MPI CyberMotion Simulator: Üç boyutlu çoklu duyumsal Yolu Entegrasyon araştırmak için bir Roman Hareket Simülatörü Uygulaması

Aşağıdaki deneyin genel amacı, katılımcıya görsel ve vestibüler duyusal girdiyi kontrol ederken yol navigasyonunu üç boyutta ölçmektir. Bu, sandalyeye oturan vestibüler sistemi uyaran altı serbestlik derecesine sahip modifiye edilmiş bir robotik sandalye kullanılarak gerçekleştirilir. Sistem, sanal yıldız alanının katılımcı görünümleri Sistem, robotik sandalyeyi hareket ettirerek ve aynı anda yıldız alanını değiştirerek, katılımcıya görsel ve vestibüler ipuçları sağlar.

Katılımcılar, hatırlanan başlangıç konumuna geri dönebilecekleri doğruluk ve hız ile yol navigasyonu geri bildirimi sağlarlar. Sonuçlar, öz hareketin yanlış tahmininin, hareket düzlemine ve hareket ettirildikleri açıya bağlı olduğunu göstermektedir. Bu tekniğin hareket platformları gibi mevcut yöntemlere göre en büyük avantajı, MPI Cyber Motion simülatörünün, gözlemcileri farklı boyutlarda, özellikle aşağı doğru hareket ettirebilen geniş bir çalışma alanına sahip olmasıdır.

Bu yöntem, beynin farklı boyutlarda kendi kendine hareketi eşit şekilde temsil edip etmediği gibi sinirbilim alanındaki temel soruları yanıtlayabilir. Bu deneylerin fikrini, meslektaşımız Manuel Vidal'ın bir çalışmasından elde ettik. İnsanları sadece görsel sunumla sanal topuzlar aracılığıyla hareket ettirdi.

Burada, MACES dikey bir bileşen içerdiğinde ilaç navigasyonunun bozulduğunu buldu. Bu tekniğin etkileri, uzamsal oryantasyon bozukluğunun teşhisine kadar uzanır, çünkü normal beyinde yol navigasyonu için bir ölçüt sağlarlar. NPI Siber hareket stimülatörü, 3, 2, 1 konfigürasyonunda altı eklemli bir seri robottan oluşur.

Robotu deney için güvenli hale getirmek için 500 kilogram taşıma kapasitesine sahip endüstriyel bir robota dayanmaktadır. Hem donanım hem de yazılım kompleksinde değişiklikler yapılır Hareket Yanal hareketleri dönüşlerle birleştiren profiller mümkündür. MPI siber hareket simülatörü ile.

Eksen bir, dört ve altı, dört çift donanımı sürekli olarak döndürebilir ve her iki yönde iki, üç ve beşinci ekseni sınırlar. Maksimum doğrusal hareket aralığı, hareketin başladığı konuma büyük ölçüde bağlıdır. Herhangi bir deney yapmadan önce, her deneysel hareket yörüngesi bir test aşamasından geçmelidir.

Yörüngeler, MPI siber hareket simülatörünü yapılandırmak için KUKA tarafından tasarlanmış bir ofis bilgisayarı kullanılarak programlanır. Bu açık döngü konfigürasyonunda, yörüngeler Kartezyen koordinatlara yerleştirilir ve her 12 milisaniyede bir ters kinematik yoluyla ortak uzay açılarına dönüştürülür. Mevcut eklem açısı konumları, kontrol sisteminden MPI siber hareket simülatörüne bir ethernet bağlantısı aracılığıyla iletilir ve burada aşamalı olarak okunur ve robottaki diske kaydedilir.

Beş noktalı emniyet kemeri sistemi ile donatılmış bir yarış arabası koltuğu, ayak dayama yeri içeren bir şasiye bağlanmıştır. Şase, robot kolunun flanşına monte edilir. Katılımcılar, deneyci ile iki yönlü iletişim için bir mikrofonla donatılmış gürültü önleyici kulaklıklar takmalıdır.

Ayrıca deney düzeneğine karşı da naif olmalıdırlar. Robotun gürültüsünü maskeleyen kulaklıklar aracılığıyla sürekli gürültü çalınır. Deneyler, deney karanlıkta gerçekleştirildiği için katılımcıları kapalı bir kabin içinde oturtarak da mümkündür.

Kızılötesi kameralar, kontrol odasından görsel izlemeye izin verir. LCD ekran, stereo ön projeksiyon, mono ön projeksiyon veya başa takılan ekran dahil olmak üzere birden fazla görselleştirme yapılandırması mümkündür. Bu deneyde, kendi kendine harekete yönelik görsel ipuçları, görsel ipuçları vermek için gözlemcilerin 50 santimetre önüne yerleştirilmiş bir LCD ekran tarafından sağlanmaktadır.

Yazılım, katılımcıya 200.000 nokta ile doldurulmuş sanal bir OID alanı sunar. boşlukta siyah bir arka plan üzerinde beyaz bir daire olarak çizilir. Ekran, 13 ila 0,3 derecelik görsel açılara karşılık gelen noktaları görüntüler.

