Summary
Vi præsenterer en protokol til at anvende inkongruente visuelle-taktile stimuli under en objekt overførsel opgave. Specifikt under blok overførsler, der udføres, mens hånden er skjult, en virtuel præsentation af blokken viser tilfældige forekomster af falske blok dråber. Protokollen beskriver også tilføjelse af vibrotaktile feedback, mens du udfører motor opgaven.
Abstract
Anvendelsen af inkongruente sensoriske signaler, der involverer forstyrret Taktile feedback er sjældent udforsket, specielt med tilstedeværelsen af vibrotactile feedback (VTF). Denne protokol har til formål at teste virkningen af VTF på respons på inkongruente visuelle-taktile stimuli. Den taktile feedback er erhvervet ved at gribe en blok og flytte den på tværs af en partition. Den visuelle feedback er en virtuel præsentation i realtid af den bevægende blok, som er anskaffet ved hjælp af et bevægelses Capture-System. Den kongruente feedback er pålidelig præsentation af bevægelsen af blokken, så motivet føler, at blokken er grebet og se det bevæge sig sammen med stien til hånden. Den inkongruente feedback vises som bevægelsen af blokken afviger fra den faktiske bevægelse vej, så det ser ud til at falde fra hånden, når det faktisk stadig holdes af emnet, og dermed modsiger Taktile feedback. Tyve (alder 30,2 ± 16,3) gentagne 16 blok overførsler, mens deres hånd var skjult. Disse blev gentaget med VTF og uden VTF (i alt 32 blok overførsler). Inkongruente stimuli blev præsenteret tilfældigt to gange inden for de 16 gentagelser i hver tilstand (med og uden VTF). Hvert emne blev bedt om at bedømme sværhedsgraden af at udføre opgaven med og uden VTF. Der var ingen statistisk signifikante forskelle i længden af hånd stier og varigheder mellem overførsler registreret med kongruente og inkongruente visuelle taktile signaler – med og uden VTF. Den opfattede sværhedsgrad af at udføre opgaven med VTF væsentligt korreleret med den normaliserede sti længde af blokken med VTF (r = 0,675, p = 0,002). Denne opsætning bruges til at kvantificere additiv eller reduktiv værdi af VTF under motorisk funktion, der involverer inkongruente visuelle-taktile stimuli. Mulige anvendelser er protetik design, smart sport-slid, eller andre beklædningsgenstande, der inkorporerer VTF.
Introduction
Illusioner er eksplosioneringer af begrænsningerne i vores sanser, som vi fejlagtigt opfatter oplysninger, der afviger fra objektiv virkelighed. Vores perceptuelle konklusion er baseret på vores erfaring med at fortolke sensoriske data og på beregningen af vores hjerne af den mest pålidelige skøn over virkeligheden i nærværelse af tvetydige sensoriske input1.
En under kategori i forskning af illusioner er en, der kombinerer inkongruente sensoriske signaler. Illusionen om, at resultater fra inkongruente sensoriske signaler stammer fra den konstante multisensoriske integration udført af vores hjerne. Mens der er talrige undersøgelser vedrørende inkongruens i visuelle auditive signaler, inkongruens i andre sensoriske par er mindre rapporteret. Denne forskel i antallet af rapporter kan tilskrives den højere enkelhed i udformningen af en opsætning, der inkorporerer visuelle auditive inkongruence. Men undersøgelser, der rapporterer resultater vedrørende andre sensoriske par modaliteter, er interessante. For eksempel blev effekten af inkongruente visuelle-Haptiske signaler på visuel følsomhed2 undersøgt ved hjælp af et system, hvor de visuelle og haptiske stimuli blev matchet i rumlig hyppighed; den haptiske og visuelle orientering var dog identisk (kongruent) eller ortogononal (inkongruent). I en anden undersøgelse, effekten af inkongruente visuelle-taktile bevægelse stimuli på den opfattede visuelle bevægelsesretning blev undersøgt ved hjælp af en visuel-taktile Cross-modal integration stimulator med et oplyst panel, der præsenterer visuelle stimuli og en taktile stimulator, der præsenterer taktile bevægelses stimuli med vilkårlig bevægelsesretning, hastighed og indryknings dybde i huden3. Det blev foreslået, at vi internt repræsenterer både den statistiske fordeling af opgaven og vores sensoriske usikkerhed, der kombinerer dem på en måde, der er i overensstemmelse med en performance-optimering Bayesian proces4.
