Méthode de visualisation pour Drift proprioceptive sur un plan 2D Utilisation Support Vector Machine

Summary

Cet article décrit une nouvelle méthode pour estimer la dérive proprioceptive sur un plan 2D en utilisant l'illusion de miroir et en combinant une procédure psychophysique avec une analyse en utilisant l'apprentissage machine.

Introduction

Au cours des dernières années, la recherche sur le sens ou l'expérience de l'auto-corps, qui est, de son propre corps, a augmenté dans le contexte de réalisation. La forme de réalisation se réfère à l'idée ou le concept d'avoir un corps physique ou virtuel qui peut interagir avec l'environnement, tels que les atteindre, saisir, et touchante. Par exemple, les humains peuvent toucher un objet ou un autre humain positionné dans l'environnement en déplaçant leur propre corps, dans ce cas, leur propre bras et la main. De nos jours, cette interaction ou de communication ne se limite pas à l'utilisation de son propre corps naturel. En raison des inventions et le développement de robots ressemblant à des humains ou des avatars dans le monde virtuel, le corps humain naturel peut être substitué par un organisme artificiel, comme un humanoïde, un robot de contrôle à distance, prothèse électrique ou infographie avatar dans la réalité virtuelle. Par exemple, les chercheurs ont développé un robot dont l'opérateur peut "saisir" un objet placé devant le robot via son corps mécanique, même si le robot est placé loin de la position du corps ^{de 1,2} de l'opérateur. Semblable à cet exemple, si un être humain pourrait effectuer une action par l'intermédiaire d'un organe artificiel, quel organisme serait maintenir l'attribution de l'auto-corps de l'opérateur?

Nous pouvons facilement trouver des sujets liés à cette discussion sur l'attribution ou la projection de «soi» de notre propre corps naturel, un organisme non-chair et d'os artificiel. Un exemple peut être trouvé dans le domaine médical; par exemple, dans le domaine de la réadaptation médicale, les traitements qui "truc" la sensation d' auto-corps du patient en utilisant des miroirs sont explorées pour réduire la douleur et l' amélioration de la fonction motrice d'un membre manquant ou paralysé, appelé thérapie par le miroir ^3-6. Dans cette thérapie, l'image en miroir de l'insensible partie du corps ou d'un membre peut induire en erreur le cerveau du patient à croire que le membre manquant ou paralysé correspond à celle affichée dans le miroir et conduire à la sensation qu'il est encore en elles état antérieur (avant l'accident). Il est encore en discussion comment cette illusion affecte la résilience du cerveau liées à la représentation du corps. En plus de ce type de discussion sur notre corps naturel, nous pouvons trouver des discussions similaires sur mode de réalisation, en particulier des problèmes de conception interaction-système humain dans le domaine de l'ingénierie. Le sens de soi pour un corps artificiel ou virtuel a été bien étudiée dans le contexte de la téléprésence, interface cerveau-machine, interface cerveau-ordinateur ^1,2,7-9. Certains chercheurs ont rapporté qu'un robot humanoïde, qui peut transférer la sensation tactile de sa main de robot à la main de l'opérateur, peut capturer le sens de l'opérateur d'auto-corps du robot, ainsi que le sentiment d'être à un endroit où le robot est positionné plutôt que là où l'opérateur existe réellement, appelé télé-existence ^1. D'autres chercheurs ont rapporté qu'un avatar virtuel qui reflète les mouvements du corps de l'opérateur fortely transfère le sens de l'opérateur d'auto-corps à partir de son propre corps de l'opérateur au corps virtuel ^9. Ces résultats indiquent comment les utilisateurs peuvent projeter leur sens de l'auto-corps dans un corps artificiel, comme un humanoïde, un robot de contrôle à distance, prothèse électrique ou infographie avatar dans la réalité virtuelle, même si le corps artificiel ne soit pas directement liée à leur cerveau et le corps.

La recherche fondamentale scientifique sur ce type de sensation d' auto-corps pour non-chair et de sang, des objets du corps comme artificiels a examiné les mécanismes cérébraux sous - jacents pour l'expérience de l' auto-corps en utilisant l'illusion de la main en caoutchouc (RHI) ^10-13 et miroir illusion (MI) ^14-16 dans les domaines médicaux et d' ingénierie, ainsi que dans la psychophysique et de la neuropsychologie. La RHI est la sensation qu'une main en caoutchouc appartient à son propre corps et est évoqué en caressant simultanément une main en caoutchouc visible et la main obscurcie du participant. Dans le MI, une ima de la mainge dans un miroir positionné le long de l'axe sagittal médian capture visuellement la position perçue du participant de la main opposée invisible. En outre, les mouvements synchrones de la main réfléchie et invisible évoquent la sensation forte comme si l'image de la main réfléchie était la main opposée invisible. Selon la recherche sur ces illusions, la cohérence entre l'information multimodale et la prédiction et la rétroaction sensorielle sur les mouvements du corps semble jouer un rôle important pour le jugement d'attribution auto-corps. Ainsi, ces deux illusions peuvent avoir des preuves et des outils simples mais puissants pour les scientifiques d'étudier les mécanismes cérébraux qui sous-tend notre sensation d'être trompé ou de croire que certains objet artificiel ou de l'image peuvent subjectivement être notre propre partie du corps, et que notre sensation d'auto-corps fait ne pas avoir à être lié à notre corps physique naturel.

