Metoder for å Utforsk Influence of top-down Visual Prosesser på Motor Behavior

Summary

Det er uklart hvor top-down signaler fra ventral visuell stream påvirke bevegelse. Vi utviklet et paradigme for å teste motor oppførsel mot et mål på en 3D-dybde inversjon illusjon. Vesentlige forskjeller er rapportert i både bevisste, målrettede bevegelser og automatiske handlinger i henhold illusoriske og veridical visningsforhold.

Abstract

Kinestetisk bevissthet er viktig å kunne navigere miljøet. Når vi samhandler med våre daglige omgivelser, er noen aspekter ved bevegelse bevisst planlagt, mens andre spontant oppstå under bevisst oppmerksomhet. Den bevisste delen av denne dikotomien har blitt studert inngå i flere sammenhenger, mens den spontane komponent fortsatt i stor grad under-utforsket. Dessuten, hvordan perseptuelle prosesser modulere disse bevegelse klasser er fortsatt uklart. Spesielt er en dag debattert tema om visuomotor systemet er styrt av den romlige percept produsert av en visuell illusjon, eller om det ikke er påvirket av illusjon, og styres i stedet av den veridical percept. Bistabila persepter som 3D-dybde inversjon illusjoner (Diis) gir en utmerket kontekst for å studere slike interaksjoner og balanse, spesielt når de brukes i kombinasjon med rekkevidde-til-grep bevegelser. I denne studien, er en metodikk utviklet som bruker en DII til clarify rollen som top-down prosesser på motor handling, spesielt utforske hvordan kommer mot et mål på en DII er berørt i både bevisste og spontan bevegelse domener.

Introduction

Vision-for-Perception vs Vision-for-Handling

For å kunne navigere miljøet, er informasjon fra det visuelle systemet utnyttes til å bidra til å koordinere menneskelig bevegelse. Hvor visuell informasjon er valgt og prioritert å påvirke motoriske handlinger er fortsatt uklart. To store anatomiske anslag oppstå fra den primære visuelle cortex å danne ventral ("hva", eller "visjon for persepsjon") veien, som strekker seg til den verdslige området, og dorsal ("der", eller "visjon for handling") veien , til isselappen ^1-2. Den ventrale strømmen er innblandet i å utnytte visuell informasjon for perseptuelle prosesser som objekt gjenkjennelse og identifikasjon, mens rygg strømmen er tenkt å utelukkende behandle signaler for action veiledning og romlig bevissthet. Spørsmålet stilles er hvorvidt top-down prosesser fra ventral stream forme måten bevegelser fore.

Den famous casestudie av pasient DF, evalueres av Goodale og Milner i 1992, forutsatt sterke bevis og støtte for den visuelle med to bekker hypotesen, som hevder at ventral og dorsal stream prosesser er delbar for persepsjon og handling ^tre. I teorien kan bottom-up signaler om bevegelse parallakse og kikkert misforhold styre top-down perseptuelle informasjon som tidligere kunnskap og kjennskap for å nøyaktig veilede våre handlinger, noe som tyder på at motor planlegging er ugjennomtrengelig for ventral stream kontroll. DF, som led av visuell form agnosia forårsaket av bilaterale ventral occipitale lesjoner, beholdt nøyaktig fatte evne mot objekter som hun hadde problemer med å gjenkjenne, støtter forutsetningen for den visuelle med to bekker hypotesen ^3-4. På grunn av case-studier som DF, ble det antatt at den funksjonelle ventral-dorsal stream dikotomi eksisterte også hos friske, nonpathological individer. Men hvorvidt disse funnene gir bevis for en absolutt arbeidsdeling for persepsjon og handling i neurotypical bestander har blitt heftig debattert i løpet av de siste tjue årene ^5-10.

