Destek Vektör Makinesi Kullanarak 2B Düzlemde proprioseptif Drift için görselleştirme yöntemi

Summary

Bu makalede, ayna yanılsama kullanarak ve makine öğrenimini kullanarak bir analizi ile bir psiko-fiziksel prosedür birleştirerek bir 2B düzlemde proprioseptif sürüklenme tahmin etmek için yeni bir yöntem açıklanır.

Abstract

Proprioceptive drift, which is a perceptual shift in body-part position from the unseen real body to a visible body-like image, has been measured as the behavioral correlate for the sense of ownership. Previously, the estimation of proprioceptive drift was limited to one spatial dimension, such as height, width, or depth. As the hand can move freely in 3D, measuring proprioceptive drift in only one dimension is not sufficient for the estimation of the drift in real life situations. In this article, we provide a novel method to estimate proprioceptive drift on a 2D plane using the mirror illusion by combining an objective behavioral measurement (hand position tracking) and subjective, phenomenological assessment (subjective assessment of hand position and questionnaire) with a sophisticated machine learning approach. This technique permits not only an investigation of the underlying mechanisms of the sense of ownership and agency but also assists in the rehabilitation of a missing or paralyzed limb and in the design rules of real-time control systems with a self-body-like usability, in which the operator controls the system as if it were part of his/her own body.

Introduction

Son yıllarda, bir anlamda ya da kişinin kendi vücut kendi kendine vücut deneyimi hakkında araştırma, düzenlemenin kapsamında artmıştır. Düzenleme fikri ya da kavrama, uzanma, dokunma gibi, çevre ile etkileşim bir fiziksel ya da sanal vücuda sahip kavramına karşılık gelir. Örneğin, insanlar bu durumda kendi kol ve el kendi bedenini, hareket çevreye yerleştirilmiş bir nesne ya da başka bir insanı dokunabilirsiniz. Günümüzde, bu etkileşim ve iletişim kişinin kendi doğal bedenini kullanarak sınırlı değildir. buluş ve sanal dünyada insan benzeri robotlar ya avatar geliştirilmesi nedeniyle, doğal insan vücudu gibi sanal gerçeklik bir humanoid, uzaktan kumanda robot, elektrikli protez, veya bilgisayar grafik avatarı olarak, yapay bir beden ile ikame edilebilir. Örneğin, araştırmacılar dahi robo eğer, kimin operatör "kavramak" bir nesne mekanik vücudun sayesinde robot önüne yerleştirilen bir robot geliştirdit operatörün vücut pozisyonu ^1,2 dan uzak yerleştirilir. Bir insan yapay bir beden yoluyla bir eylemi gerçekleştirmek eğer bu örneğe benzer, hangi vücut operatörün kendine vücudun atıf tutacaktı?

Biz kolayca bir yapay olmayan etten kemik vücuda kendi doğal vücut "öz" atıf ya da projeksiyon bu tartışma ile ilgili konuları bulabilirsiniz. Bunun bir örneği, tıp alanında bulunabilir; Örneğin, tıbbi rehabilitasyon alanında, hastanın kendine cisim hissi aynalar kullanılarak "hile" tedaviler ağrıyı azaltmada ve eksik ya da felçli ekstremitenin motor fonksiyonu geliştirmek için araştırdı ayna tedavisi ^3-6 denir ediliyor. Bu tedavide, etkilenmemiş vücut kısmı veya uzvun yansıtılmış görüntü eksik veya felçli ekstremite aynaya görüntülenen birine tekabül inanan içine hastanın beyin yanıltmak ve o hala o duygu yols eski durum (yani, kazadan önce). Bu yanılsama vücut temsil ilişkin beynin esnekliğini nasıl etkilediği tartışma devam etmektedir. doğal vücut üzerinde tartışma bu tip ek olarak, biz mühendisliği alanında özellikle insan-sistem etkileşimi tasarımı konularında düzenlemesinde benzer tartışmalar bulabilirsiniz. Yapay veya sanal vücut için kendini duygusu iyice TelePresence, beyin-makine arayüzü ve beyin-bilgisayar arayüzü ^1,2,7-9 kapsamında incelenmiştir. Bazı araştırmacılar robot konumlandırılmış olduğu operatörün elinde olan robot elden dokunma hissi aktarabilirsiniz bir insana benzer robot, robot operatör kendini vücudun duygusunu yanı sıra yerde olma duygusu yakalayabilir bildirdi yerine operatör gerçekte var nerede daha tele-varlığı ¹ çağırdı. Diğer araştırmacılar sanal avatar güçlü operatörün vücut hareketlerini yansıtan bildirdily sanal vücuda ⁹ operatörün kendi vücudundan kendini vücudun operatörün duygusunu aktarır. Bu bulgular, kullanıcıların yapay vücut doğrudan bağlı olmasa bile, bu tür sanal gerçeklik bir insansı, uzaktan kumanda robot, elektrikli protez veya bilgisayar grafik avatar olarak, yapay bir vücuda kendini vücudun duygularını proje nasıl göstermek onların beyin ve vücut.

Olmayan ten ve-kan kendinden cisim hissi bu tür temel bilimsel araştırma, yapay vücut gibi nesneler lastik el yanılsama (RHI) ^10-13 ve ayna kullanarak kendi kendine vücudun deneyimi için altta yatan beyin mekanizmaları incelenmiş yanılsama (MI) tıp ve mühendislik alanlarında yanı sıra psikofizik ve nöropsikoloji ^14-16. RHI bir lastik el kişinin kendi vücuduna ait ve aynı anda görünür bir lastik el ve katılımcının gizlenmiş el okşayarak tarafından uyarılmış olduğu duygusudur. MI, bir el ima içindemidsagital eksende yerleştirilmiş bir ayna ge görsel görünmeyen karşı elin katılımcının algılanan pozisyon yakalar. yansıyan eli görüntü görünmeyen karşısında eli sanki Ayrıca, yansıyan ve görünmeyen elin senkron hareketleri güçlü hissi uyandırır. Bu hayalleri üzerinde yapılan araştırmaya göre, çok modlu bilgi ve tahmin ve vücut hareketleri ile ilgili duyusal geribildirim arasındaki tutarlılık kendini vücut atıf yargı için önemli bir rol oynadığı görülmektedir. Bilim adamları kandırdın bizim hissi yatan ya da bazı yapay nesne veya görüntü sübjektif kendi vücut parçası olmak ve kendi kendine cisim hissi yaptığı inancıyla beyin mekanizmalarını araştırmak için Böylece, bu iki yanılsamalar basit ama güçlü kanıt ve araçlar olabilir doğal fiziksel bedene bağlı olmak zorunda değildir.

Yukarıda listelenen tüm bu çalışmalarda, tartışma "öz" consisti kavramına dayalı olmuştursahiplik duygusu ve ajans duygusu: Filozof Gallagher ¹⁷ tarafından önerilen duyum iki tip ng. sahiplik duygusu gözlenen vücut parçası kişinin kendi olan duyum ifade eder. ajans duygusu vücut hareket kendini neden olan duyum karşılık gelir. Bu iki duyumları, kendini ¹⁶ acil duygusu az öz olarak tanımlanır. mülkiyet ve ajans duygusu: Bu kavrama göre, hasarlı, doğal sanal ve mekanik organlar için "öz" ilişkilendirme aynı indeksler tarafından değerlendirilebilir. bilimsel değerlendirme için bu hissi kullanmak için, soru sağlam mülkiyet ve ajans duygusunu ölçmek için nasıl doğar. Şu anda, mülkiyet ve ajans duygusu tahmini esas aslen Botvinick ⁹ tarafından önerilen anket, dayanmaktadır. anketlere ek olarak, sayısal yollarla onları ölçmek için deneyebilirsiniz. Örneğin, cilt conductance yanıt (SCR) lastik el aniden bıçakla ¹⁸ tarafından kesilmiştir durumlarda mülkiyet fizyolojik indeksi olarak kullanılmaya başlanmıştır. SCR derinin elektriksel özelliklerini ölçerek hesaplanır ve uyarılma ¹⁹ için hassas ve geçerli göstergesidir edilir. Bu yöntem genellikle katılımcı başına tek denemeleri için uygulanan bu yana, ölçme SCR katılımcılar içinde tekrarlayan ölçümler gerektiren psikofizik deneyler sırasında fiziksel bir indeks olarak uygun değildir. Sahiplik duygusu en başarılı davranış endeksten biri proprioseptif sürüklenme olduğunu. Propriyoseptif sürüklenme kauçuk yapımı protez ya da bir el gibi görünen bir nesnenin konumuna doğru görünmeyen gerçek elin algılanan pozisyonunda değişiklik bilgisayar grafikleri ^10-13. Bu değişiklik görünmeyen gerçek el ve elin görsel imaj, proprioseptif sürüklenme i arasındaki mesafeyi ölçerek hkr ve sağlam tahmin edilebilir beripsikofiziksel ölçümler için sa bir uygun fiziksel göstergesi. Ancak, bu kullanım son tartışmalar proprioseptif sürüklenme her zaman sahip olma ¹² bir davranış indeksi olarak kullanılabilir olup olmadığını sorguladı çünkü, dikkatli değerlendirilmesi gerekir.

Tipik olarak, proprioseptif sürüklenme gibi yükseklik, genişlik, derinlik veya üç yönden, sadece birinde ölçülür. Propriyoseptif sürüklenme nedeniyle nadiren tahmin ve çok boyutlu veri görselleştirme zorluk birden fazla yönde ölçülmüştür. Bu metrolojik sınırlama Deney koşulları kolaylıkla tasarlanabilir ve ölçülen boyutları sınırlamak üzere kontrol edilebilir, çünkü çoklu duyumsal bilgi işlem mekanizmalarını temel araştırma için kritik öneme sahip değildir. Ancak, günlük yaşamda, bizim eller niyetlerimizi takip etmek 3D serbestçe hareket. Bu durumda, anket, ciddi sınırlar hareket ve pos ile bir katılımcının davranışlarını ölçmek zordur ve yetersizEllerin itions. Böylece, mühendislik ve rehabilitasyon mülkiyet ve ajans birden fazla yön içerir ve serbest el hareketi, günlük yaşam durumlarında görsel ve proprioseptif geri bildirim arasındaki uzaysal ilişkiyi değerlendirmek için gerekli olan izin veren bir ölçüm duygusu potansiyel uygulamalarını dikkate. Böyle ölçüm mümkün olsaydı, gerçek ve gözlenen el arasında ölçülen mesafe kendini vücudun duygusu için bir kılavuz olarak yararlanılabilir. Bu, yalnızca rehabilitasyon ilerleme değil, aynı zamanda ekranda manipüle hedef ve çalışma el arasındaki ofset mekansal bir kriter için bir gösterge haline olamazdı. soru bu ölçüm, güvenilir ve etkin bir şekilde uygulanabilir olarak nasıl kalır.