Dans toutes ces études indiquées ci-dessus, l'analyse est basée sur le concept de consisti "auto"ng de deux types de sensation proposés par le philosophe Gallagher ^17: le sentiment d'appartenance et le sens de l' agence. Le sentiment d'appartenance se réfère à la sensation qu'une partie du corps observé est la sienne. Le sens de l'agence correspond à la sensation que le mouvement du corps est auto-causé. Ces deux sensations sont définies comme l'auto minimal, qui est, un sens immédiat de soi ^16. Selon ce concept, l'attribution du «soi» pour les corps naturels, endommagés, virtuels et mécaniques peut être évalué par les mêmes indices: le sens de la propriété et l'agence. Pour utiliser cette sensation d'une évaluation scientifique, la question se pose de savoir comment mesurer le sens de la propriété et l'agence robuste. Actuellement, l'estimation du sentiment d'appartenance et l' agence repose principalement sur des questionnaires, initialement proposées par Botvinick ^9. En plus des questionnaires, on peut tenter de les mesurer de manière quantitative. Par exemple, le con de la peauRéponse de conductance (SCR) a été utilisé comme un indice physiologique de la propriété dans les cas où la main en caoutchouc est soudainement coupée par un couteau ^18. Le SCR est calculé en mesurant les caractéristiques électriques de la peau et est un indicateur sensible et valable pour ¹⁹ l' excitation. Étant donné que cette méthode est généralement appliquée pour les essais individuels par participant, SCR mesure ne convient pas comme un indice physique pendant psychophysique expériences qui nécessitent des mesures répétitives au sein des participants. L' un des indices de comportement les plus efficaces pour le sentiment d'appartenance est la dérive proprioceptive. Dérive proprioceptive est le changement dans la position perçue de la main réelle invisible vers la position d'un objet qui ressemble à une main, comme la prothèse constituée de caoutchouc ou infographie ^10-13. Depuis ce changement peut être estimé de façon répétitive et robuste en mesurant la distance entre la main réelle invisible et l'image visuelle de la main, la dérive proprioceptive isa index physique approprié pour les mesures psychophysiques. Toutefois, cette utilisation doit être évaluée avec soin, parce que les discussions récentes ont demandé si la dérive proprioceptive peut toujours être utilisé comme un indice de comportement de la propriété ^12.

Typiquement, la dérive proprioceptive est mesurée dans une seule des trois directions, telles que la hauteur, la largeur ou la profondeur. la dérive proprioceptive a rarement été mesurée dans de multiples directions en raison de la difficulté d'estimer et de visualisation de données multidimensionnelles. Cette limitation métrologique est pas critique pour la recherche fondamentale explorant les mécanismes qui traitent des informations multisensorielle, parce que les conditions expérimentales peuvent être facilement conçues et contrôlées pour limiter les dimensions mesurées. Cependant, dans la vie quotidienne, nos mains se déplacent librement en 3D pour suivre nos intentions. Dans cette situation, il est difficile et insuffisante pour mesurer le comportement d'un participant avec des questionnaires, qui limite sévèrement le mouvement et positions des mains. Ainsi, compte tenu des applications potentielles pour le sens de la propriété et l'agence dans l'ingénierie et la réhabilitation, une mesure qui comprend de multiples directions et permet le mouvement de la main libre est nécessaire pour évaluer la relation spatiale entre la rétroaction visuelle et proprioceptive dans des situations de la vie quotidienne. Si une telle mesure était possible, la distance mesurée entre les mains réelles et observées pourrait être utilisé comme un guide pour le sens de l'auto-corps. Cela pourrait non seulement devenir un indicateur pour le progrès de la réadaptation, mais aussi un critère pour le décalage entre la cible manipulée à l'écran et la main d'exploitation spatiale. La question reste de savoir comment cette mesure peut être réalisée de manière fiable et efficace.