Virtual Reality har gjort evnen til at bedrage den visuelle feedback til emnet en let opgave. Flere undersøgelser anvendte multisensoriske Virtual Reality til at misjustere visuelle og somatosensoriske oplysninger. For eksempel, Virtual Reality blev for nylig brugt til at fremkalde udførelsesform i et barns krop, med eller uden aktivering af en børne-lignende stemme forvrængning5. I et andet eksempel, den visuelle præsentation af gåafstand under selv bevægelse blev forlænget og var derfor inkongruent med rejseafstanden mærkes af krop-baserede stikord6. En lignende Virtual Reality-opsætning er designet til en cykelaktivitet7. Alle førnævnte litteratur, dog ikke kombinere en indblanding i en af sanserne, ud over det inkongruente signal. Vi valgte den taktile sans for at modtage en sådan forstyrrelse.
Vores taktile sensoriske system giver direkte bevis for, om et objekt er ved at blive grebet. Vi forventer derfor, at når direkte visuel feedback er forvrænget eller utilgængelig, vil det taktile sensoriske Systems rolle i objekt manipulerings opgaver være fremtrædende. Men hvad ville der ske, hvis den taktile sensoriske kanal også blev forstyrret? Dette er et muligt resultat af at bruge vibrotactile feedback (VTF) for sensorisk augmentation, da det fanger den enkeltes opmærksomhed8. I dag bruges Augmented feedback af forskellige metoder som et eksternt værktøj, der har til formål at forbedre vores interne sensoriske feedback og forbedre ydeevnen under motor læring, i sport og i rehabiliterings indstillinger9.
Studiet af inkongruente visuelle taktile stimuli kan forbedre vores forståelse af opfattelsen af det sensoriske input. Især kvantificering af additiv eller reduktiv værdi af VTF under motorisk funktion, der involverer inkongruente visuelle taktile stimuli, kan hjælpe i fremtidige protetik design, smart sport-slid, eller andre beklædningsgenstande, der inkorporerer VTF. Da amputerede er frataget taktile stimuli på det distale aspekt af deres residuum, deres daglige brug af VTF, indlejret i protese til at formidle viden om greb, for eksempel, kan påvirke, hvordan de opfatter visuel feedback. Forståelse af mekanismen for Perception under disse betingelser, vil give ingeniører til at perfektionere VTF modaliteter til at reducere den negative effekt på VTF brugere.
Vi havde til hensigt at teste effekten af VTF på respons på inkongruente visuelle-taktile stimuli. I den præsenterede setup, er den taktile feedback erhverves ved at gribe en blok og flytte den på tværs af en partition; den visuelle feedback er en virtuel real-time præsentation af den bevægende blok og partitionen (erhvervet ved hjælp af et motion capture system). Da motivet forhindres i at se den faktiske håndbevægelse, er den eneste visuelle feedback den virtuelle. Den kongruente feedback er pålidelig præsentation af bevægelsen af blokken, så motivet føler, at blokken er grebet og ser det bevæge sig sammen med stien til hånden. Den inkongruente feedback vises som bevægelsen af blokken afviger fra den faktiske bevægelse vej, så det ser ud til at falde fra hånden, når det faktisk stadig holdes af emnet, og dermed modsiger Taktile feedback. Tre hypoteser blev afprøvet: når du flytter et objekt fra et sted til et andet ved hjælp af virtuel visuel feedback, (i) stien og varigheden af objektets Transfer bevægelse vil stige, når inkongruente visuelle-taktile stimuli er præsenteret, (II) denne ændring vil øges, når inkongruente visuelle taktile stimuli præsenteres, og VTF aktiveres på den bevægende arm, og (III) der vil blive fundet en positiv korrelation mellem den opfattede sværhedsgrad af at udføre opgaven med VTF aktiveret og stien og varigheden af objektets overførsels bevægelse. Den første hypotese stammer fra førnævnte litteratur, der rapporterer, at forskellige metoder til inkongruent feedback påvirker vores svar. Den anden hypotese vedrører de tidligere resultater, som VTF indfanger den enkeltes opmærksomhed. For den tredje hypotese, vi antog, at, der var mere forstyrret af VTF, vil stole på den virtuelle visuelle feedback mere end deres taktile sans.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Følgende protokol følger retningslinjerne for human Research etik udvalg af universitetet. Se tabel over materialer for at henvise til de kommercielle produkter.