Bu soruyu çözmek için, biz bir görünür el gibi o ki katılımcının görünmeyen gerçek elinin konumundan kayması karşılık proprioseptif sürüklenme, tahmin etmek için yeni bir yöntem tanıtmakbject, bir psikofiziksel prosedür ve makine öğrenimi kullanarak bir analiz birleştirerek ayna yanılsama kullanarak 2D düzlemde. Bir lastik el ile karşılaştırıldığında, bir ayna el görüntü kuvvetle görünmeyen gerçek el katılımcının algılanan pozisyon yakalar. Ayrıca, bir aynalı görüntü hemen elle yerleştirilmesi için gönüllü el hareketleri yansıtır. Böylece, bir ayna görüntüsü katılımcının elinde görsel geribildirim olarak seçildi. Buna ek olarak, günlük yaşam durumlarına benzer proprioseptif sürüklenme ölçmek için, katılımcıların kendi iradesiyle kendi gizli eli deneme-by-deneme konumlandırılmış ve çalışmaların sayısı arttı. yönleri herhangi bir kombinasyonu kullanılmış olabilir, ancak yükseklik ve derinlik kombinasyonu nedeniyle dikey ayna yerleştirme kolaylığı için seçildi. Bizim yöntem ve önceki araştırmalar ¹³ arasında tutarlılığı kontrol etmek için, iki görsel koşullar uygulanmıştır: ve görsel geribildirim olmadan. görsel geribildirim, ayna w ile durumumidsagital düzlem boyunca yerleştirilmiş gibi sağ el olarak görüldü, sanki sol elinde bir yansıyan görüntü oluşturmak için. görsel geribildirim olmadan durumda, mat tahta katılımcının gerçek sağ elini gizlemek amacıyla kullanılmıştır. Biz mülkiyet ve ajans duygusu bir anket ile elde edilen sonuçları karşılaştırarak bu yeni yöntemin etkinliğini değerlendirdi.

Protocol

Deneyin tüm yönleri Tokyo Teknoloji Enstitüsü Etik Komitesi tarafından onaylandı. 1. Deney Düzeneği Materyal ve Propriyoseptif Drift Ölçme Kur. Dikey 100 x 100 cm plaka tutabilir bir stand (Şekil 1) edinin. katılımcı deney sırasında rahatça oturabilir hangi bir sandalye alın. 100 x 100 cm akrilik ayna ve mat tahtayı alın. katılımcının sağ konumunu izlemek için pozisyon izci (örneğin, SLC-C02, Cyverse) edinin. Uzamsal ?…

Representative Results

Bir önceki çalışmadan Temsilcisi sonuçları yöntemi 16 göstermek için sunulmuştur. Şekil 3A katılımcı sol ve sağ konumu arasında ofset mekansal tespit edilememiştir alan şekiller (ayna) ve (tahtaya) Görsel olmadan koşullar arasında farklılık gösteriyor . geribesleme Şekil 3B görsel geribildirim ile durumu o bölgede boyutlarını gösterir görsel geribildirim olmadan durumda önemli ölçüde daha büyüktür (Wilcoxo…

Discussion

Biz bir yöntem SVM kullanarak ayna yanılsama sırasında 2D düzlemde proprioseptif sürüklenme tahmin etmek ve mülkiyet ve kurumu duygusu anket yanıtları ile karşılaştırmak göstermek. Bu yeni yöntem, proprioseptif sürüklenme yaklaşık 10 cm ve bu yakından ofset mülkiyet ve ajans duygusunu korumak için gerekli ofset ile örtüşmektedir iddia görsel ve proprioseptif geri bildirim arasındaki ofset gerekli olduğunu ortaya koydu.

Bu yöntemin en önemli adım dikkatlerini h…

Materials

Acric mirror
Matte blackboard
custom-made stand			e.g. wood pole or PVC(poly vinyl chloride) pipe
Chair
Foot pedal	P.I. Engineering	Classic X-keys USB, and PS/2 Foot Pedals	Other response device can be avaliable.
Position sensor	CyVerse	SLC-C02	Other position sensor can be avaliable.
Custom-made retroreflectivemarker			The marker provided by the motion capture vendor can be available.
Noise canselling head phone	bose	Quiet Comfort 3	Other head phone can be avaliable.
PC	Mouse computer	NG-N-i300GA	Other PC can be available.