Pour répondre à cette question, nous introduisons une nouvelle méthode pour estimer la dérive proprioceptive, ce qui correspond au passage de la position de la main réelle invisible du participant à celle d'un o comme à la main visiblebjet, sur un plan 2D en utilisant l'illusion de miroir en combinant une procédure psychophysique et d'une analyse à l'aide d'apprentissage de la machine. Par rapport à une main en caoutchouc, l'image de la main dans un miroir capte fermement la position perçue du participant de la main réelle invisible. De plus, une image en miroir reflète immédiatement les mouvements volontaires de la main pour le placement de la main. Par conséquent, une image en miroir a été choisie comme une rétroaction visuelle de la part des participants. En outre, pour mesurer la dérive proprioceptive semblable à des situations de la vie quotidienne, les participants placés leur procès par procès main cachée à leur gré, et le nombre d'essais a été augmenté. Bien que toute combinaison de directions aurait pu être utilisé, la combinaison de la hauteur et de la profondeur a été choisie en raison de la facilité de passer à la verticale du miroir. Pour vérifier la cohérence entre notre méthode et de la recherche précédente ^13, deux conditions visuelles ont été mises en œuvre: avec et sans rétroaction visuelle. Dans la condition de rétroaction visuelle, le miroir wcomme positionné le long du plan sagittal médian pour créer une image réfléchie de la main gauche, comme si elle était considérée comme la main droite. Dans la condition sans rétroaction visuelle, un tableau noir mat a été utilisé afin de cacher la main droite réelle du participant. Nous avons évalué l'efficacité de cette nouvelle méthode en comparant les résultats à ceux obtenus avec un questionnaire sur le sentiment d'appartenance et l'agence.

Protocol

Tous les aspects de l'expérience ont été approuvés par le Comité d'éthique de l'Institut de Technologie de Tokyo.

1. Configuration expérimentale

1. Matériel et configuration pour la mesure de la dérive proprioceptive.
   1. Obtenir un support qui peut contenir une plaque cm 100 x 100 verticalement (Figure 1).
   2. Obtenir une chaise sur laquelle le participant peut asseoir confortablement pendant l'expérience.
   3. Obtenir un miroir acrylique 100 x 100 cm et tableau noir mat.
   4. Obtenir la position traqueur (par exemple, SLC-C02, Cyverse) pour suivre la position de la main droite du participant. La résolution spatiale doit être d'environ 1,5 mm pour permettre un nombre suffisant d'échantillons à utiliser pour l'apprentissage de la machine.
   5. Obtenir un marqueurs de LED et rétroréfléchissants infrarouges qui seront utilisés pour indiquer la position du stand et la main droite du participant, respectivement (voir les étapes 1.1.11 et 3.2.6).
   6. Obtenir la pédale pour la réponse du participant. Créer le programme sur mesure, qui permet d'enregistrer et d'afficher simultanément la position de réponse et la main droite du participant et de jouer un bip que la rétroaction de la réponse du participant lorsque la pédale est enfoncée. Dans ces expériences, la position de la main droite du participant a été recueillie à l'aide du dispositif de capture du moteur et son programme sur mesure selon les instructions du fabricant.
      NOTE: Selon un article précédent ^16, le programme a été développé avec une boîte à outils de développement de logiciels. Le programme sur mesure développé par la boîte à outils de développement logiciel peut être adapté pour d'autres marques d'appareils de capture de mouvement.
   7. Utilisez un métronome pour fournir des signaux de synchronisation pour la formation du mouvement de la main, qui est, tapant sur la surface du miroir ou un tableau noir. Voir l'étape 3.1.1 pour obtenir des instructions de formation précises.
   8. Utilisez un casque antibruit pour réduire la possibilité que le participant peut entendre les signaux sonores pour la position de la main.
   9. Pour la condition de rétroaction visuelle, fixer le miroir sur le stand. Pour la condition sans rétroaction visuelle, fixez le tableau noir sur le stand.
   10. Placez le LED infrarouge à la partie supérieure gauche du miroir ou un tableau noir.
2. Matériel et installation pour Sense de propriété et de l'Agence de mesure.
   1. Répétez la procédure de l'étape 1.1.1 à l'étape 1.1.11.
   2. Créer ou obtenir le questionnaire évaluant le sens de la propriété et organisme (par exemple, ^10,13,16). Le tableau 1 présente des exemples de ce questionnaire utilisé dans l'étude précédente ^15.
   3. Utilisez un moniteur ou un Tablet PC pour afficher le questionnaire du participant.

2. Les participants

1. Recruter environ 10 participants droitiers avec une vision normale ou corrigée à la normale.
   Remarque: Le nombre de participants peut être ajustée en fonction des objectifs expérimentaux et le nombre d'essais répétés par participfourmi.
2. Obtenir le consentement éclairé pour la participation avant le début de l'expérience.

3. Expérience Procédure

1. Phase de formation pour le mouvement de la main.
   1. Former les participants à exploiter de manière synchrone avec les deux mains sur le miroir ou tableau noir, à un certain tempo à l'aide du métronome. Demander aux participants d'effectuer le mouvement taraudage en gardant le talon de la main en contact avec le miroir ou le conseil. Au début de la formation, lancer le métronome à un rythme de 60 battements par minute, puis demander au participant de se déplacer les deux mains de manière synchrone en fonction du son du métronome.
   2. Assurez-vous que le moment du mouvement de la main du participant est proche de un cycle par seconde (environ 1 Hz) en la comparant au son du métronome plusieurs minutes après le début du taraudage.
2. Estimation de Proprioceptive Drift en sagittale médiane Plan du participant.
   1. Monter le miroir noir ou sur le support en fonction des conditions suivantes: une rétroaction visuelle, le support de miroir; sans rétroaction visuelle, monter le tableau noir.
   2. Assurez -vous que participant est assis très près du miroir ou tableau noir, qui est positionné le long du plan sagittal médian du participant (Figure 1).
   3. Assurez-vous que participant peut voir l'image miroir de la main gauche, mais ne peut pas voir la main droite réelle.
   4. Instruire participant à prêter attention à l'image de la main gauche dans le miroir pendant l'expérience.
   5. Mettez les marqueurs rétroréfléchissants à droite du bout des doigts et du poignet de l'indice du participant.
      1. Étant donné que les marqueurs ne sont mis sur la main droite du participant, assurez-vous que la sensation haptique de la main droite du participant en raison des marqueurs fixés n'est pas modifiée sensiblement par rapport à la main gauche en interrogeant laparticipant par voie orale.
   6. Mettez le casque anti-bruit sur les oreilles du participant.
   7. Demandez aux participants de déplacer la main gauche d'environ 30 cm verticalement et horizontalement 30 cm à partir du coin inférieur droit du miroir et de maintenir cette position de la main gauche pendant l'expérience. Cette position est définie comme étant l'origine de la surface du plan 2D.
   8. Demandez aux participants de placer la main droite à volonté sur l'autre côté du miroir ou de tableau et de maintenir sa position jusqu'à la fin du procès.
   9. Instruire le participant à la tâche comme suit:
      1. Au début de chaque essai, demander au participant de pousser le bouton du milieu de la pédale. A cette époque, le système émet un signal sonore à travers le casque comme la rétroaction de la presse de la pédale.
      2. Après avoir entendu le bip, demander au participant de commencer à taper avec les deux mains de manière synchrone à 1 Hz sur la carte, ce qui est le miroirla condition avec un retour visuel ou le tableau noir dans l'état sans rétroaction visuelle.
      3. Après plus de six mouvements de la main, demander au participant d'arrêter le mouvement au moment préféré et répondre à la question sur la position de la main droite en appuyant sur le bouton gauche à droite ou sur la pédale. Le bouton droit est un oui et la gauche est un non. La question est: «Pensez-vous que la droite et la main gauche sont dans la même position?" A ce moment, le participant entendra à nouveau un bip comme rétroaction pour la presse de la pédale.
         NOTE: Si les participants posent des questions sur le sens de «la même position», dites-leur que "même position" signifie que la hauteur subjective et la profondeur de la main droite sont équivalentes à celle de la main gauche.
      4. Demandez aux participants de déplacer leur main droite à un autre poste de leur choix. Puis, recommencer le procès. Ce cycle se poursuivra jusqu'à 200 essais par condition.
   10. Au cours de la tâche, vérifiez que le moment de la coulée du participant reste à environ 1 Hz en regardant le mouvement par rapport au métronome.
       Remarque: Le son du métronome peut être entendu que par l'expérimentateur.
   11. Après avoir terminé environ 100 essais, que le participant de prendre une pause.
   12. Effectuer l'expérience pour les autres conditions (avec ou sans rétroaction visuelle) à des jours différents.
3. Estimation du sens de la propriété et de l'Agence dans la Condition Mirror.
   1. Définir les positions de la main droite pour recueillir les réponses des participants sur le questionnaire sur le sens de la propriété et l'agence. Par exemple, dans une publication précédente ^16, il y avait 13 préfixés positions de la main droite. Ces points sont disposés tous les 7 cm jusqu'à ± 21 cm de l'origine.
   2. Effectuer la même procédure pour l'abestimation ove comme indiqué à l'étape 3.2.2 à l'étape 3.2.7.
   3. Demandez aux participants de placer la main droite en suivant le guide de l'expérimentateur et maintenir sa position jusqu'à terminer un essai.
   4. Instruire le participant à la tâche comme suit:
      1. Au début du procès, appuyez sur le bouton du milieu de la pédale. A ce moment, le participant entendra le bip que les commentaires de la presse de la pédale.
      2. Ensuite, commencez à taper les mains droite et gauche de manière synchrone à 1 Hz.
      3. Après plus de six fois de taraudage, arrêtez taraudage lorsque l'expérimentateur indique. Ensuite, répondez aux questions sur le sens de la propriété et l'agence affiché sur le moniteur en utilisant une échelle de Likert en 7 points qui varient de -3 ( «totalement en désaccord») à +3 ( «totalement d'accord») avec 0 indiquant ni accord ni désaccord ("incertain").
      4. Déplacez la main droite à la position que l'expérimentateur indique. Ensuite, démarrez le procèsencore. Ce cycle se poursuivra jusqu'au nombre de positions à droite que l'expérimentateur définit.
   5. Assurez-vous que le participant peut comprendre la tâche et demander au participant de démarrer la tâche.

Analyse 4. Données

1. L'analyse des proprioceptive Drift dans sagittale médiane Plan du participant.
   1. Obtenir l'outil statistique qui contient l'application de l' apprentissage machine, en particulier soutenir la machine de vecteur (par exemple, R, MATLAB). Utiliser la machine à vecteurs de support (SVM) que le classificateur pour extraire les frontières des réponses des participants. Une publication précédente fournit une explication pour les algorithmes du classificateur (voir le chapitre 7) ^20. Dans cet article, nous expliquons la méthode en utilisant R (version 3.1.2).
   2. Installez le package nommé "kernlab" ^21, qui contient l'analyse en utilisant SVM dans l'application de R.
   3. Marquez la zone qui montre proprioceptive dérive de la main comme suit (figure 2 décrit la représentation schématique du flux d'analyse de données). Voir le code logiciel supplémentaire et de l' échantillon de données pour plus d' explications sur cette analyse de données.
      1. Calculer les positions de la main droite par rapport à l'origine. Jeter des données avec des erreurs (par exemple, les données de position manquantes ou les réponses des participants) à partir de l'analyse.
      2. Faire un modèle probabiliste de «oui» les réponses des participants dans l'espace 2D en utilisant la SVM. Utiliser les données des réponses en tant que description symbolique du modèle. Utilisez les données de la position de la main droite, comme les paramètres du modèle. Utilisez le couramment utilisé base radiale fonction noyau comme le noyau pour le SVM. Afin d'éviter l'analyse arbitraire, calculer sigma (ie, le paramètre utilisé pour changer le poids de chaque point de données) par estimation sigma automatique.
      3. Assurez-vous que le modèle est correctement installé en vérifiant que the erreurs de formation du modèle sont sous 0,2. En utilisant le modèle probabiliste, définir la zone dans laquelle la valeur de p de «oui» les réponses des participants a été estimé à plus de 0,5.
   4. Calculer la moyenne des données de chaque participant de faire une zone qui montre la dérive proprioceptive.
      NOTE: Comme il est difficile de faire la moyenne de la frontière du «oui» et «non» zone de réponse estimée par les p-valeurs des réponses dans l'espace 2D, deux types de moyenne sont recommandés. Une méthode consiste à calculer la moyenne des valeurs de p pour les réponses des participants dans l'espace 2D, qui est la méthode utilisée avant d'estimer la frontière. L'autre méthode consiste à la moyenne de la taille de la zone, qui est utilisé après avoir estimé la frontière.
2. Analyse du questionnaire des données et Taille de la zone.
   1. Obtenir l'outil statistique pour évaluer l'importance de la position et les catégories du questionnaire (par exemple, SPSS ou R).
   2. Évaluer distributio normalen de toutes les données en utilisant le test de Shapiro-Wilk, et appliquer le test non-paramétrique approprié lorsque l' un ou plusieurs des ensembles de données correspondant ne répondaient pas aux critères de distribution normale (par exemple, test de Wilcoxon signé rang, test de Friedman).
      Remarque: Si une méthode non paramétrique qui convient à l'expérience fait défaut, utiliser une méthode paramétrique et expliquer le raisonnement. Dans une étude précédente ^16, dans les deux sens des mesures répétées ANOVA a analysé les données du questionnaire, car il n'y avait pas de substitut non-paramétrique pour cette analyse.

Representative Results

Les résultats représentatifs d'une étude précédente sont présentés pour illustrer la méthode ^16. La figure 3A montre que les formes de la région où le participant n'a pas pu détecter le décalage entre la position de la main gauche et à droite spatiale différaient entre les conditions avec (miroir) et sans (tableau noir) visuel . rétroaction Figure 3B montre que la taille de la zone dans l'état avec un retour visuel sont significativement plus grande que dans l'état sans retour visuel (Wilcoxon Test: Z = -2,803, p = 0,005). Ces résultats suggèrent que le décalage nécessaire entre la rétroaction visuelle et proprioceptive pour maintenir la dérive proprioceptive est d' environ 10 cm et cette valeur change par direction (figures 3 et 4). Vertical décalage est apparu plus grand que compensé horizontal. Dans la figure 5, la répartition spatiale de la note du questionnaire f vertical et horizontalou la propriété du corps et de l'agence ont montré une distribution unimodale. Leurs sommets ont été à l'origine, où la main droite du participant était presque à la même position que celle de l'image en miroir de la main. En revanche, la répartition spatiale de la partition des états de contrôle était presque plat et sous -1. A deux voies-mesures répétées ANOVA a révélé les principaux effets pour les catégories et les positions que les participants indiqués dans les questionnaires (horizontale: Catégorie: F (3,27) = 11.12, p <0,001; Position: F (6,54) = 10,27, p <0,001; Vertical: Catégorie: F (3,27) = 24,21, p <0,001, Position: F (6,54) = 7,298, p <0,001). Les interactions entre la catégorie et la position a également été importante (horizontale: F (18,162) = 9,42, p <0,001; Vertical: F (18,162) = 8,00, p <0,001). Ces résultats impliquent que le sentiment d'appartenance et l'agence a diminué lorsque le décalage entre le réel du participant spatiale obscurcie la main droite et l'image en miroir de la main a augmenté. Dans Figurer 6, la comparaison entre la visualisation de la dérive et questionnaire résultats proprioceptives pour le sens de la propriété et l' agence montre que les zones de compensation pour maintenir ces phénomènes sont concentriques et presque chevauchement.

Figure 1:. Vue d' ensemble du programme d'installation Le dispositif expérimental comprend un stand qui détient soit le miroir ou le tableau noir, une chaise, un dispositif de réponse (pédale), et des dispositifs d'enregistrement pour la position de la main du participant. La figure du haut montre la représentation schématique de la configuration de la direction où le participant peut voir l'image miroir de son / sa main gauche. La figure du bas montre la vue de l'arrière du miroir. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2:. Analyse de flux de données (A) Un exemple de la réponse du participant et les positions de la main droite. (B) Représentation schématique du «oui» modèle de réponse estimé par SVM. (C) Résultat de l'analyse de la frontière. (D) zones moyennes à travers les participants. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3: Comparaison des formes et de la région de tailles entre les conditions avec et sans retour visuel (A) Comparaison des formes de la région.. L'origine du graphique est la position de la main gauche, qui est la position de la miimage de la main rrored dans la condition de rétroaction visuelle. Les axes verticaux et horizontaux montrent la position de la main droite du participant comme rétroaction proprioceptive de la main. (B) Comparaison des tailles de zone. L'axe vertical indique les tailles de la zone où les participants ne pouvaient pas détecter le décalage entre la position de la main gauche et à droite spatiale. Axe horizontal montre l'état avec ou de l' image en miroir de la main sans que la rétroaction visuelle ( à droite: avec un retour visuel, à gauche: sans retour visuel). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4:. Les données individuelles Pour la plupart des participants, la forme de la frontière dans l'état de miroir était plus grande que dans l'état tableau noir. Ceci suggère que la méthode de visualisation à l'aideSVM a réussi à montrer l'effet de la capture visuelle par l'image du corps dans le miroir. En revanche, pour les participants D, H et J, il y avait peu de différences entre les conditions, ce qui indique qu'il pourrait y avoir des différences individuelles pour l'effet de la capture visuelle. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5: Résultats du questionnaire (A) Répartition spatiale de la note de questionnaire sur l'axe vertical.. (B) Répartition spatiale de la note du questionnaire sur l'axe horizontal. Propriété et agence scores étaient les plus élevés à l'origine par rapport aux positions verticales et horizontales. Please cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 6: Comparaison entre la classification et questionnaire (A) la distribution spatiale des scores du questionnaire de propriété et de l' agence sur l'axe horizontal.. (B) de la distribution spatiale des scores du questionnaire de propriété et de l' agence le long de l'axe vertical. (C) Estimation de la superficie où les participants ne pouvaient pas détecter le décalage image de la main en miroir et obscurcie main droite réelle entre les deux. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Catégorie
La possession	1. Je me sentais comme si j'étais looking à ma main droite.
	2. Je me sentais comme si la main dans le miroir faisait partie de mon corps.
	3. Il semblait que si je devais détecter le mouvement de ma main droite à l'endroit où la main dans le miroir déplacé.
	4. Je me sentais comme si la main dans le miroir était ma main.
La possession contrôle	5. Je me sentais comme si ma main droite réelle tournait dans la main dans le miroir.
	6. Il semblait que si je devais plus d'une main droite.
	7. Il est apparu comme si la main dans le miroir était à la dérive vers ma vraie main.
	8. Il se sentait comme si je n'avais plus une main droite, comme si ma main droite avait disparu.
Agence	9. La main dans le miroir déplacé juste comme je voulais que ma main droite, comme si elle obéissait à ma volonté.
	10. Je me sentais comme si je contrôlais le mouvement de la main dans le miroir comme je contrôler que de ma main droite.
	11. Je me sentais comme si je causais le mouvement créé par la main que je voyais comme ma main droite.
	12. Chaque fois que je me suis déplacé ma main droite, je pensais la main dans le miroir pour se déplacer de la même manière.
Agence contrôle	13. Je me sentais comme si la main dans le miroir contrôlait ma volonté.
	14. Je me sentais comme si la main dans le miroir contrôlait mes mouvements.
	15. Je pouvais sentir le mouvement de quelque part entre ma main droite réelle et la main dans le miroir.
	16. Il semblait comme si la main dans le miroir avait une volonté propre.

1:. Questionnaire composé de 16 états classés en quatre catégories Ce questionnaire a été adapté et traduit en japonais à partir de questionnaires utilisés dans les expériences d'illusion en caoutchouc à la main ^10,13.

Fichiers supplémentaires. Exemple de code et des ensembles de données pour la méthode d' analyse utilisant SVM. Ce code peut être effectuée en utilisant R (version 3.1.2) et procéder à la même analyse que dans le document actuel. S'il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.

Discussion

Nous démontrons une méthode pour estimer la dérive proprioceptive dans un plan 2D au cours de l'illusion de miroir à l'aide SVM et de comparer le résultat avec les réponses au questionnaire pour le sens de la propriété et l'agence. Cette nouvelle méthode a révélé que le décalage nécessaire entre la rétroaction visuelle et proprioceptive pour maintenir la dérive proprioceptive est d'environ 10 cm et que ce décalage de près chevauche le décalage nécessaire pour maintenir le sentiment de propriété et de l'agence.

Notez que l'étape la plus critique de cette méthode est décrite sous 3.2.5, une instruction pour les participants au sujet de leur attention. Dans l'étude pilote précédente ^16, l'effet de la capture visuelle par une image en miroir de la main a été rarement observée lorsque subjectivement les participants ont indiqué qu'ils ont payé plus d' attention à leur corps. Il est encore difficile de savoir si l'attention contribue à ce phénomène. La relation entre l'attention et le sens de la propriété et l'agence a rarementété discuté en raison de la difficulté de contrôler ou de mesurer l'attention des participants. À notre connaissance, il n'y a qu'une seule étude qui a enquêté sur ²² directement l'effet de l' attention sur le sens de la propriété. Pour éviter des discussions complexes sur la façon de contrôler et de mesurer l'attention, l'instruction attention en ce qui concerne l'attention des participants est requis.

L'autre point critique est que les participants peuvent choisir la position de la main pour le prochain procès à leur propre volonté à la session de mesure de dérive proprioceptive. Dans psychophysique traditionnels, le degré de liberté de comportement des participants tend à être limitée et contrôlée pour rendre l'expérience plus robuste et reproductible. Par exemple, dans les expériences de mesure de dérive proprioceptive et le sens de la propriété et l' agence en utilisant le paradigme caoutchouc illusion de la main ^10-13, les points de la position de la main des participants d'échantillonnage ont été pré-définis le long d' un des trois senss, telles que la hauteur, la largeur ou la profondeur, afin d'éviter des difficultés de mesure et de visualisation de données multidimensionnelles. D' autant plus que les questionnaires prennent du temps pour chaque point d'échantillonnage en raison du nombre de catégories (par exemple, les déclarations de propriété, agence, et de contrôle), le nombre de points d'échantillonnage sont plus limitées par rapport aux méthodes d' enregistrement des comportements humains. Dans cette méthode, afin d'assurer la cohérence avec d'autres études, la mesure du sentiment d'appartenance et l'agence en utilisant un questionnaire a été limitée et préfixé ainsi. Cette limitation liée au comportement des participants ne soit pas critique pour la recherche fondamentale à explorer le mécanisme du cerveau du sentiment d'appartenance et l'agence, car il est possible de concevoir et de contrôler les conditions expérimentales précise et reproductible en incluant ces limitations dans les conditions expérimentales. Toutefois, compte tenu des applications potentielles pour le sens de la propriété et l'agence de l'ingénierie et de la réhabilitation, cette limitationpeut être critique pour estimer le comportement humain en 3D dans des conditions de la vie quotidienne. Dans ces circonstances, où les participants peuvent se déplacer de leur main et choisir sa position plus librement, il est difficile d'estimer la dérive proprioceptive en utilisant des méthodes psychophysiques traditionnelles. Pour surmonter ce problème, un SVM, un type d'apprentissage machine, a été adoptée pour l'estimation et la visualisation de la dérive proprioceptive. Cette technique peut collecter et analyser des données massives, telles que les données multidimensionnelles contenant les réponses des participants et des positions de la main en 2D avec libre choix. En utilisant cette technique, les réponses des participants échantillonnés à différentes positions de la main ont été classées et la région analysées où les participants ne remarquent pas la distance entre l'image miroir de la main gauche et la main droite réelle cachée.

Cette méthode a une limitation critique, qui est que la superficie moyenne montrant la dérive proprioceptive à travers les participants actuellement ne présente pas indivdifférences idual. Ceci est dû à la restriction de la méthode de visualisation pour afficher des données de plus de trois dimensions sur une surface 2D. Les données relatives à la superficie moyenne montrant la dérive proprioceptive contiendrait les données 2D de position, la probabilité de la réponse du participant, et la différence individuelle. Pour inclure les différences individuelles, une méthode de visualisation qui peut afficher des données à quatre dimensions seraient nécessaires.

L'orientation future de cette méthode est d'élargir les dimensions de la 2D à la 3D et d'inclure des caractéristiques temporelles. Bien qu'il y ait encore quelques difficultés dans la méthode de visualisation pour les données de plus de trois dimensions, ces extensions avec des dimensions supplémentaires aident à comprendre comment le cerveau traite l'information multisensorielle de multiples modalités, telles que la vision et de la proprioception. Pour réaliser cette expansion, des recherches supplémentaires sont nécessaires.

Du point de vue de l'application, cette méthode pourrait aider à Enginieurs de façon stratégique la facilité d'utilisation de conception ou de sentiment de contrôle pour les systèmes en temps réel de contrôle, tels que des robots, des systèmes de robots chirurgicaux, et les systèmes de réalité virtuelle. Dans ces systèmes, la sensation de l'utilisateur pendant le fonctionnement est souvent estimée par questionnaires ex post facto. Par conséquent, il est difficile de mettre en œuvre la sensation de l'utilisateur lors de l'opération lors d'un prototype. Si nous pouvions révéler la limitation de l'écart spatio-temporel entre la rétroaction multisensorielle pour maintenir le sentiment d'appartenance et l'agence, il serait utile de fournir les règles sur la rétroaction multisensorielle des systèmes de la machine pour maintenir la convivialité d'auto-corps-like, dans lequel les opérateurs contrôlent la systèmes comme si elles contrôler leur propre corps. Cette méthode révèle le décalage entre les informations visuelles et proprioceptives pour maintenir un sentiment d'appartenance et l'agence spatiale. Sur la base de ce résultat, les sentiments du participant vers l'image en miroir de la main peuvent être contrôlés par la manipulationla distance entre l'image de la main et la main réelle cachée. Modification de la relation spatio-temporelle dans la rétroaction multisensorielle de diverses actions serait la première étape pour contrôler stratégiquement le sentiment de l'utilisateur pendant le fonctionnement.

Cette idée peut être adopté non seulement pour l'ingénierie, mais aussi pour la réhabilitation. Plusieurs efforts de recherche ont visant à améliorer les fonctions motrices et la douleur chez les personnes ayant des membres manquants ou paralysés. Cependant, étant donné que le thème principal de la rééducation traditionnelle est pour les patients à retrouver la fonction dans leur vie quotidienne, peu de cette recherche a réussi à améliorer les sentiments des patients dans un membre manquant ou paralysé. Compte tenu de l'impact sur la qualité de vie des patients, l'amélioration de leurs sensations est crucial pour vivre avec un membre manquant ou paralysé. Cette méthode peut fournir une estimation quantitative sur le sens de la propriété et de l'agence dans un membre manquant ou paralysé par la mesure du décalage entre su des patientsla position des membres bjectif et la position réelle de la branche ou visible. Cela aiderait le thérapeute physique pour estimer quantitativement le sentiment de leurs membres des patients.

Pour conclure, ce document fournit une nouvelle méthode pour visualiser le décalage entre les informations visuelles et proprioceptives pour maintenir la dérive proprioceptive le long du plan sagittal médian spatial. Basé sur des recherches antérieures en utilisant cette méthode ^15, le décalage spatial que les participants ne pouvaient pas détecter étendue à environ 10 cm. De plus, cette valeur correspond à la plage où les participants se sentent un sentiment d'appartenance et l'agence pour l'image de la main dans le miroir. Ces résultats aideront à approfondir les mécanismes sous-jacents du sentiment d'appartenance et l'agence dans une perspective multimodale de l'information sensorielle. De plus, cette méthode peut fournir un outil pour la réhabilitation des membres manquants ou paralysés et pour la conception de systèmes de contrôle en temps réel, comme indicato quantitativer montre le décalage entre les informations visuelles et proprioceptives pour maintenir la sensation d'auto-corps comme ou l'utilisation spatiale. De cette façon, le développement des techniques de calcul, telles que l'apprentissage de la machine, permet de construire l'estimation et de visualisation des méthodes qui étaient auparavant impossibles en raison des limites statistiques classiques. Ce type de progrès métrologique pourrait révéler le comportement humain et les mécanismes du cerveau qui produisent le sens de soi dans des situations plus naturelles.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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.