Bu noktalar 0.085 ve dört uzaklıktadır. Katılımcıdan sanal birimler. Sanal alan hareketi, optik akış ve hareket arasında paralaks oluşturmak için MPI kontrol bilgisayarından gelen hareket yörüngeleri aracılığıyla fiziksel hareketle senkronize edilir.

Görüş alanında daha derin olan noktalar, katılımcının hareketlerinden bağımsız olarak daha küçük çizilir.each. rastgele yeniden atanmadan önce eşzamansız olarak iki saniye boyunca gösterilir. Böylece her saniye toplam yüz bin nokta hareket eder.

Yanıt düğmeleriyle donatılmış özel olarak üretilmiş bir joystick, katılımcıların ethernet bağlantısı ile kontrol sistemine veri iletmesine olanak tanır. Duyusal bilgi, sınırlı yaşam boyu yıldız alanından sadece görsel ipuçları sağlayarak manipüle edilebilir. Katılımcının gözleri kapalıyken pasif benlik hareketinden sadece vestibüler kinestetik ipuçları veya katılımcının gözleri açıkken her iki ipucu.

Bu deneyde, hareket yörüngeleri iki segment uzunluğundan oluşuyordu. Birincisi 0,4 metre, ikincisi bir metredir. Herhangi iki hareket segmentinin açısı 45 derece veya 90 derece olarak iletilir.

Örneğin, yatay düzlemdeki hareket, 90 derece ileri doğru sağa hareket, 45 derece sağa doğru hareket, 90 derece ileri hareket veya 45 derece sağa doğru hareketten oluşur. Bu tür hareketler sagital ve frontal düzlemlerde de gerçekleştirilir. Yörüngeler, rotasyon olmadan çeviriler olarak teslim edilir.

Her yörüngeyi bir yeniden konumlandırma dizisi takip eder, ardından her denemeden önce hareketten kaynaklanan olası herhangi bir paraziti azaltmak için 15 saniyelik bir duraklama gelir ve vestibüler sistemin algılanan hareketlerinin geri bildirimini sağlamak için sabit bir durumdan test edildiğinden emin olmak için, katılımcılar kökenlerine göre hareketlerini belirtmek için bir joystick ile bir ok hareket ettirirler. Köken, üç bakış açısından bir avatar olarak sunulur ve ok, denemelerden önce ayarlamadan önce her zaman rastgele konumlandırılır. Katılımcıyı geri bildirim sistemini doğru bir şekilde kullanması için eğitmek hayati önem taşır.

Okuma sırasında kucağında duran joystick gibi çevrelerindeki nesnelere oku doğrultabilmelidirler. Joystick'in hareketi yörünge düzlemi ile sınırlıdır ve katılımcılar veri toplarken herhangi bir bakış açısını veya tüm bakış açılarını kullanabilir. Her deney koşulu üç kez tekrarlanır ve rastgele sırayla sunulur.

16 katılımcıdan elde edilen veriler analiz edildi. Bir. Aşırı aykırı değer skorları yayıldı modalite ve açının tahmini hareket üzerinde anlamlı bir etkisi yoktu. Bununla birlikte, katılımcılar yatay düzlemdeki hareket açısı boyutunu neredeyse dokuz derece hafife aldılar ve ön düzlemdeki açı boyutunu yaklaşık beş derece fazla tahmin ettiler. Burada.

Açı faktörünün, ön düzlem faktörü ile önemli ölçüde etkileşime girdiği bulundu, öyle ki, 45 derecelik hareketler için aşırı tahminler, 90 derecelik hareketlerden daha büyüktü. Ek olarak, modalitenin açı ile önemli ölçüde etkileşime girdiği bulundu, öyle ki 90 derecelik hareketler için tek başına vestibüler bilgilerden yapılan tahminler, görsel ve birleşik koşullara kıyasla önemli ölçüde daha büyüktü. 45 derecelik hareketler için bu tür tutarsızlıklar yoktu.

Görsel ve kombine koşullara kıyasla tek başına vestibüler kinestetik ipuçları hakkında geri bildirim sağlandığında yanıt süresinin önemli ölçüde daha yavaş olduğu bulundu. Katılımcılar ayrıca yatay düzlemde hareket ettirildiğinde diğer düzlemlere kıyasla önemli ölçüde daha yavaştı. Bu sonuçlar gerçekten şaşırtıcıdır, çünkü beynin uzay temsilinin boyutlar arasında simetrik olmadığını öne sürmektedirler.

Bir süredir insanların yatay düzlemdeki hareketlerini küçümseme eğiliminde olduklarını ilk kez burada biliyoruz, dikey boyutta durumun böyle olmadığını gösteriyoruz. Gelecekte, eğri olanlar da dahil olmak üzere her üç boyutta da yollar oluşturmak için bu yöntemleri kullanabileceğiz. Bu, beynin düzlemler arasındaki hareketi nasıl entegre edebildiği ve dönüşlerde nasıl gezindiği gibi ek soruları yanıtlamamızı sağlayacaktır.