運動行動上のトップダウン視覚プロセスの影響を探索する方法
Summary
これは、腹側ビジュアルストリームからトップダウン信号が運動にどのように影響するかは不明である。我々は、3D奥行き反転錯覚に目標に向けた運動行動をテストするためのパラダイムを開発しました。有意差は幻想と真実を告げる観察条件の下で意図的な、目標指向の動きや自動アクションの両方で報告されている。
Abstract
運動感覚意識を正常な環境をナビゲートすることが重要です。私たちは私たちの日常の環境と対話するとき、その他は、自然に配慮した意識の下に発生しながら、動きのいくつかの側面は意図的に、予定されています。自発的なコンポーネントは探検アンダー主としてまま、この二分法の意図的な構成要素は、いくつかの状況において広く研究されてきた。また、どのように知覚のプロセスは、これらの運動のクラスはまだ不明である変調する。特に、現在、議論の問題は、視覚運動システムは、視覚的な錯覚で生成空間知覚するか、それは錯覚に影響されないし、真実を告げる知覚によって代わりに支配されているかどうかを支配されているかどうかである。このような3D奥行き反転幻想（DIIS）などの双安定知覚は、REACHへの理解の動きと組み合わせて使用する場合は特に、このような相互作用とのバランスを研究するための優れたコンテキストを提供します。本研究では、方法論はクラーにDIIを使用していますが開発されている特にDII上のターゲットに向かって上げるか模索し、モーターの動作上のトップダウンプロセスの役割をIFY意図的かつ自発的の両方の動きドメインに影響を受けます。
Introduction
ビジョンのための知覚対ビジョンのためのアクション
正常な環境をナビゲートするために、視覚システムからの情報は、人間の動きの調整を助けるために利用される。視覚情報が選択され、モータ·アクションに影響を与えることが優先されるかは不明のままである。二つの主要な解剖学的突起が腹を形成するために、一次視覚野から起こる（「何を」、または「視力のための知覚」）経路、時間領域に拡張し、背側（ ""、または "行動のためのビジョン」）経路、頭頂葉1-2。背ストリームはもっぱら作用誘導および空間認識するための信号を処理するために考えられているのに対し、腹側流は、そのような物体認識および識別などの知覚プロセスのために視覚情報を利用して関与している。尋ねた質問は、腹側流からのトップダウンプロセスは動きが実行される方法を形作るか否かである。
F1992年にグッデールとミルナーによって評価患者のDFのamousケーススタディでは、腹側と背側のストリームプロセスが認知と行動のための3分離可能であることを主張して視覚的な2ストリーム仮説のための強力な証拠とサポートを提供しました。理論的には、運動視差と両眼視差のボトムアップ信号はモータの計画は腹側ストリーム制御を通さないことを示唆し、このような正確に私たちの行動を導くために、事前知識と親しみやすさなどのトップダウンの知覚情報を上書きすることができます。二国間の腹側後頭病変に起因する視覚的なフォーム失認苦しんDFは、視覚的な2ストリーム仮説3-4の前提をサポートする、彼女は困難の認識を持っていたオブジェクトに向けた正確な把持力を保持していた。そのため、DFのような事例は、機能的な腹背ストリームの二分法も健康で非病理個人に存在していたと仮定した。しかしながら、否かを、これらの知見は、絶対温度の証拠を提供する神経が標準的な集団における認知と行動のための労働のリュート部門は熱く、過去20年間の5月10日にわたって議論されてきた。
知覚と行動を分離する幻想の使用
神経学的機能が正常な被験者では、視覚的2ストリームの仮説を検証するため、研究者は、環境の歪んだ知覚判断が私たちの運動の行動にどのように影響するかを調査するために視覚的な錯覚を利用している。エビングハウス/ティチェナーイリュージョンは、例えば、大きい丸で囲まれた同じ大きさの別のディスクよりも大きくなるように見える小さなディスクに囲まれたディスクターゲットを使用する;これは、サイズ、コントラスト効果11によるものである。参加者は2ストリームの仮説が成立する場合には、ディスクターゲットを把握するために到達すると、ディスク·ターゲットをつかむ手のグリップ開口部は、参加者がディスクターゲットの真のジオメトリに作用させ、錯覚によって影響されない誤った知覚サイズESTIMに頼るのではなく、のATE。 Aglioti ら 。実際のレポートでこの動作は、別の視覚プロセスは熟練した行動と意識的知覚11を支配することを推論。逆に、他のグループは、慎重にではなく分離12よりも視覚的なストリーム情報の統合を提案し、知覚および把握タスクのマッチングを制御する際の認識と行動のプロセスの間に解離を見つけていない、これらの結果に異議を唱えている。エビングハウス錯視を使って視覚的な2ストリームの仮説を検証したり、反論するために行われ、いくつかのフォローアップの研究にもかかわらず、引数13の両側を支持する証拠の競合する部分があります。