Bemærk: efter at have modtaget godkendelse fra universitetets etiske komité blev 20 raske personer (7 mænd og 13 kvinder, gennemsnit og standardafvigelse [SD] på 30,2 ± 16,3 år) rekrutteret. Hvert emne læser og underskriver et informeret samtykkeformular forundersøgelse. Inklusionskriterierne var højrehåndet personer på 18 år eller derover. Udelukkelseskriterierne var enhver neurologisk eller ortopædisk svækkelse, der påvirkede de øvre ekstremiteter eller ukorrigeret synsnedsættelse. Emnerne var naive at forekomsten af inkongruent visuel-Taktile feedback.
1. forberedelse forud for retssagen
- Brug trækassen fra kassen og blokke test10. Dimensionerne af kassen er 53,7 cm x 26,9 cm x 8,5 cm og i midten af det, er en 15,2 cm høj partition. Anbring et blødt svampe lag på begge sider af skillevæggen. Placer seks passive reflekterende markører på det aspekt, der er modsat skærmen, i de fire hjørner og i begge ender af partitionen (figur 1a).
- Brug en 3D-printer til at fremstille en terning med dimensionerne 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm, fastgjort til en base med dimensionerne 4,5 cm x 4,5 cm x 1 cm. Før udskrivningen skæres hvert hjørne af basen for at skabe et kvadrat af størrelse 1 cm x 1 cm i hvert hjørne (figur 1a). Fastgør passive reflekterende markører på de fire hjørner af basen.
- Anbring en stor skærm ca. 1,5 m foran et bord, så et motiv, der står bag bordet, er ca. 2 m fra skærmen. Anbring boksen på bordet, 10 cm fra kanten modsat skærmen.
- Brug en 6-kamera motion capture system, aktiveret ved 100 Hz, med en plug-in til at visualisere partitionen og bevægelsen af blokken i realtid (figur 1). Kalibrer motion capture system, i henhold til retningslinjerne fra fabrikanten, således at blokken og deling af kassen er anerkendt som stive organer.
Bemærk: korrekt kalibrering af motion capture system og brug af små markører, der er solidt fastgjort til blokken og partition er forpligtet til at opretholde illusionen.
2. placering af vibrotaktile feedback-systemet på motivet
Bemærk: VTF-systemet beskrevet heri blev tidligere udgivet11,12,13,14.
- Instruer motivet om at fjerne armbåndse, armbånd og ringe. Fastgør VTF-system controlleren til underarm af motivet (figur 2, venstre billede).
- Fastgør to tynde og fleksible kraft sensorer til palmar aspekt af tommelfinger og indeks fingre over et tyndt svampet lag (figur 2, højre billede).
- Anbring en manchet på huden på overarmen af motivet (figur 2, venstre billede) og brug fastgørings mekanismen til at lukke manchetten komfortabelt. Manchetten vil indeholde tre vibrotaktile aktuatorer aktiveres via en open-source elektronisk prototyping platform med en frekvens på 233 Hz i en lineær relation til den kraft, der opfattes af kraften sensorer. De kraft sensorer og vibrotaktile aktuatorer er forbundet til Open Source elektronisk prototyping platform via afskærmede elektriske ledninger.