Bruk av Illusions å skille Perception og handling

For å teste den visuelle med to bekker hypotesen i neurotypical fag, ansetter forskere visuelle illusjoner å undersøke hvordan skjeve perseptuelle dommer av miljøet påvirker våre motoriske handlinger. Den Ebbinghaus / Titchener Illusion, for eksempel, bruker en disk target omgitt av mindre disker som ser ut til å være større enn en annen disk av samme størrelse omgitt av større sirkler; dette skyldes en størrelse kontrast effekt ^11. Når deltakere kommer til å gripe skiven målet, dersom de to-strømmer av hypotesene er sant, så grepet åpning av hånden griper på disken målet vil være upåvirket av den illusion, forårsaker deltakeren til å opptre på den sanne geometrien til disken target heller enn å stole på feil perseptuelle størrelse estimater. Aglioti et al. faktisk rapport denne oppførselen, resonnement som separate visuelle prosesser styrer dyktige handlinger og bevisste oppfattelsen ^11. Omvendt har andre grupper omstridt disse resultatene, finne ingen dissosiasjon mellom persepsjon og handling prosesser når nøye kontrollere matching av perseptuelle og fatte oppgaver, foreslår en integrering av visuell stream informasjon snarere enn en separasjon ^12. Til tross for flere oppfølgingsstudier for å bekrefte eller avkrefte det visuelle med to bekker hypotesen ved hjelp av Ebbinghaus Illusion, det finnes konkurrerende biter av bevis for å støtte begge sider av argumentet ^13.

For ytterligere å undersøke påvirkning av visuell persepsjon på handlingsprosesser, har 3D-dybde inversjon illusjoner (DII) også vært benyttet. Diis produsere illusorisk bevegelse og oppfattet dybden reversering av scener hvor fysisk konkave vinkler oppfattes som konvekse og vice versa ^14. The HollowFace Illusion er et eksempel på en DII som genererer oppfatningen av en normal, konveks ansiktet selv om stimulus er fysisk konkav, impliserer rollen som top-down påvirkninger som forkunnskaper og konveksitet skjevhet å lokke fram den illusoriske percept ^15-16. Til tross for innsatsen for å karakterisere motor atferd i å nå mot mål på Hollow Face Illusion, forblir bevis tvetydig: en studie rapporterer en effekt på motor utgang ^17, mens en annen ikke ^18. Disse studiene er avhengige av å sammenligne perseptuelle dybdeanslag til endepunkt avstandsberegninger i hånden i forhold til målene som ligger på Hollow Face Illusion. Motstridende resultater for handlinger som utføres på denne type stimuli kan være et resultat av variasjonene i metoder som brukes av forskere. Fordi måten ventral og dorsal stream informasjonen er benyttet er fortsatt opp til debatt, gnister denne uenigheten behovet for et mer robust stimulans med flere avanserte målinger av motor behavior.

Dette er nettopp derfor en teknikk ble utviklet ved hjelp av omvendt-perspektiv stimuli, ofte referert til som "reverspectives", som er en annen klasse av Diis ^14. Lineære perspektiv signaler som er malt på stykkevis 3D plane overflater produsere konkurranse mellom den fysiske geometri av stimulus og den faktiske malt scene. Datadrevne sensoriske signaler, som kikkerten misforhold og bevegelse parallakse favorisere veridical iakttagelsen av den fysiske geometri, mens erfaringsbasert kjennskap perspektiv favoriserer dybde-inversjon percept (figur 1). Fordelen med reverspective er at det gir mulighet for plassering av et mål på en stimulans overflate som oppfattes romlig orientering under illusjonen avviker med nesten 90 grader fra sin fysiske orientering (Tall 1e og 1f). Denne enorme forskjellen i stor grad forenkler testing om rekkevidde-for-fatte bevegelser er eller ikke er influenced av illusjonen. Denne forestillingen er nøkkelen til å utforske hvorvidt motor handlinger utført på reverspective påvirkes av top-down påvirkninger fra ventral stream.

Bevegelse klasser i Perception handling-modeller

Hvis forskjellige motor strategier er ansatt i henhold illusoriske og veridical persepter når gripe mot et mål på en reverspective stimulans, da det lett kan spores ved å studere krumningen av hånden sin tilnærming. Videre kan en analyse av hele utfolding bevegelse fra initiering av den venstre-rettede bevegelsen til den spontane, automatisk tilbaketrekning av hånden tilbake til sin hviletilstand i virkeligheten bypass eventuelle mangler som finnes i tidligere fremgangsmåter for testing for perseptuell innflytelse på motorens effekt. Nyere studier fremheve betydningen av å studere forholdet mellom disse to bevegelse klasser så vel som anvendelse av de spontane segmentene ved nervesystemer for prediktiv og foregripende kontrol ^19-21,23-24. Den nylig statistisk definert klasse av spontane-automatiske bevegelser gir nye beregninger og funksjoner som viser seg å være like viktig som de målrettede de har vært så langt å spore sensorisk-motoriske endringer og å kvantifisere subtile aspekter av naturlige atferd.