さらなる行動プロセスに対する視覚の影響を調べるために、3D奥行き反転幻想（DII）も利用されてきた。 DIISは架空の運動と物理的に凹状の角が凸またはその逆14として認識されているシーンの奥行きの逆転を生成します。ホロウ顔イリュージョンは刺激が幻想知覚15〜16を誘導するような予備知識や凸バイアスとしてトップダウンの影響の役割を暗示、物理的に凹であるものの、通常、凸面の認識を発生させるDIIの例です。うつろな顔イリュージョン上のターゲットに向けて到達してモータの動作を特徴づけるための努力にもかかわらず、証拠があいまいのまま別の18をしませんが、ある研究では、モータ出力17への影響を報告します。これらの研究は、うつろな顔イリュージョン上にあるターゲットに手の相対的な距離計算をエンドポイント、知覚の深さの推定値を比較することに依存している。刺激のこのタイプに対して実行されるアクションに関する相反する結果が研究者によって使用される方法の変化の結果である可能性がある。腹側と背側のストリーム情報を利用した方法が議論にまで残っているので、この論争は、モータの追加の先進的な施策とのより強固な刺激策の必要性を火花behavioR。
技術は一般にDIIS 14の別のクラスを形成する「reverspectives」と呼ばれる逆透視刺激を使用して開発された理由は、正確にである。区分的3次元プレーナ表面に描かれている線遠近法の手がかりは、刺激の物理的なジオメトリと実際の塗装シーン間の競争を生み出す。視点で体験型なじみが深反転知覚（ 図1）を支持するのに対し、このような両眼視差と運動視差などのデータ駆動型の感覚信号は、物理的なジオメトリの真実を告げる知覚を好む。 reverspectiveの利点は、その錯覚空間的方向を知覚の物理的な方向からほぼ90度異なる刺激面上のターゲットの配置を可能にすることである（ 図1e及び1fに ）。この巨大な違いは大幅にリーチするため、把持運動があるかINFLないかどうかのテストを容易に錯覚によってuenced。この概念はreverspectiveに対して実行モーターアクションは腹側ストリームからのトップダウンの影響の影響を受けているかどうかを探索するための鍵となります。
感覚行動モデルにおける運動教室
reverspective刺激上のターゲットに向けて把持時に異なるモータ戦略は幻想と真実の知覚下で使用される場合、それは容易に手のアプローチの曲率を研究することによって追跡することができる。また、手の自発的な、自動後退に目標指向の動きを開始してから全体の展開の動きの解析はバックその休止状態に実際にモータ出力に対する知覚的影響に関する試験の過去の方法で検出された欠点をバイパスすることがあります。最近の研究では、これらの2つの動きクラス間のバランスだけでなく、予測的および先行コントロための神経系による自発的なセグメントの使用を研究の意義を強調L 19-21,23-24。自発的な自動運動の新た統計学的に定義されたクラスは、新しいメトリックと目標指向のものが感覚運動の変化を追跡するために、自然な行動の微妙な側面を定量化するために、これまであったように重要であることが判明する機能を提供します。
我々の知る限りでは、視覚的な2ストリーム仮説上の既存の研究は、それによって視覚運動アクションループを完成させる重要な要素である自動過渡的な動きへの影響を無視して、目標指向の行為に焦点を当てています。重点は、したがって、完全に視覚·行動モデルに関する問題を明確にするために、本パラダイムにおける運動行動の両方のモードを捕捉するために、自動運動の重要性を配置する必要があります。ここでの方法は、トップダウン自発と一緒に故意、目標指向行動ドメインにおいて運動行動を調節する上で視覚腹ストリームにおけるシグナリングの役割を調査するために開発され、トランジット堅牢なDII逆透視刺激を使用してional動き。
論理的根拠
これは、完全な移動軌跡が幻想知覚下逆の視点をシーンが真実を告げる知覚（ 図1Eによって誘発されたターゲット·アプローチとは異なります3Dに埋め込 ま目標に向かって、トップダウンの視覚プロセスは感覚運動系に影響を及ぼす場合には、という仮説を立てているおよび1F）。 reverspective刺激の架空の知覚は、（「強制」）適切な透視刺激によって得られたものと非常によく似ているので、、reverspectiveに埋め込まれた目標に向かって行わ達し、したがっての影響を受けて実施さに達すると特性が類似していなければならないreverspective刺激（ 図1Cおよび1F）上の錯覚。
トップダウンの視覚的影響が移動軌跡に影響を与えない場合、それは行わウントに達すると仮定されるER架空の知覚はreverspective刺激（ 図1E）に真実を告げる知覚の下で行わ達すると同じ特性を示すであろう。つまり、幻想と真実を告げる両方知覚に達するには、順方向の軌道経路が刺激の真の幾何学的に作用するように、本質的に同様であろう。前進で観察された効果は、手の自動後退に変換達する方法は不明である。フル電動分析を採用することにより、我々は行動と知覚の我々の理解が手元に既存の問題を明確にするためにループを進めることを目指しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
私たちの方法は、実験タスクに関連して運動の展開全体を分析することによって、感覚行動モデルの妥当性をテストするためのプラットフォームを提供します。パラダイムは、この研究領域を広げるために視覚刺激の他のタイプをテストするために修飾することができる。例えば、他の3D DIISは、トップダウンおよびボトムアッププロセス間の相互作用が様々な刺激に変換する方法については…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、初期の設計段階でのヘルプは、この研究では、ランの参加者、ポリーナYanovich、ジョシュアドビアーシュ、とロバート·W·Isenhowerを支援するためのビジョン研究と感覚運動統合研究室の研究室のメンバーに感謝し、そしてトムだろう刺激を構築する上で彼の助けのための恵み。この作品は、次のソースによってサポートされていました：NSFの大学院研究フェローシッププログラム：アワード＃DGE-0937373、NSF CyberEnabled発見とイノベーションI型（アイデア）：グラント番号：＃094158、およびラトガース-UMDNJ NIHのバイオテクノロジーのトレーニングプログラムを付与します5T32GM008339-22。
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 |
References
- Schneider, G. E. Two visual systems. Science. 163, 895-902 (1969).
- Ingle, D., Goodale, M. A., Mansfield, R. J. W. . Analysis of visual behavior. , (1982).
- Goodale, M. A., Milner, A. D. Separate visual pathways for perception and action. Trends Neurosci. 15, 20-25 (1992).
- James, T. W., Culham, J., Humphrey, G. K., Milner, A. D., Goodale, M. A. Ventral occipital lesions impair object recognition but not object-directed grasping: an fMRI study. Brain. 126, 2463-2475 (2003).
- Pisella, L., Binkofski, F., Lasek, K., Toni, I., Rossetti, Y. No double-dissociation between optic ataxia and visual agnosia: multiple sub-streams for multiple visuo-manual integrations. Neuropsychologia. 44, 2734-2748 (2006).
- Westwood, D. A., Goodale, M. A. Perceptual illusion and the real-time control of action. Spat. Vis. 16, 243-254 (2003).
- Schenk, T. Visuomotor robustness is based on integration not segregation. Vis. Res. 50, 2627-2632 (2010).
- Schenk, T. No dissociation between perception and action in patient DF when haptic feedback is withdrawn. J. Neurosci. 32, 2013-2017 (2012).
- Gegenfurtner, K., Henriques, D., Krauzlis, R. Recent advances in perception and action. Vis. Res. 51, 801-803 (2011).
- Binkofski, F., Buxbaum, L. J. Two action systems in the human brain. Brain Lang. , (2012).
- Aglioti, S., DeSouza, J. F., Goodale, M. A. Size-contrast illusions deceive the eye but not the hand. Curr. Biol. 5, 679-685 (1995).
- Franz, V. H., Gegenfurtner, K. R., Bulthoff, H. H., Fahle, M. Grasping visual illusions: no evidence for a dissociation between perception and action. Psychol. Sci. 11, 20-25 (2000).
- Gilster, R., Kuhtz-Buschbeck, J. P., Wiesner, C. D., Ferstl, R. Grasp effects of the Ebbinghaus illusion are ambiguous. Exp. Brain Res. 171, 416-420 (2006).
- Papathomas, T. V. Art pieces that ‘move’ in our minds – an explanation of illusory motion based on depth reversal. Spatial Vis. 21, 79-95 (2007).
- Papathomas, T. V., Bono, L. M. Experiments with a hollow mask and a reverspective: top-down influences in the inversion effect for 3-D stimuli. Perception. 33, 1129-1138 (2004).
- Hill, H., Johnston, A. The hollow-face illusion: object-specific knowledge, general assumptions or properties of the stimulus. Perception. 36, 199-223 (2007).
- Hartung, B., Schrater, P. R., Bulthoff, H. H., Kersten, D., Franz, V. H. Is prior knowledge of object geometry used in visually guided reaching. J. Vis. 5, 504-514 (2005).
- Kroliczak, G., Heard, P., Goodale, M. A., Gregory, R. L. Dissociation of perception and action unmasked by the hollow-face illusion. Brain Res. 1080, 9-16 (2006).
- Torres, E. B. Two classes of movements in motor control. Exp. Brain Res. 215, 269-283 (2011).
- Torres, E. B. Signatures of movement variability anticipate hand speed according to levels of intent. Behav. Brain Func. 9. 10, 10 (2013).
- Torres, E. B., Heilman, K. M., Poizner, H. Impaired endogenously evoked automated reaching in Parkinson’s disease. J. Neurosci. 31, 17848-17863 (2011).
- Rencher, A. C. . Methods of multivariate analysis. , (2002).
- Torres, E. B., Zipser, D. Simultaneous control of hand displacements and rotations in orientation-matching experiments. J. Appl. Physiol. 96, 1978-1987 (2004).
- Yanovich, P., Isenhower, R. W., Sage, J., Torres, E. B. Spatial-orientation priming impedes rather than facilitates the spontaneous control of hand-retraction speeds in patients with Parkinson’s disease. PLoS ONE. 8, 1-19 (2013).
- Prime, S. L., Marotta, J. J. Gaze strategies during visually-guided versus memory-guided grasping. Exp. Brain Res. 225, 291-305 (2013).
- Schneider, U., et al. Reduced binocular depth inversion in schizophrenic patients. Schizophrenia Res. 53, 101-108 (2000).
- Dima, D., Dillo, W., Bonnemann, C., Emrich, H. M., Dietrich, D. E. Reduced P300 and P600 amplitude in the hollow-mask illusion in patients with schizophrenia. Psychiatry Res. 191, 145-151 (2011).
- Butler, P. D., Silverstein, S. M., Dakin, S. C. Visual perception and its impairment in schizophrenia. Biol. Psychiatry. 64, 40-47 (2008).