3. aktivering af VTF
- Tryk på knappen for at aktivere det batteri, der er tilsluttet controlleren (figur 2, venstre billede).
- Bed motivet om at trykke let på kraft følerens instrumenterede fingre (dvs. tommel-og pege fingre). Bemærk, at motivet vil rapportere en følelse af vibrationer på området under manchetten.
- Instruer motivet til at træne i 10 min i fatte blokken så let som muligt, ved hjælp af kun de to instruerede fingre. Bed motivet om at løfte blokken, flytte den og sætte den tilbage på bordet flere gange og forsøge at anvende en minimal mængde kraft på blokken. Tilskynd motivet til at forsøge at reducere den anvendte kraft, selvom blokken tabes under grebet.
4. positionering og klargøring af motivet
- Instruer motivet til at stå tæt på bordet (op til 10 cm fra det), hvor boksen og partitionen er placeret.
- Anbring en skillelinje i kanten af bordet i nærheden af motivet og oven over boksen, så motivet ikke kan se boksen, men nemt se skærmen foran ham eller hende (figur 1a). For skillelinjen, skal du bruge en hård ikke-reflekterende materiale, fortrinsvis træ, fastgjort på en fire ben, som tillader justering af deres højde, for at rumme emner af forskellige højder.
- Instruer motivet til at placere øretelefonerne på hans eller hendes hoved.
- Placer blokken i midten af det højre rum i boksen og guide hånden af motivet til det.
5. påbegyndelse af forsøget
Bemærk: det beskrevne forsøg gentages to gange, med og uden VTF (et cross-over design anbefales for at verificere en ingen indlærings effekt). Hvis du vil udføre forsøget uden VTF, skal du slukke for det batteri, der er tilsluttet controlleren (figur 2).
- Aktivér den software, der styrer kameraerne i bevægelses opsamlingssystemet.
- I kontrolpanelet for Visual feedback software (figur 1b), Vælg med/uden VTF, Skriv koden for emnet, klik på Kør, Forbind, Åbn og Start.
- Instruer motivet til at udføre 16 gentagelser af at overføre blokken med kraft følerens instruerede hånd, mens du ser bevægelsen af den virtuelle blok på skærmen (figur 1b). Efter hver overførsel skal du flytte blokken tilbage over partitionen til dens startplacering.
- Klik på stop, når emnet har fuldført 16 gentagelser.
- Bed motivet om at bedømme sværhedsgraden af at udføre opgaven med at overføre blokken 16 gange to gange, med og uden VTF, i henhold til følgende skala: ' 0 ' (ikke svært overhovedet), ' 1 ' (lidt svært), ' 2 ' (moderat vanskeligt), ' 3 ' (meget vanskeligt) og "4" (yderst vanskeligt).
6. efter analyse
- Brug 3D-koordinat dataene i blokken til at beregne stien til blokken og dens overførings tidspunkt. Marker start og offset tid for hver overførsel manuelt, som når blokken er på højden af fælge af højre (debut) og derefter venstre (offset) sider af kassen. Beregn kurve længden for hver overførsel i henhold til følgende ligning:
1
hvor
og 
er den 3D koordinat af blokken i to efterfølgende tidspunkter. - Til begge tilstande, med og uden VTF, gennemsnitlige kurve længde og overførings tid én gang for de to overførsler med inkongruente visuelle taktile signaler og én gang for de 14 overførsler med de kongruente visuelle taktile signaler.
- Normaliseret stien og tiden under blok overførsel i nærværelse af inkongruente visuelle-taktile signaler af stien og tid under blok overførsel med tilstedeværelsen af kongruente visuelle-taktile signaler. Udfør normaliseringen separat for de to betingelser (med og uden VTF).
- Udfør en in-subject gentagne foranstaltninger ANOVA med to faktorer: VTF (med og uden) og inkongruent visuel-Taktile feedback (med og uden).
