met aarzeling om incongruent prikkels. De aarzeling werd naar verwachting worden uitgedrukt door een langere weg en de duur van het blok Transfer. De veronderstelling was gebaseerd op de resultaten van eerdere onderzoek dat toonde aan dat vibrotactile nieuwe stimuli aandacht weg te vangen van een lopende visuele taak8. Het pad lengte en duur werden gekozen als indicatoren van aarzeling, differentiëren tussen twee voorwaarden: wanneer de misleidende visuele feedback optreedt, kan het onderwerp ofwel vertrouwen op de tactiele feedback of de visuele feedback. Als het onderwerp vertrouwt de tactiele feedback, dan verwachten we dat hij of zij zal de soepele beweging pad voort te zetten. Omgekeerd, als het onderwerp vertrouwt op de valse visuele feedback, verwachten we dat hij of zij zal de hand terug te grijpen de gevallen te blokkeren en opnieuw overdragen (het verhogen van de lengte van het pad en de duur). Een mogelijke verklaring voor het gebrek aan effect van VTF op het blok bewegende bewegingen is dat sinds de VTF werd toegepast in combinatie met de directe tactiele feedback, de VTF niet functioneert als een verstoring, maar eerder als een indirecte versterker aan de directe tactiele Feedback. Hierdoor konden de onderwerpen te houden vertrouwen op de tactiele feedback, zowel direct als indirect, over de virtuele visuele feedback. In aanvulling op de mogelijkheden voor afleiding door vibrotactile signaal, een ander aspect van de toepassing van trillingen tijdens de motor tasking moet worden overwogen: het effect ervan op onze perceptie van tactiele en proprioceptie zintuigen. Studies toonden aan dat pees vibratie illusies veroorzaakte tussen tactiele waarneming en het gevoel van lichaams afmeting of positie17,18,19. Bijvoorbeeld, trillingen aan de biceps of triceps spier pezen produceerde een proprioceptieve illusie die een effect op de betekenis van aanraking20had. Echter, het effect van VTF (dat wil zeggen, trillingen in combinatie met de tactiele prikkels) op de tactiele waarneming zelf is niet onderzocht, zodat men niet kan theoretiseren of de trillingen toegepast op de bovenarm tijdens het proces beïnvloed de perceptie van de proprioceptieve of tactiele zintuigen van het onderwerp. Ten slotte, een mogelijke verklaring voor de verwerping van de tweede hypothese is de individuele verschillen in het vermogen van de onderwerpen aan de VTF proces, zoals hieronder besproken.

In deze studie, de sterke correlatie tussen de waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF en de genormaliseerde pad van het blok met VTF, bewijst de derde hypothese en suggereert dat onderwerpen, die vonden dat de VTF verstoorde hen, vertrouwde op de virtuele visuele feedback meer dan hun tactiele zintuigen. De gelijkaardige rapporten van individuele verschillen in waarneming van betekenis illusies zijn gedocumenteerd in de literatuur. Bijvoorbeeld, onderwerpen met een hogere sensorische suggestibiliteit schaal (SSS) scores nominaal het gevoel van eigendom van een rubberen hand in de rubberen hand illusie als hoger in vergelijking met onderwerpen met lagere SSS scores21. Een ander aspect van individuele verschillen in perceptie van illusies kan voortvloeien uit verschillen in de temporele waarneembaar bindend venster, die veranderingen veroorzaakt bij de integratie van multisensorische cues22. Men vond dat de individuen met smallere waarnemende bindende vensters minder waarschijnlijk waren om een illusie waar te nemen, die suggereert dat zij meer geneigd zijn om tijdelijk asynchrone ingangen te scheiden. Opgemerkt moet worden dat er geen significante correlatie tussen de waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF en de genormaliseerde tijd van het blok met VTF. Dit kan worden verklaard door de hand snelheid. Concreet, wanneer de onderwerpen steeg hun hand pad lengte in de aanwezigheid van de misleidende virtuele signaal, zouden ze hebben versneld hun handbeweging, zodat de totale duur voor de voltooiing van de taak bleef vergelijkbaar met die door hen uitgevoerd zonder de misleidende feedback.