Så vidt vi vet, eksisterende forskning på visuelle med to bekker hypotesen bare fokuserer på målrettede handlinger, og dermed ignorerer eventuelle effekter på automatiske overgangs bevegelser som er viktige komponenter for å fullføre visuomotor handling loop. Det derfor må legges vekt på viktigheten av automatiske bevegelser for å fullt ut fange opp både moduser av motor oppførsel i det nåværende paradigme for å avklare spørsmål knyttet til visuell persepsjon-action-modeller. Her metoder er utviklet for å undersøke hvilken rolle top-down signalisering i det visuelle ventral stream på modulerende motor atferd i bevisst, målrettet handling domenet i forbindelse med spontan, transittional bevegelser ved hjelp av en robust DII omvendt-perspektiv stimulans.

Rasjonale

Det er en hypotese at, hvis top-down visuelle prosesser påvirker sansemotoriske system, full bevegelighet baner mot den innebygde mål i 3D reverse-perspektiv scene under illusorisk percept vil avvike fra målet tilnærming utløst av den veridical percept (Tall 1e og 1f). Dessuten, siden den illusoriske iakttagelsen av reverspective stimulus er meget lik den som oppnås ved en passende ("tvunget") perspektiv stimulus, er kommet ned i fremført mot et innebygd mål på en reverspective bør derfor være lik i egenskapene til delene utført under påvirkning av illusjon på reverspective stimulus (Tall 1c og 1f).

Hvis topp-ned visuelle påvirkninger ikke påvirke bevegelsen banen, så det er en hypotese at når laget undeh illusorisk percept ville vise de samme egenskapene som delene gjort under veridical percept på reverspective stimulus (figur 1e). Med andre ord, ville både illusoriske og veridical persept delene være lik i naturen, slik at begge termin bane stier ville handle på den sanne geometri av stimulans. Slik virkning observert i forover nå oversette den automatiske tilbaketrekning av hånden er ukjent. Ved å ansette en full motor analyse, vi tar sikte på å fremme vår forståelse av handling og persepsjon looper å avklare de eksisterende problemene på hånden.

Protocol

En. Bygge Stimulus Apparatus Konstruer en bevegelig plattform på en glidende spor. Hver stimulus vil bli plassert på den bevegelige plattform, avhengig av typen av prøvelyste. Sikre spor på et bord på en passende høyde som gjør det mulig for plattformen å være stimulans i øyehøyde med deltakeren å bli sittende foran tabellen. Fest en uttrekkbar fjærmekanisme til stimulans plattformen. Kople-inngangen til fjærmekanismen til et kretskort. Plasser et sett med lykter ba…

Representative Results

En. Hånd Sti Trajectories Resultatene er vist for representant Subject VT. I Wilks Lambda Test Statistic muliggjør reduksjon av de tre-dimensjonale rommet data til en skalar verdi ved bruk av determinanter. Den Wilks lambda statistikken bruker likelihood ratio test , Der "innenfra" summen av kvadrater og produkter danner matrise E, og den "totalt" summen av kvadrater og produ…

Discussion

Våre metoder gir en plattform for å teste gyldigheten av oppfatningen-handlingsmodeller ved å analysere hele utfoldelsen av bevegelse i forhold til den eksperimentelle aktivitet. Paradigmet kan bli endret for å teste andre typer visuelle stimuli for å utvide dette forskningsområdet. For eksempel, kan andre 3D Diis bli testet på apparatet for å se hvordan samspillet mellom top-down og bottom-up prosesser sette til ulike stimuli. Metodene kan også skreddersys for å teste kliniske populasjoner som kan ha forstyrr…

Materials

Laboratory bench
Slidable Track with Retractable Spring			built in-house
Retractable Spring
Adjustable Lamps
Switch Box
Circuit Board
Arduino	Smart Projects, Italy
MATLAB	The MathWorks Inc., Natick, MA, USA
Randot-dot Stereo Test
Reverse-Perspective Stimulus			built in-house
Proper-Perspective Stimulus			built in-house
Training Stimuli			built in-house
Polhemus Motion Capture System	Liberty, Colchester, VT, USA
The Motion Monitor Motion-Tracking Software	Innovative Sports Training, Inc., Chicago, IL
Sport Sweatbands
De-Focusing Lens