- Hvis der ikke er statistiske forskelle ved analyse af resultaterne efter anvisningerne i under afsnit 6,4, brug Bayesian gentagne foranstaltninger ANOVAs med to faktorer15.
- Brug Spearman-korrelations testen med den opfattede sværhedsgrad til at udføre opgaven med VTF aktiveret og med den normaliserede sti og varigheden af bevægelsen
- Angiv den statistiske signifikans til p <. 05.
og 
er den 3D koordinat af blokken i to efterfølgende tidspunkter.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vi brugte den beskrevne teknik til at teste de tre hypoteser, at når du flytter et objekt fra et sted til et andet ved hjælp af virtuel visuel feedback: (i) stien og varigheden af objektets Transfer bevægelse vil stige, når inkongruente visuelle-taktile stimuli er præsenteres (II) denne ændring vil stige, når inkongruente visuelle taktile stimuli præsenteres, og VTF aktiveres på den bevægende arm; og (III) en positiv korrelation vil blive fundet mellem den opfattede sværhedsgrad niveau for at udføre opgaven med VTF aktiveret og stien og varigheden af objektets Transfer bevægelse.
Resultaterne understøtter den tredje hypotese. De rapporterede sværhedsgrader for at udføre opgaven med og uden VTF er præsenteret i figur 3. Ifølge Spearman korrelations test, den opfattede sværhedsgrad niveau (fra ' 0 ' = ikke svært overhovedet, at ' 4 ' = yderst vanskeligt) at udføre opgaven med VTF væsentligt korreleret med den normaliserede sti længde af blokken med VTF (r = 0,675, p = 0,002; Figur 4). Med andre ord, den normaliserede sti længde i tilstedeværelsen af inkongruente visuelle-taktile signaler var længere for, der opfattede opgaven som vanskeligere, når du bruger VTF. Der var ingen signifikant sammenhæng mellem den opfattede sværhedsgrad af at udføre opgaven med VTF og den normaliserede sti længde af blokken uden VTF (r = 0,132, p = 0,589). Der var heller ingen væsentlige sammenhænge mellem den opfattede sværhedsgrad af at udføre opgaven med VTF og den normaliserede blok overførings tid, med og uden VTF (r =-0,056, p = 0,825 og r =-0,066, p = 0,788, hhv.).
Vi foreslår at normalisere stien længde og tid, da den absolutte tid og vej for hvert emne afhang af bevægelsen hastighed og strategi for hvert emne, således at en ikke-normaliseret værdi ikke ville have afspejlet den enkeltes ændring i bevægelse mønster på grund af udseende af de inkongruente visuelle taktile signaler. Da der efter hver overførsel, vi flyttet blokken tilbage til den nøjagtige startposition, stien længde af blokken var ikke påvirket af udgangspositionen. Der blev ikke fundet statistisk signifikante hoved effekter i længden af hånd stierne ved en blok overførsel for den inden for forsøgsperioden gentagne foranstaltninger med to faktorer, VTF (med og uden) og inkongruent visuel-Taktile feedback (med og uden). forsøg med VTF sammenlignet med studier uden VTF (F (1, 15) = 0,029, p = 0,866) og til forsøg med kongruent visuel-Taktile feedback sammenlignet med studier med inkongruent visuel-Taktile feedback (F (1, 15) = 0,031, p = 0,863). Der blev heller ikke fundet statistisk signifikante hoved virkninger i tiden til at overføre en blok til forsøg med VTF sammenlignet med forsøg uden VTF (F (1, 15) = 0,354, p = 0,561) og til forsøg med kongruent visuel-Taktile feedback sammenlignet med studier med inkongruent visuel-Taktile feedback (F (1, 15) = 1,169, p = 0,297).
Under forsøgene uden VTF var der ingen statistisk signifikante forskelle i længden af hånd stierne under en blok overførsel mellem overførsler registreret med inkongruente og kongruente visuelle taktile signaler (27,3 ± 13,1 cm og 25,9 ± 12,2 cm, og mellem tidspunkterne for overførsel af en blok, der er optaget med inkongruente og kongruente visuelle taktile signaler (henholdsvis 1,18 ± 0,56 s og 1,20 ± 0,57 s). På samme måde var der ved tilsætning af VTF ingen statistisk signifikante forskelle i længden af hånd stierne under en blok overførsel, indspillet med inkongruente og kongruente visuelle taktile signaler (henholdsvis 24,7 ± 7,4 cm og 26,1 ± 11,1 cm) og mellem tid til at overføre en blok, der er optaget med inkongruente og kongruente visuelle taktile signaler (henholdsvis 1,21 ± 0,38 s og 1,06 ± 0,41 s). Ifølge Bayesianske statistikker kan den manglende forskel, der involverer gruppe faktorerne, kun betragtes som anekdotiske beviser, eftersom ingen af de monterede modeller er væsentligt bedre end nulmodellen (2,769 < alle BF01 < 33,573) med en den maksimale fejl på 2,72%.
Figur 1: opsætningen af prøveversionen. (a) markører placeret på kassen (6 markører i rødt, hvoraf 2 blev placeret på partitionen) og blokken (4 markører i blåt), skjult fra motivet øjne. Markørerne blev sporet i realtid af motion capture-systemet og 3D-koordinaterne for alle markører blev registreret i realtid. b) blokkens deling og bevægelse blev præsenteret på en skærm, der ligger foran motivet. Software aktiverings trinnene er beskrevet i forskningsprotokollen. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: det vibrotaktile feedback system. System controlleren er fastgjort til underarm af motivet, og manchetten er pakket rundt om overarmen (venstre billede). Kraften sensorer er placeret på palmar aspekt af tommelfinger og indeks fingre (højre billede). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: de rapporterede sværhedsgrader (0 = ikke svært overhovedet, 1 = lidt svært, 2 = moderat svært, 4 = yderst vanskeligt) at udføre opgaven med og uden den vibrotaktile feedback (VTF). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: et punktplot af den opfattede sværhedsgrad (0 = ikke svært overhovedet, 1 = lidt svært, 2 = moderat svært, 4 = yderst vanskeligt) at udføre opgaven med VTF i forhold til den normaliserede sti længde af blokken, når de overføres med VTF. Den normaliserede sti længde (stien længde i tilstedeværelsen af inkongruente visuelle-taktile signaler divideret med stien længde i nærværelse af kongruente visuelle-taktile signaler) var betydeligt længere for, der opfattede opgaven som vanskeligere, når ved hjælp af VTF. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne undersøgelse, en protokol, der kvantificerer effekten af at tilføje VTF på objektet overførsel kinematik i tilstedeværelse af inkongruente visuelle-taktile stimuli blev præsenteret. Efter vores bedste overbevisning er dette den eneste protokol til rådighed til at teste effekten af VTF på respons på inkongruente visuelle-taktile stimuli. De mange kritiske trin, der er involveret i anvendelsen af inkongruente visuelle taktile stimuli under objekt overførsel med VTF, omfatter følgende: fastgørelse af VTF-systemet til motivet, aktivering af VTF, klargøring af bevægelses opsamlingssystemet og bevægelses opgave og aktivere den visuelle feedback. Det er afgørende, at emnet ikke er klar over muligheden for vildledende feedback under retssagen. For at sikre dette, er bunden af kassen foret med blødt svamp lag og emnerne bar øretelefoner for at eliminere auditiv feedback af blokken falder og rammer trækassen. Også de to overførsler af inkongruent feedback er valgt tilfældigt ud af de 16 overførsler, og er programmeret til at simulere et fald i starten rum i boksen efter at nå 2 cm under partitionens højde, således at hånden er i luften. De to tilfældige vildledende visuelle signaler blev programmeret, så de ikke ville forekomme i hverken de første eller sidste to blok overførsler og med mindst én ikke-vildledende overførsel mellem dem.
