Met behulp van Virtual Reality motorische vaardigheid om kennis te dragen van de ene kant naar de andere

Behavior
 

Summary

We beschrijven een roman virtual reality op basis setup die vrijwillig toezicht van enerzijds prestaties van de motor-vaardigheid in de andere (niet-getraind) hand exploiteert. Dit wordt bereikt door het verstrekken van real-time verkeer gebaseerde sensorische feedback alsof de hand niet opgeleid in beweging is. Deze nieuwe benadering kan worden gebruikt ter verbetering van de revalidatie van patiënten met eenzijdige hemiparesis.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Ossmy, O., Mukamel, R. Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another. J. Vis. Exp. (127), e55965, doi:10.3791/55965 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Als wat betreft het verwerven van motorische vaardigheden, is opleiding door vrijwillige verplaatsing superieur aan alle andere vormen van opleiding (bijvoorbeeld opleiding door observatie of passieve beweging van stagiair handen door een robotachtige apparaat). Dit presenteert uiteraard een grote uitdaging in het herstel van een paretic ledemaat omdat vrijwillig toezicht op fysieke beweging beperkt is. Hier beschrijven we een roman opleidingsplan hebben we die het potentieel heeft om het omzeilen van deze grote uitdaging. Wij uitgebuit vrijwillig toezicht op enerzijds en beweging gebaseerde gemanipuleerde sensorische feedback in real-time verleend, alsof de andere kant gaat. Visuele manipulatie via virtual reality (VR) werd gecombineerd met een apparaat dat jukken linker vingers om passief rechts vrijwillige vinger bewegingen volgen. Bij gezonde proefpersonen tonen we verbeterde binnen-sessie prestatieverhogingen van een ledemaat bij gebrek aan vrijwillige fysieke training. Resultaten in gezonde proefpersonen suggereren dat opleiding met de unieke VR setup ook gunstig zijn voor patiënten met hemiparesis van de bovenste ledematen wellicht door te profiteren van de vrijwillige controle van hun gezonde hand ter verbetering van de revalidatie van hun hand waarin dit probleem optreedt.

Introduction

Fysieke praktijk is de meest efficiënte vorm van opleiding. Hoewel deze benadering goed ingeburgerd1 is, is het zeer uitdagend in gevallen waar het fundamentele motor vermogen van de hand van de opleiding beperkt2 is. Om dit probleem te omzeilen, onderzocht een grote en groeiende hoeveelheid literatuur verschillende indirecte benaderingen van motor opleiding.

Een dergelijke benadering van de indirecte opleiding maakt gebruik van fysieke praktijk met één hand te voeren prestatieverhogingen in de andere (niet-beoefend) hand. Dit verschijnsel, bekend als cross-onderwijs (CE) of de overdracht van het intermanual, is uitgebreid bestudeerd van 3,4,5,6,7,8,9 en gebruikt om prestaties in de verschillende motor taken 10,-11,12te verbeteren. Bijvoorbeeld, in de instellingen van de vaardigheid van sport, hebben studies aangetoond dat opleiding basketbal dribbelen in de ene hand verplaatst naar verhoogd dribbelen mogelijkheden in de andere, ongetrainde hand 13,14,15.

In een andere indirecte benadering, wordt motorisch leren vergemakkelijkt door het gebruik van visuele of sensorische feedback. Bij het leren door observatie, is gebleken dat aanzienlijke prestatieverhogingen gewoon door het observeren van iemand anders uitvoeren van de taak16,17,18,19 passief kunnen worden verkregen ,20. Ook proprioceptieve training, waarin de ledemaat passief wordt verplaatst, was ook te zien aan het verbeteren van prestaties op motor taken 12,21,22,23,24 , 25 , 26.

Samen stellen deze onderzoekslijnen voor dat sensorische input een belangrijke rol bij het leren speelt. Hier, we laten zien dat online sensorische feedback (visueel en proprioceptief) manipuleren tijdens fysieke training van één ledemaat in augmented prestaties winst in de tegenovergestelde ledemaat resulteert. We beschrijven een opleiding regime dat optimaal resultaat in een hand, bij gebrek aan de vrijwillige fysieke training levert. De conceptuele nieuwigheid van de voorgestelde methode schuilt in het feit dat het combineert de drie verschillende vormen van leren - namelijk leren door observatie, CE en passieve beweging. Hier onderzocht wij of het verschijnsel van CE, samen met gespiegelde visuele feedback en passieve beweging, kan worden benut om te leren in gezonde proefpersonen bij gebrek aan vrijwillige fysieke beweging van de ledematen van de opleiding te vergemakkelijken.