Een beperking van dit protocol is dat de instructies die aan de onderwerpen om een minimale kracht toe te passen op het blok werden waarschijnlijk anders uitgevoerd door de onderwerpen, zodat sommige toegepaste hogere krachten dan anderen, waardoor het waarnemen van een hogere directe tactiele het signaal, dat de resultaten zou kunnen hebben beïnvloed. Jammer genoeg, werden de krachten die door de kracht sensoren worden ontdekt om deze veronderstelling te bevestigen niet geregistreerd. Het opnemen van de krachten is een facultatieve eigenschap voor toekomstige studies die informatie betreffende de tactiele informatie zouden kunnen bijdragen die door het onderwerp tijdens de proef wordt waargenomen. Ook de virtuele representatie hierin ontworpen op voorwaarde dat de blok beweging en de locatie van de doos partitie, zodat er geen virtuele representatie van de hand van het onderwerp. Zoals eerder onderzoek toonde aan dat visuele informatie over schijnbare hand positie kan hebben crossmodal invloeden op tactiele arresten, zelfs wanneer visie conflicten met proprioceptie23,24,25, de de toevoeging van hand vertegenwoordiging in deze proef kan de resultaten van deze studie veranderd hebben. Bovendien zou de gekozen taak van block transfer te snel geweest zijn. De toekomstige wijziging van dit protocol zou een ingewikkeldere taak kunnen omvatten, zodat de verschillen in de duur voor de voltooiing van de taak, met en zonder VTF, aanzienlijk zouden zijn geweest. Ook kunnen individuele verschillen worden gecontroleerd met behulp van de SSS. Laatste, slechts een minimaal aantal herhalingen van de visueel-tactiele incongruent feedback zijn mogelijk in dit protocol, om niet te waarschuwen het onderwerp met betrekking tot de misleidende visuele feedback. Het protocol betrouwbaarheid zou worden aangetast als de onderwerpen zou vermoeden dat ze worden misleid door de visuele presentatie. Daarom moet het aandeel van misleidende feedback per het totale aantal proeven minimaal zijn. Helaas kan het kleine aantal incongruente gevallen beperken de statistische macht.

Samengevat, een nieuw protocol, dat misleidende virtuele visuele feedback van beweging presenteert, werd getest met en zonder VTF. De voorlopige resultaten laten zien dat we direct en indirect tactiele signalen vertrouwen over een indirect visueel signaal. Voorts beïnvloeden de verschillen tussen onderwerpen de reactie op incongruente signalen, zodat de onderwerpen, die meer gestoord door de VTF voelden, het misleidende visuele signaal over het tactiele signaal vertrouwden. Dit protocol kan verder worden onderzocht in de bovenste ledematen geamputeerden, die gebruik maken van protheses, uitgerust met VTF.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Deze studie werd niet gefinancierd.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Aggelopoulos, N. C. Perceptual inference. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 55, 375-392 (2015).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Kording, K. P., Wolpert, D. M. Bayesian integration in sensorimotor learning. Nature. 427 (6971), 244-247 (2004).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Dienes, Z. Using Bayes to get the most out of non-significant results. Frontiers in Psychology. 5, 781 (2014).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Fuentes, C. T., Gomi, H., Haggard, P. Temporal features of human tendon vibration illusions. The European Journal of Neuroscience. 36 (12), 3709-3717 (2012).
  20. de Vignemont, F., Ehrsson, H. H., Haggard, P. Bodily illusions modulate tactile perception. Current Biology. 15 (14), 1286-1290 (2005).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Carey, D. P. Multisensory integration: attending to seen and felt hands. Current Biology. 10 (23), R863-R865 (2000).
  25. 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).

Tags

Gedrag motion capture virtuele manipulatie perceptie feedback hand-oog coördinatie Virtual Reality
Toepassing incongruent visueel-tactiele prikkels tijdens object transfer met Vibro-tactiele feedback
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Friedman, J., Raveh, E., Weiss, T.,More

Friedman, J., Raveh, E., Weiss, T., Itkin, S., Niv, D., Hani, M., Portnoy, S. Applying Incongruent Visual-Tactile Stimuli during Object Transfer with Vibro-Tactile Feedback. J. Vis. Exp. (147), e59493, doi:10.3791/59493 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter