Bruk incongruent visuelle taktile stimuli under objekt overføring med vibro-taktil feedback
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.
Protocol
Representative Results
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, for…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble ikke finansiert.
Materials
| 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), 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., Murray, M. M., Wallace, M. T. Early Integration and Bayesian Causal Inference in Multisensory Perception. The Neural Bases of Multisensory Processes. , (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).