Het concept in deze opstelling verschilt van directe pogingen om fysiek trainen de hand. Op methodologisch niveau - introduceren wij een nieuwe setup, met inbegrip van geavanceerde technologieën zoals 3D virtual reality, en aangepaste ingebouwde apparaten waarmee manipuleren van visuele en proprioceptieve input in een natuurlijke milieu omgeving. Aantonen van de verbeterde resultaat met behulp van de voorgestelde opleiding heeft belangrijke gevolgen voor het leren van de echte wereld. Bijvoorbeeld kinderen sensorische feedback gebruiken op een wijze die verschilt van die van volwassenen27,28,29 en voor het optimaliseren van motorisch leren, kinderen langere praktijk kunnen vereisen. Het gebruik van CE samen met gemanipuleerde sensorische feedback misschien opleiding duur te beperken. Bovendien, verwerving van vaardigheden van de sport kan worden vergemakkelijkt met behulp van dit soort geavanceerde training. Ten slotte kan dit gunstig voor de ontwikkeling van een nieuwe aanpak voor de revalidatie van patiënten met unilaterale motor tekorten zoals beroerte blijken.

Protocol

het volgende protocol werd uitgevoerd overeenkomstig de richtsnoeren die zijn goedgekeurd door de menselijke ethiek Commissie van Tel-Aviv University.The studie omvat 2 experimenten – een met behulp van visuele manipulatie, en een ander combineren visuele met proprioceptieve zintuiglijke manipulatie. Onderwerpen waren gezond, recht, overgedragen (volgens de Edinburgh rechts-of linkshandigheid vragenlijst), met normaal gezichtsvermogen en geen cognitieve tekorten of neurologische problemen gemeld. Ze waren naïef om het doel van de studie en verstrekte schriftelijke geïnformeerde toestemming om deel te nemen in de studie.

1. instellen van de omgeving van Virtual Reality

  1. hebben de onderwerpen zitten in een stoel met hun handen naar voren en de palmen naar beneden.
  2. Zetten de virtual reality (VR) hoofdtelefoon met de hoofd gemonteerde gespecialiseerde 3D camera online visuele feedback van de veldsituatie te geven. Zorg ervoor dat de video van de camera wordt gepresenteerd in de VR headset.
    Opmerking: De video wordt gepresenteerd door C# codebase van software op maat, gebouwd op basis van een open-source, cross-platform 3D-rendering engine.
  3. Put op de motie-ontdekkende heer-compatibele handschoenen waarmee online monitoring van individuele vinger flexure in elke hand. Zorgen dat de software de virtuele handen op een specifieke locatie in de ruimte sluit zodanig zijn dat de onderwerpen de virtuele handen alleen wanneer naar de plaats waar normaal gesproken hun echte handen zou neerkijkt.
  4. Gedurende het gehele experiment, zorg ervoor dat de software registreert de hand configuratie van de handschoenen.
    Opmerking: De beweging van de embedded virtuele hand wordt beheerd door dezelfde software die gebruikmaakt van de C-gebaseerde applicatie programma-interface (API) voor toegang tot geijkte ruwe gegevens en gebaar informatie uit de handschoenen met inbegrip van de hoeken tussen de vingers ' gewrichten.
  5. Plaatst de onderwerpen ' handen in een gespecialiseerde beweging apparaat bedienen en riem van de rechter en linker vingers afzonderlijk aan de pistons. Zorg ervoor dat de onderwerpen kunnen hun vingers van de rechterhand afzonderlijk verplaatsen.
    Nota: De rechterhand vinger zuigers bewegen een zuiger op een potentiometer volgens de mate van hun flexie. Dit regelt op zijn beurt een module die de locatie van elke potentiometer op elke vinger van de rechterhand leest en bevoegdheden motoren die push-/ pull de overeenkomstige links hand vinger naar de corresponderende positie.
  6. Verifiëren dat vrijwillige beweging van de vingers van de linkerhand wordt beperkt door de onderwerpen die aan hun linkerhand verplaatsen terwijl het bevindt zich binnen in het apparaat vraagt.
    Opmerking: Aangezien alleen de actieve (rechts) hand vinger beweging de motoren activeert, vrijwillige linkerhand vinger beweging is niet onmogelijk wanneer het apparaat is ingeschakeld.

2. Uitvoeren van het experiment

Opmerking: Zie afbeelding 1 voor de experimentele fasen. Elk onderwerp onderging drie instructie-evaluatie-trein-evaluatie experimentele sessies. De details van de instructies en evaluatie fasen vindt u in de sectie representatieve resultaten.

  1. Unstrap onderwerpen ' handen van het bedieningsorgaan van de motie.
  2. Hebben het uitvoeren van een unimanual beweging voor de volgorde van de 5-cijferige vinger herhaaldelijk zo nauwkeurig en snel mogelijk met de niet-opleiding hand in een vooraf gedefinieerde tijdsbestek onderwerpen (bijvoorbeeld 30 s). Elke individuele vinger flexie moet ten minste 90 graden.
    Opmerking: De vingers zijn genummerd van index (1) tot kleine vinger (4) en de instructies omvatten een specifieke opeenvolging van de 5-cijferige. Als de volgorde is 4-1-3-2-4, hebben de onderwerpen verplaatsen hun vingers in de volgende volgorde: weinig-index-ring-midden-weinig.
  3. Na de evaluatie (stap 2.2), de handen van het onderwerp het bedieningsorgaan beweging strap.
  4. De patiënt naar de aankomende opleiding-fase voor het uitvoeren van de volgorde van de vinger bewegingen met de actieve hand in een zelfstudie wijze cue.
  5. Herhalen de evaluatie stadia weer 2.1-2.2.

3. Analyseren van de gedrags-gegevens en het berekenen van prestatieverhogingen

  1. In de aangepaste software die de gegevensbestanden van de handschoenen opgenomen tijdens de experimenten leest, klikt u op ' linkerhand gegevens laden ' en kies de bestanden die zijn gemaakt de ' linkerhand Vangen ' map in de relevante thematische.
    Opmerking: Er geen verschillende mappen voor aanwezig zijn vooraf en achteraf. De bestandsnamen bevatten de identificatie van de stap evaluatie.
  2. Klik op ' rechterhand gegevens laden ' en kies de bestanden die zijn gemaakt de ' rechterhand vangen ' map in de relevante thematische.
  3. Klik op ' gaan ' replay en visualiseren van de virtuele handen bewegingen tijdens elke evaluatiefase op basis van de gegevens opgenomen van de sensoren in de motie-tracking handschoen.
  4. Voor elke stap van de evaluatie en elk onderwerp afzonderlijk, het aantal volledige en juiste vinger sequenties (P) uitgevoerd met de hand niet getrainde.
    Opmerking: Een vinger beweging wordt als geldig beschouwd alleen wanneer de hoek tussen de proximale falanx en de middenhandsbeen bereikt 90˚. Een 5-cijferige reeks wordt beschouwd als volledig en juist alleen als alle bewegingen van de vinger geldig waren.
  5. Bereken prestatie winst index (G) volgens de volgende formule:
    Equation
    waar P post_training /P pre_training overeenkomen met het onderwerp ' s prestaties (aantal volledige vinger sequenties) in de post/pre-opleiding evaluatie fase respectievelijk.

Representative Results

36 onderwerpen in twee experimenten getraind om de snelle reeksen van rechterhand vinger bewegingen uit te voeren terwijl zintuiglijke (visual/proprioceptieve) feedback werd gemanipuleerd. Vingers werden genummerd van index (1) naar Pink (4) en elk onderwerp werd gevraagd om te leren van drie verschillende sequenties in drie opeenvolgende experimentele sessies zoals: 4-1-3-2-4, 4-2-3-1-4 en 3-1-4-2-3. Elke reeks/sessie werd geassocieerd met een specifieke opleiding-type en de associatie tussen reeks- en opleiding type werd gecompenseerd over onderwerpen. Aan het begin van elke sessie, werden onderwerpen gepresenteerd met een instructie dia die afgebeeld twee hand illustraties (links en rechts) met genummerde vingers en een specifieke 5 getallenreeks onder, die vertegenwoordigt de volgorde van de vinger bewegingen worden getrokken (Zie Figuur 1). De instructies dia (12 s) werd gevolgd door de pre opleiding evaluatiefase (30 s). In dit stadium, online visuele feedback bestond uit een weergave van twee virtuele handen waarvan vinger bewegingen werden ingespannen in real-time op de onderwerpen werkelijke vinger bewegingen (virtuele handen waren gebaseerd op een model beschikbaar in 5DT handschoenen toolbox). Dus, echte linkerhand beweging werd vergezeld door visuele feedback van de linkerhand (congruent) virtueel verkeer. Onderwerpen kregen de opdracht om uit te voeren herhaaldelijk de volgorde, zo snel en zo nauwkeurig mogelijk met hun linkerhand. In de volgende fase van de opleiding, onderwerpen getraind op de volgorde onder een specifieke experimentele voorwaarde in een zelfstudie wijze. De fase van de opleiding opgenomen 20 blokken, elk blok opleiding duurde 15 s gevolgd door 9 s van gele leeg scherm, die als cue diende voor rust periode. We gebruikten 20 stratenblokken van de opleiding, die in ons geval voldoende waren om het verkrijgen van aanzienlijke verschillen tussen de omstandigheden. Tot slot een na training evaluatiefase identiek aan de pre opleiding evaluatie werd uitgevoerd. Elk onderwerp onderging drie dergelijke instructie-evaluatie-trein-evaluatie experimentele sessies. Elke experimentele sessie werd geassocieerd met een unieke opleiding voorwaarde en vinger-reeks. In de experiment 1, vergeleken we de indexwaarden G over de oorzaken van de opleiding: (1) opleiding door observatie - onderwerpen passief waargenomen de virtuele linkerhand de volgorde uitvoeren terwijl beide hun echte handen onbeweeglijk waren; (2) CE - onderwerpen fysiek getraind met hun rechterhand, terwijl u ontvangt congruent online visuele feedback van rechts virtuele hand beweging; (3) CE + visuele manipulatie (VM) - bovenal de VR-setup konden we het creëren van een unieke 3d experimentele conditie waarin onderwerpen fysiek getraind met hun rechterhand terwijl online visuele feedback van links (elkaar) virtuele hand ontvangen verkeer (CE + VM voorwaarde). Virtuele linkerhand vinger beweging was gebaseerd op echte rechterhand vinger beweging gedetecteerd door de handschoenen (stap 1.4). In alle omstandigheden - de palm van de onderwerpen handen werden naar boven. Het tempo van de virtuele hand vinger beweging in de opleiding door observatie aandoening (voorwaarde 1) werd ingesteld op basis van het gemiddelde tempo van het onderwerp tijdens de vorige actieve rechterhand voorwaarden (2 en 3). In gevallen waar de volgorde van opleidingseisen als gevolg van tegenwicht was zo groot dat opleiding-door-waarneming werd voor het eerst, was het tempo ingesteld op basis van het gemiddelde tempo van het vorige onderwerp. Alle G index vergelijkingen werden uitgevoerd in een binnen-onderwerp gekoppeld-mode over de verschillende opleidingseisen.

Linkerhand prestatieverhogingen na opleiding in voorwaarde 3 (CE + visuele manipulatie) werden aanzienlijk hoger is ten opzichte van de winst verkregen na opleiding door observatie van de linkerhand (voorwaarde 1; p < 0,01; tweezijdige gepaarde t-test) of na recht hand training met congruent visuele feedback – de traditionele vorm van CE (voorwaarde 2; p < 0.05; twee tailed gepaarde t-toets; Figuur 2 en tabel 1). Interessant is dat de opleiding met elkaar visuele feedback (CE + VM) leverde hogere prestaties winst dan de som van de winsten die zijn verkregen door twee basisopleiding typen: fysieke training van de rechterhand, en training door observatie van links zonder fysieke verkeer. Deze super additief effect toont aan dat prestatieverhogingen in de linkerhand niet-lineair worden verbeterd wanneer rechterhand opleiding wordt aangevuld met de linkerhand visuele feedback in die wordt beheerd door het onderwerp. Dit impliceert dat CE en leren door observatie interagerende processen die kunnen worden gecombineerd tot een regeling van het nieuwe leren.

We ook onderzocht in een andere set van 18 gezonde proefpersonen of de toevoeging van passieve linkerhand verkeer kan verder linkerhand prestatieverhogingen te verbeteren. Te dien einde in studie 2, onderwerpen onderging een vergelijkbaar protocol met 3 types van opleiding, terwijl hun handen werden geplaatst binnen de bovengenoemde custom-built apparaat (stap 1.7) die linkerhand vinger beweging bestuurt. In dit experiment opgeleid onderwerpen voor 10 blokken. Elk blok opleiding duurde 50 s gevolgd door 10 s van een gele leeg scherm die als cue diende voor rust periode. De volgende drie typen van de opleiding werden gebruikt: (1) CE + VM-cross onderwijs begeleid door gemanipuleerd visuele feedback (vergelijkbaar met voorwaarde 3 van studie 1); (2) CE + PM – standaard Kruis-onderwijs (d.w.z. rechterhand actieve beweging + visuele feedback van rechts virtuele hand beweging), samen met ingespannen passieve beweging (PM) van de linkerhand; (3) CE + VM + PM – onderwerpen fysiek getraind met hun rechterhand terwijl visuele input werd gemanipuleerd dat overeenkomt met het verlaten van virtuele hand beweging (vergelijkbaar met voorwaarde 3 gebruikt in de eerste studie) werd weergegeven. Echter, daarnaast rechterhand actieve vinger beweging resulteerde in passieve linkerhand ingespannen vinger beweging door het apparaat.

De toevoeging van passieve linker vinger beweging om de visuele manipulatie, leverde de hoogste linker prestatieverhogingen (afbeelding 3 en tabel 2), die waren aanzienlijk hoger is dan de prestatiewinst na de visuele manipulatie alleen (voorwaarde 1; p < 0,01; tweezijdige gepaarde t-test). Opgemerkt moet worden dat hoewel de CE + VM opleiding voorwaarde vergelijkbaar met die in studie 1 was, absolute G-waarden alleen vergelijkbaar over voorwaarden binnen dezelfde studie zijn. Dit is vanwege het feit dat (1) opleiding ontwerp iets anders was (in studie 2 de palmen geconfronteerd omlaag en niet omhoog als gevolg van het apparaat, verschillende duur/aantal blokken opleiding) en (2) elk experiment werd uitgevoerd op een andere groep van onderwerpen. Nog belangrijker is, binnen elke studie, elke onderwerp uitgevoerd alle drie typen van de opleiding en G indexcijfers over voorwaarden worden vergeleken in een gepaarde mode.

Figure 1
Figuur 1. Experimenteren ontwerp. Schematische illustratie van een experimentele sessie in studie 1. Elk onderwerp uitgevoerd 3 dergelijke sessies. In elke sessie, werd een unieke reeks van vijf cijfers gepresenteerd samen met een schets van de toegewezen vingers. Na instructies uitgevoerd onderwerpen de volgorde zo snel en zo nauwkeurig mogelijk met behulp van hun linkerhand voor de initiële beoordeling van de prestatie-niveau. Vervolgens onderwerpen getraind op de volgorde door een van de typen van de opleiding (Zie representatieve resultaten) op een zelfstudie wijze. Na de training herhaald onderwerpen de evaluatiefase voor actualiseringscoëfficiënt van prestatieniveau. In studie 2 was het algemene ontwerp gelijkaardig, met verschillende duur/hoeveelheid training blokken (Zie de representatieve resultaten). Handen in de afbeelding vormenalleen de actieve hand (de visuele feedback altijd bevatte twee virtuele handen). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2. Studie 1 – linkerhand prestatieverhogingen. Fysieke training met de rechterhand, terwijl u online visuele feedback ontvangt als de linkerhand (CE + visuele manipulatie gaat; VM; rood) resulteerde in hoogste linker hand prestatieverbeteringen ten opzichte van de andere opleiding voorwaarden onderzocht: linkerhand observatie (geel) en cross-onderwijs zonder visuele manipulatie (d.w.z.. rechterhand training + congruent visuele feedback van rechts virtuele hand verkeer; groen). Foutbalken geven SEM over 18 onderwerpen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3. Studie 2 – linkerhand prestatieverhogingen. De hoogste linkerhand prestaties winst was verkregen wanneer cross onderwijs met visuele manipulatie werd gecombineerd met een passieve linkerhand vinger beweging door het apparaat (CE + VM + PM; licht rood). Deze verbetering was aanzienlijk hoger dan die verkregen na cross onderwijs met visuele manipulatie (CE + VM; rood) en cross onderwijs met proprioceptieve manipulatie (CE + PM; groen). Foutbalken geven SEM over 18 onderwerpen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Table 1
Tabel 1. 1 gegevens bestuderen. Individuele certificaathouder prestaties (P) in pre-en post opleiding evaluatie fase in studie 1. Elke cel vertegenwoordigt het aantal correct uitgevoerd compleet 5-cijferige sequenties binnen 30 s. S – onderwerp nummer. Klik hier om te downloaden van deze tabel.

Table 2
Tabel 2. 2 gegevens bestuderen. Hetzelfde als tabel 1 voor studie 2. Opmerking dat de opleiding duur en hand oriëntatie in dit experiment anders waren dan experimenteren 1 (zie tekst). Klik hier om te downloaden van deze tabel.

Discussion

We beschrijven de installatie van een nieuwe opleiding en aantonen hoe virtuele sensorische feedback te embedding in een real-world milieu optimaliseert motorisch leren in een hand die niet wordt getraind onder vrijwillige controle. We gemanipuleerd feedback in twee modaliteiten: visuele en proprioceptieve.

Er zijn een paar essentiële stappen in het gepresenteerde protocol. Ten eerste, het systeem bestaat uit verschillende afzonderlijke onderdelen (handschoenen, VR headset, camera en passieve beweging apparaat) die zorgvuldig moeten worden aangesloten tijdens het opzetten van de VR omgeving. Te dien einde moet de experimentator houden de exacte volgorde zoals beschreven in het protocol en controleer of onderwerpen gemak.

De combinatie van visuele en proprioceptieve manipulatie tijdens training geïntroduceerd aanzienlijk hogere prestaties winsten in de hand niet opgeleid ten opzichte van andersoortige opleiding bestaande zoals leren door observatie17, en CE3 met en zonder passieve hand bewegingen24,25,26.

Het is een open vraag of de verbeterde prestaties winsten in de huidige demonstratie veralgemeent naar andere taken, opleiding duur, feedback modaliteiten of hand identiteiten (links van de actieve hand, of bi-manual bewegingen). De huidige studie werd beperkt tot rechtshandige onderwerpen met behulp van een eenvoudige vinger reeks taak. Bovendien, is de proprioceptie manipulatie in de huidige setup gebaseerd op een systeem dat zeer beperkte bewegingen (zoals vinger flexie/extensie toelaat) voor een relatief korte training. Verdere werkzaamheden is vereist om het dan van de gepresenteerde setup voor andere soorten gedrag.

De huidige setup kan op verschillende manieren worden uitgebreid. Eerste, nieuwe soorten modaliteiten kunnen worden toegevoegd, bijvoorbeeld bindende verschillende auditieve geluiden aan verschillende vinger bewegingen tijdens de taak van de reeks. Dit kan resulteren in een supra-additief effect dat zal leren in de ongetrainde hand verder te optimaliseren. Ten tweede, het huidige ontwerp van het systeem kan een eenvoudig swap tussen de vrijwillige bewegende hand (rechterhand in de huidige beschrijving) en de passief yoked hand (linkerhand). Toekomstige studies kunnen kapitaliseren op deze flexibiliteit om te onderzoeken hoe directionaliteit van overdracht (tussen dominante en niet-dominante handen3) het niveau van de prestaties bij het gebruik van de gepresenteerde zintuiglijke manipulaties kan wijzigen. Tot slot kan de unieke VR setup die wij ontwikkeld worden aangepast aan meer complexe taken (in tegenstelling tot de taak van de reeks eenvoudige vinger). Virtuele simulatie van externe objecten, zoals ballen, pinnen en platen kan worden ingebed in de veldsituatie verstrekken van een rijke en boeiende opleiding ervaring.

Wat betreft de toekomstige toepassingen, het effect beschreven in deze studie gemakkelijk inzetbaar met klinische populaties zoals patiënten met hemiparesis van de bovenste ledematen door invoering van fysieke training met de gezonde hand en visuele feedback te leveren als de getroffen hand verplaatsen. Gezien het feit dat vrijwillig toezicht op het getroffen ledemaat in dergelijke populaties beperkt is, heeft dit opleidingsplan het potentieel van de uitdagingen van de directe fysieke therapie van de getroffen hand te omzeilen en misschien wat resulteert in een beter herstel tarieven30 ,31. Deze aanpak, benutting van het fenomeen van de Kruis-onderwijs en spiegel-therapie, samen met gevestigde revalidatie taken, is niet eerder getest in klinische patiënten en heeft het potentieel voor het verstrekken van een efficiëntere revalidatie regime. Tot slot, aangezien deze opstelling gedeeltelijk heer compatibel is, het maakt het gebruik van geheel-hersenen functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) sonde van de relevante neurale circuits bezet tijdens dergelijke opleiding12.

Disclosures

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

Acknowledgements

Deze studie werd ondersteund door de kern van de Planning en budgettering Comité en de Israël Science Foundation (grant nr. 51/11), en The Israel Science Foundation programma (verleent no. 1771/13 en 2043/13) (R.M.); de Yosef Sagol beurs voor onderzoek neurowetenschap, de Israëlische presidentiële ere beurs voor onderzoek neurowetenschap en de Sagol School of Neuroscience fellowship (O.O.). De financiers had geen rol in de studie ontwerp, gegevensverzameling en analyse, besloten tot bekendmaking of voorbereiding van het manuscript. De auteurs bedanken E. Kagan en A. Hakim voor hulp bij data-acquisitie, Lihi Sadeh en Yuval Wilchfort met filmen en setup, en O. Levy en Y. Siman-Tov van Rehabit-Tec systeem voor het verstrekken van toegang tot het apparaat passieve beweging.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Oculus Development Kit 1 Oculus VR The Oculus Rift DK1 is a virtual reality headset developed and manufactured by Oculus VR, and contains development kit.
5DT Data Glove 14 MRI Right-handed and left handed Fifth dimension Technologies 100-0009 and 100-0010 The 5DT Data Glove Ultra is designed to satisfy the stringent requirements of modern Motion Capture and Animation Professionals. It offers comfort, ease of use, a small form factor and multiple application drivers. The high data quality, low cross-correlation and high data rate make it ideal for realistic realtime animation.
PlayStation Eye Camera Sony The PlayStation Eye (trademarked PLAYSTATION Eye) is a digital camera device, similar to a webcam, for thePlayStation 3. The technology uses computer vision and gesture recognition to process images taken by the camera.
REHABILITATION SYSTEM REHABIT-TEC Rehabit-Tec www.rehabit-tec.com The Rehabit-Tec Rehabilitation system is a rehabilitation system intended to allow a CVA injured individual advance self rehabilitation on the basis of mirror movements