En fordel ved denne protokol er, at den vildledende visuelle feedback vises tilfældigt og kun for et par gange i løbet af 16-Transfer retssagen. Dette forhindrer motivet i at mistrustere den virtuelle præsentation. Da konflikten mellem de to signaler, forudsat at emnet i denne retssag, er meget høj, den udsatte protokol har til formål at øge pålideligheden af vildledende visuel feedback, ved at præsentere et rimeligt antal blok dråber. Det blev diskuteret af Shams16 , at samspillet mellem auditive og visuelle signaler er påvirket af graden af konflikt mellem de to og forudgående viden om forsøget setup. Dette kan også være tilfældet i samspillet mellem taktile og visuelle signaler, der er designet heri. En anden fordel ved systemet er, at for at præsentere placeringen af blokken i realtid, motion capture systemet beregner 3D-koordinater af blokken, således at analysen af bevægelsen tid og stien til blokken i hver gentagelse kan udføres effektivt og præcist ved forsøgets afslutning.
Ved hjælp af denne protokol, vores foreløbige resultater tyder på, at når man analyserer visuelle-taktile inkongruente signaler, en erhvervet direkte ved let berøring og den anden erhvervet indirekte ved synet (virtuel repræsentation), kan emnet har ignoreret den indirekte visuel feedback og reagerede på det direkte taktile signal. Dette blev også bekræftet i nærværelse af VTF, hvorved den anden hypotese blev afvist. Vi forventede, at VTF ville aflede opmærksomheden af motivet fra den lette direkte Taktile feedback, og dermed tvinge emnet til at reagere med tøven til inkongruente stimuli. Den tøven forventedes at blive udtrykt ved længere vej og varighed af blok overførsel. Antagelsen var baseret på resultater fra tidligere forskning, der viste, at vibrotaktile roman stimuli fange opmærksomhed væk fra en løbende visuel opgave8. Stien længde og varighed blev valgt som indikatorer for tøven, skelne mellem to betingelser: når den misvisende visuelle feedback opstår, kan motivet enten stole på den taktile feedback eller den visuelle feedback. Hvis motivet stoler på den taktile feedback, så forventer vi, at han eller hun vil fortsætte den glatte bevægelse sti. Omvendt, hvis motivet stoler på falsk visuel feedback, vi forventer, at han eller hun vil flytte hånden tilbage for at forstå den faldne blok og overføre det (øge stien længde og varighed). En mulig forklaring på den manglende effekt af VTF på blokken, der flytter kinematik, er, at da VTF blev anvendt sammen med den direkte Taktile feedback, virkede VTF ikke som en forstyrrelse, men snarere som en indirekte forstærker til den direkte taktile Feedback. Dette tillod emnerne at holde tillid til Taktile feedback, både direkte og indirekte, over den virtuelle visuelle feedback. Ud over potentialet for distraktion ved vibrotaktile signal, bør et andet aspekt af at anvende vibrationer under motorisk tasking overvejes: dens virkning på vores opfattelse af taktile og proprioception sanser. Undersøgelser viste, at sene vibrationer forårsagede illusioner mellem taktile perception og følelsen af krops dimension eller position17,18,19. For eksempel, vibrationer til biceps eller triceps muskel sener produceret en proprioceptive illusion, som havde en effekt på følelsen af berøring20. Virkningen af VTF (dvs. vibrationer i forbindelse med taktile stimuli) på den taktile perception selv er ikke blevet forsket, så man ikke kan teoratisere, om de vibrationer, der anvendes på overarmen under retssagen, påvirkede opfattelsen af proprioceptive eller taktile sanser af motivet. Endelig er en mulig forklaring på afvisningen af den anden hypotese de individuelle forskelle i forsøgspersonernes evne til at behandle VTF, som beskrevet nedenfor.
I denne undersøgelse, den stærke sammenhæng mellem den opfattede sværhedsgrad niveau for at udføre opgaven med VTF og den normaliserede sti af blokken med VTF, beviser den tredje hypotese og tyder på, at, der følte, at VTF forstyrret dem, betroede virtuel visuel feedback mere end deres taktile sanser. Lignende rapporter om individuelle forskelle i opfattelsen af fornuft illusioner er dokumenteret i litteraturen. For eksempel, med højere sensoriske Suggesbilitet skala (SSS) scorer bedømt følelsen af ejerskab af en gummi hånd i gummi hånd illusion som højere sammenlignet med med lavere SSS scores21. Et andet aspekt af individuelle forskelle i opfattelsen af illusioner kan skyldes forskelle i den tidsmæssige perceptuelle bindende vindue, som forårsager ændringer, når man integrerer multisensoriske signaler22. Det blev konstateret, at personer med smallere perceptuelle bindende vinduer var mindre tilbøjelige til at opfatte en illusion, tyder på, at de er mere tilbøjelige til at adskille temporalt asynkrone indgange. Det skal bemærkes, at der ikke var nogen signifikant sammenhæng mellem den opfattede sværhedsgrad niveau for at udføre opgaven med VTF og den normaliserede tid af blokken med VTF. Dette kan forklares ved hånd hastigheden. Konkret, når emnerne øget deres hånd sti længde i nærværelse af den vildledende virtuelle signal, de kunne have drønede deres håndbevægelse, således at den samlede varighed for at fuldføre opgaven forblev lig den, der udføres af dem uden vildledende feedback.
En begrænsning af denne protokol er, at de instruktioner, der gives til de emner, for at anvende en minimal kraft til blokken blev sandsynligvis udført forskelligt af emnerne, således at nogle anvendte højere kræfter end andre, og dermed opfatte en højere direkte taktile hvilket kan have påvirket resultaterne. Desværre blev de kræfter detekteret af kraft sensorer til at bekræfte denne antagelse ikke registreret. Registrering af kræfterne er en valgfri funktion for fremtidige undersøgelser, der kan bidrage med oplysninger om de taktile oplysninger opfattes af emnet under retssagen. Også, den virtuelle repræsentation designet heri, forudsat blok bevægelse og placeringen af boksen partition, så der ikke var nogen virtuel repræsentation af hånden af emnet. Som tidligere forskning viste, at visuelle oplysninger om tilsyneladende hånd position kan have tvær modal indflydelse på taktile domme, selv når synet er i konflikt med proprioception23,24,25, den tilføjelse af hånd repræsentation i dette forsøg kan have ændret resultaterne af denne undersøgelse. Derudover kan den valgte opgave med blok overførsel have været for hurtig. En fremtidig ændring af denne protokol kan omfatte en mere kompliceret opgave, således at forskellene i varigheden af udførelsen af opgaven med og uden VTF ville have været mere omfattende. Individuelle forskelle kan også styres ved hjælp af VÆRDIPAPIRAFVIKLINGSsystemet. Sidst, kun et minimalt antal gentagelser af den visuelle-taktile inkongruente feedback er muligt i denne protokol, for ikke at advare emnet om vildledende visuel feedback. Protokollen pålidelighed ville blive kompromitteret, hvis de emner, ville mistænke, at de bliver snydt af den visuelle præsentation. Derfor bør andelen af vildledende feedback pr. det samlede antal forsøg være minimal. Desværre, det lille antal inkongruente tilfælde kan begrænse den statistiske magt.
Sammenfattende blev en ny protokol, som præsenterer vildledende virtuel visuel tilbagemelding af bevægelse, testet med og uden VTF. De foreløbige resultater viser, at vi har tillid til direkte og indirekte taktile signaler over et indirekte visuelt signal. Desuden påvirker forskelle mellem responsen på inkongruente signaler, således at forsøgspersonerne, der følte sig mere forstyrret af VTF, stolede på det misvisende visuelle signal over det taktile signal. Denne protokol kunne udforskes yderligere i amputerede øvre lemmer, som bruger proteser, der er udstyret med VTF.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Denne undersøgelse blev ikke finansieret.
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).