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Coker, C. A. Motor learning and control for practitioners. Routledge. (2017).
  2. Hoare, B. J., Wasiak, J., Imms, C., Carey, L. Constraint-induced movement therapy in the treatment of the upper limb in children with hemiplegic cerebral palsy. Cochrane Database Syst Rev. 18, (2), (2007).
  3. Sainburg, R. L., Wang, J. Interlimb transfer of visuomotor rotations: independence of direction and final position information. Exp Brain Res. 145, (4), 437-447 (2002).
  4. Malfait, N., Ostry, D. J. Is interlimb transfer of force-field adaptation a cognitive response to the sudden introduction of load? J Neurosci. 24, (37), 8084-8089 (2004).
  5. Perez, M. A., Wise, S. P., Willingham, D. T., Cohen, L. G. Neurophysiological mechanisms involved in transfer of procedural knowledge. J Neurosci. 27, (5), 1045-1053 (2007).
  6. Nozaki, D., Kurtzer, I., Scott, S. H. Limited transfer of learning between unimanual and bimanual skills within the same limb. Nat Neurosci. 9, (11), 1364-1366 (2006).
  7. Carroll, T. J., Herbert, R. D., Munn, J., Lee, M., Gandevia, S. C. Contralateral effects of unilateral strength training: evidence and possible mechanisms. J Appl Physiol. 101, (5), 1514-1522 (2006).
  8. Farthing, J. P., Borowsky, R., Chilibeck, P. D., Binsted, G., Sarty, G. E. Neuro-physiological adaptations associated with cross-education of strength. Brain Topogr. 20, (2), 77-88 (2007).
  9. Gabriel, D. A., Kamen, G., Frost, G. Neural adaptations to resistive exercise: mechanisms and recommendations for training practices. Sports Med. 36, (2), 133-149 (2006).
  10. Kirsch, W., Hoffmann, J. Asymmetrical intermanual transfer of learning in a sensorimotor task. Exp Brain Res. 202, (4), 927-934 (2010).
  11. Panzer, S., Krueger, M., Muehlbauer, T., Kovacs, A. J., Shea, C. H. Inter-manual transfer and practice: coding of simple motor sequences. Acta Psychol (Amst). 131, (2), 99-109 (2009).
  12. Ossmy, O., Mukamel, R. Neural Network Underlying Intermanual Skill Transfer in Humans. Cell Reports. 17, (11), 2891-2900 (2016).
  13. Stockel, T., Weigelt, M., Krug, J. Acquisition of a complex basketball-dribbling task in school children as a function of bilateral practice order. Res Q Exerc Sport. 82, (2), 188-197 (2011).
  14. Stockel, T., Weigelt, M. Brain lateralisation and motor learning: selective effects of dominant and non-dominant hand practice on the early acquisition of throwing skills. Laterality. 17, (1), 18-37 (2012).
  15. Steinberg, F., Pixa, N. H., Doppelmayr, M. Mirror Visual Feedback Training Improves Intermanual Transfer in a Sport-Specific Task: A Comparison between Different Skill Levels. Neural Plasticity. 2016, (2016).
  16. Kelly, S. W., Burton, A. M., Riedel, B., Lynch, E. Sequence learning by action and observation: evidence for separate mechanisms. Br J Psychol. 94, (Pt 3), 355-372 (2003).
  17. Mattar, A. A., Gribble, P. L. Motor learning by observing. Neuron. 46, (1), 153-160 (2005).
  18. Bird, G., Osman, M., Saggerson, A., Heyes, C. Sequence learning by action, observation and action observation. Br J Psychol. 96, (Pt 3), 371-388 (2005).
  19. Nojima, I., Koganemaru, S., Kawamata, T., Fukuyama, H., Mima, T. Action observation with kinesthetic illusion can produce human motor plasticity. Eur J Neurosci. 41, (12), 1614-1623 (2015).
  20. Ossmy, O., Mukamel, R. Activity in superior parietal cortex during training by observation predicts asymmetric learning levels across hands. Scientific reports. (2016).
  21. Darainy, M., Vahdat, S., Ostry, D. J. Perceptual learning in sensorimotor adaptation. J Neurophysiol. 110, (9), 2152-2162 (2013).
  22. Wong, J. D., Kistemaker, D. A., Chin, A., Gribble, P. L. Can proprioceptive training improve motor learning? J Neurophysiol. 108, (12), 3313-3321 (2012).
  23. Vahdat, S., Darainy, M., Ostry, D. J. Structure of plasticity in human sensory and motor networks due to perceptual learning. J Neurosci. 34, (7), 2451-2463 (2014).
  24. Bao, S., Lei, Y., Wang, J. Experiencing a reaching task passively with one arm while adapting to a visuomotor rotation with the other can lead to substantial transfer of motor learning across the arms. Neurosci. Lett. 638, 109-113 (2017).
  25. Wang, J., Lei, Y. Direct-effects and after-effects of visuomotor adaptation with one arm on subsequent performance with the other arm. J Neurophysiol. 114, (1), 468-473 (2015).
  26. Lei, Y., Bao, S., Wang, J. The combined effects of action observation and passive proprioceptive training on adaptive motor learning. Neuroscience. 331, 91-98 (2016).
  27. Blank, R., Heizer, W., Von Voß, H. Externally guided control of static grip forces by visual feedback-age and task effects in 3-6-year old children and in adults. Neurosci. Lett. 271, (1), 41-44 (1999).
  28. Hay, L. Spatial-temporal analysis of movements in children: Motor programs versus feedback in the development of reaching. J Mot Behav. 11, (3), 189-200 (1979).
  29. Fayt, C., Minet, M., Schepens, N. Children's and adults' learning of a visuomanual coordination: role of ongoing visual feedback and of spatial errors as a function of age. Percept Mot Skills. 77, (2), 659-669 (1993).
  30. Grotta, J. C., et al. Constraint-induced movement therapy. Stroke. 35, (11 Suppl 1), 2699-2701 (2004).
  31. Taub, E., Uswatte, G., Pidikiti, R. Constraint-Induced Movement Therapy: a new family of techniques with broad application to physical rehabilitation--a clinical review. J Rehabil Res Dev. 36, (3), 237 (1999).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics