Visualisierungsmethode für Propriozeptive Drift auf einer 2D-Ebene Verwenden von Support Vector Machine

Summary

Dieser Artikel beschreibt ein neues Verfahren proprioceptive Drift auf einer 2D-Ebene mit Hilfe der Spiegel Illusion zu schätzen und eine psycho-physischen Verfahren mit einer Analyse kombiniert maschinelles Lernen verwendet wird.

Introduction

In den letzten Jahren Forschung über den Sinn oder Erfahrung des Selbst-Körper, die, den eigenen Körper ist, hat sich im Zusammenhang mit der Ausführung erhöht. Ausführungsform bezieht sich auf die Idee oder das Konzept einer physischen oder virtuellen Körper zu haben, die mit der Umwelt, wie das Erreichen, greifen, und rührend in Wechselwirkung treten können. Zum Beispiel kann der Mensch ein Objekt oder einen anderen Menschen in der Umgebung positioniert berühren durch ihren eigenen Körper zu bewegen, in diesem Fall ihren eigenen Arm und Hand. Heutzutage wird diese Interaktion oder Kommunikation mit den eigenen natürlichen Körper beschränkt. Aufgrund Erfindungen und Entwicklung von menschenähnlichen Roboter oder Avatare in der virtuellen Welt kann die natürliche menschliche Körper durch einen künstlichen Körper ersetzt werden, wie zum Beispiel ein humanoid, Fernbedienung Roboter, elektrische Prothese oder Computer-Grafiken Avatar in der virtuellen Realität. Zum Beispiel entwickelten die Forscher einen Roboter, dessen Betreiber kann "erfassen" ein Objekt vor dem Roboter über seine mechanischen Körper gelegt, auch wenn die robot ist weit weg von der Bedienerkörperposition ^1,2 gegeben. Ähnlich wie bei diesem Beispiel, wenn ein Mensch eine Aktion über einen künstlichen Körper führen könnte, wobei der Körper würde die Zuordnung der Selbst Körper des Bedieners halten?

Wir können leicht Themen dieser Diskussion über die Zuschreibung oder Projektion des "Selbst" aus unserem eigenen natürlichen Körper zu einer künstlichen, nicht aus Fleisch und Knochen Körper im Zusammenhang finden. Ein Beispiel dafür kann im medizinischen Bereich gefunden werden; beispielsweise Anwendungen im Bereich der medizinischen Rehabilitation, die "Trick" der Selbstkörpergefühl des Patienten Spiegel verwendet werden zur Verringerung der Schmerzen und Verbesserung der motorischen Funktion eines fehlenden oder gelähmten Extremität, Spiegeltherapie ^3-6 genannt erforscht. In dieser Therapie kann das Spiegelbild des unbeeinflusst Körperteil oder in den Extremitäten des Gehirns des Patienten dazu verleiten, zu glauben, dass die fehlende oder gelähmte Glied zu dem im Spiegel angezeigt wird, entspricht und zu dem Gefühl führen, dass es immer noch drin ists früheren Zustand (dh vor dem Unfall). Es ist noch in der Diskussion, wie diese Illusion der Widerstandsfähigkeit gegenüber Körperdarstellung im Zusammenhang mit Gehirn auswirkt. Zusätzlich zu dieser Art der Diskussion über unsere natürlichen Körper, können wir ähnliche Diskussionen über Ausführung, vor allem der Mensch-System-Interaktion Design-Fragen auf dem Gebiet der Technik finden. Das Selbstwertgefühl für einen künstlichen oder virtuellen Körper wurde im Zusammenhang mit der Telepresence-, Gehirn-Maschine - Schnittstelle, und Brain-Computer Interface ^1,2,7-9 gut untersucht. Einige Forscher berichtet, dass ein menschenähnlichen Roboter, der die taktile Empfindung von seiner Roboterhand die Hand des Bedieners übertragen können, kann der Bediener das Gefühl der Selbst Körper an den Roboter zu erfassen sowie den Sinn an einem Ort zu sein, wo der Roboter positioniert ist, nicht dort , wo tatsächlich existiert der Betreiber, die so genannte Tele Existenz ^1. Andere Forscher berichteten, dass eine virtuelle Avatar des Betreibers Körperbewegungen stark reflektierendenly überträgt das Gefühl des Bedieners der Selbstkörper aus dem ⁹ eigenen Körper in den virtuellen Körper des Bedieners. Diese Ergebnisse zeigen, wie Anwender ihren Sinn für Selbst Körper in einen künstlichen Körper projizieren kann, wie ein humanoider, Fernbedienung Roboter, elektrische Prothese oder Computer-Grafiken Avatar in der virtuellen Realität, auch wenn der künstliche Körper nicht direkt mit ihren Gehirn und Körper.

Basis der wissenschaftlichen Forschung auf diese Art von Selbstkörpergefühl für nicht aus Fleisch und Blut, künstliche Körperähnliche Objekte auf die zugrunde liegenden Mechanismen des Gehirns für die Erfahrung der Selbst Körper mit der Gummihand - Illusion (RHI) ^10-13 und Spiegel Illusion (MI) ^14-16 in den Bereichen Medizin und Ingenieurwissenschaften sowie in der Psychophysik und Neuropsychologie. Der RHI ist das Gefühl, dass eine Gummihand auf den eigenen Körper gehört und von gleichzeitig streicht einen sichtbaren Gummihand und des Teilnehmers verdeckter Hand hervorgerufen. Im MI, eine Hand image in einer entlang der mittsagittalen Achse positioniert Spiegel optisch erfasst die wahrgenommen Position des Teilnehmers von der unsichtbaren Hand gegenüber. Außerdem synchrone Bewegungen des reflektierten und unsichtbare Hand erinnern an die starke Gefühl, als ob das reflektierte Bild Hand das Unsichtbare Gegenteil Hand waren. Laut der Forschung auf diesen Illusionen, scheint die Konsistenz zwischen multimodale Informationen und die Vorhersage und sensorische Rückmeldung über Körperbewegungen eine wichtige Rolle für die Beurteilung der Selbst Körper Zuschreibung zu spielen. Somit können diese beiden Illusionen einfache, aber leistungsfähige Beweis und Werkzeuge für die Wissenschaftler die Gehirnmechanismen zugrunde liegen unsere Gefühl wird ausgetrickst zu untersuchen oder zu glauben, dass einige künstliche Objekt oder Bild subjektiv eigenen Körperteil sein kann, und dass unser Selbstkörpergefühl tut nicht zu unserer natürlichen physischen Körper gebunden werden müssen.

In all diesen Studien oben aufgeführten, hat sich die Diskussion über den Begriff des "Selbst" consisti wurde basierendng von zwei Arten der Empfindung von dem Philosophen vorgeschlagen Gallagher ^17: das Gefühl der Eigenverantwortung und der Sinn der Agentur. Das Gefühl der Verantwortung bezieht sich auf das Gefühl, dass eine beobachtete Körperteil des eigenen eins ist. Das Gefühl der Agentur entspricht der Empfindung, die Körperbewegung versteht sich von selbst verursacht. Diese beiden Empfindungen werden als die minimale Selbst definiert, das heißt, sofort ein Gefühl des Selbst ^16. das Gefühl der Zugehörigkeit und Agentur: Nach diesem Konzept wird die Zuschreibung des "Selbst" für die natürlichen, beschädigt, virtuellen und mechanischen Körper können durch die gleichen Indizes ausgewertet werden. Um dieses Gefühl für die wissenschaftliche Auswertung zu verwenden, stellt sich die Frage, wie robust das Gefühl der Eigenverantwortung und Agentur zu messen. Derzeit beruht die Schätzung der Sinn des Eigentums und der Agentur vor allem auf Fragebögen, die ursprünglich von Botvinick vorgeschlagen ^9. Neben Fragebögen, können wir versuchen, sie in quantitativer Hinsicht zu messen. Zum Beispiel kann die Haut conLeitwert Reaktion (SCR) wurde als physiologischer Index des Eigentums in Fällen, in denen die Gummihand plötzlich mit einem Messer ¹⁸ geschnitten wird. Der SCR wird berechnet , indem die elektrischen Eigenschaften der Haut zu messen und eine empfindliche und gültiger Indikator für die Erregung ^19. Da bei diesem Verfahren typischerweise für einzelne Versuche pro Teilnehmer angewendet wird, ist die Messung SCR als physikalische Index während der Psychophysik Experimente nicht geeignet, die innerhalb Teilnehmer wiederholte Messungen erfordern. Eines der erfolgreichsten Verhaltensindizes für das Gefühl der Eigenverantwortung ist proprioceptive Drift. Propriozeptive Drift die Änderung in der wahrgenommenen Position des unsichtbaren echte Hand in Richtung der Position eines Objektes , das wie eine Hand, wie der Gummi hergestellte Prothese sieht oder Computergrafik ^10-13. Da diese Änderung wiederholt werden kann und robust geschätzt, indem der Abstand zwischen der unsichtbaren echte Hand zu messen und das visuelle Bild der Hand, proprioceptive Drift isa geeigneten physikalischen Index für psycho-physischen Messungen. Allerdings muss diese Verwendung sorgfältig ausgewertet werden, da die jüngsten Gespräche in Frage gestellt haben , ob proprioceptive Drift kann immer als Verhaltensindex Eigentums ¹² verwendet werden.

Typischerweise wird in nur einer der drei Richtungen, wie Höhe, Breite oder Tiefe propriozeptiven Drift gemessen. Propriozeptiven Drift selten in mehrere Richtungen aufgrund der Schwierigkeit des Schätzens und Visualisieren mehrdimensionalen Daten gemessen worden. Diese messtechnische Begrenzung ist nicht entscheidend für die Grundlagenforschung, die Mechanismen zu erforschen, die multisensorische Informationen verarbeiten, da Versuchsbedingungen leicht gesteuert konzipiert und werden die gemessenen Dimensionen zu begrenzen. Doch im täglichen Leben, unsere Hände frei in 3D bewegen, um unsere Absichten verfolgen. In dieser Situation ist es schwierig und unzureichend eines Teilnehmers Verhalten mit Fragebögen zu messen, die stark begrenzt die Bewegung und positions der Hände. So unter Berücksichtigung der möglichen Anwendungen für den Sinn des Eigentums und der Agentur in den Ingenieurwissenschaften und Rehabilitation, eine Messung, die mehrere Richtungen und ermöglicht die freie Handbewegung umfasst, ist notwendig, um die räumliche Beziehung zwischen visuellen und propriozeptiven Feedback in Situationen des täglichen Lebens zu bewerten. Wenn eine solche Messung möglich waren, die gemessene Entfernung zwischen realem und beobachtet die Hände könnten als Leitlinie für das Gefühl der Selbst Körper genutzt werden. Dies könnte nicht nur ein Indikator für den Fortschritt der Rehabilitation werden, sondern auch ein Kriterium für die räumliche zwischen dem manipulierten Ziel auf dem Display und der Bedienhand gegenüber. Es bleibt die Frage, wie kann diese Messung zuverlässig und effektiv umgesetzt werden.

Um diese Frage zu beantworten, führen wir ein neues Verfahren proprioceptive Drift zu schätzen, die sich aus der Position des Teilnehmers ungesehen echte Hand, dass eine sichtbare Hand wie o zur Verschiebung entsprichtbject, auf einer 2D-Ebene mit Hilfe der Spiegel Illusion, die durch eine psycho-physischen Verfahren zu kombinieren und eine Analyse des maschinellen Lernens mit. Im Vergleich zu einer Gummihand fängt die Hand Bild in einem Spiegel stark die wahrgenommen Position des Teilnehmers von der unsichtbaren echte Hand. Außerdem reflektiert ein Spiegelbild sofort freiwillig Handbewegungen für Hand-Platzierung. Somit wurde ein Spiegelbild als eine visuelle Rückmeldung der Hand des Teilnehmers ausgewählt. Darüber hinaus proprioceptive Drift ähnlich wie Situationen des täglichen Lebens zu messen, positioniert die Teilnehmer ihre verborgene Hand trial-by-Studie an ihrem Willen, und die Anzahl der Versuche erhöht wurde. Obwohl eine beliebige Kombination von Richtungen verwendet worden sein könnte, wurde die Kombination von Höhe und Tiefe des Plazierens des Spiegels senkrecht aufgrund der Einfachheit gewählt. Um zu überprüfen , Konsistenz zwischen unserer Methode und der bisherigen Forschung ^13, zwei Sichtbedingungen wurden umgesetzt: mit und ohne visuelles Feedback. In dem Zustand, mit visuellem Feedback, der Spiegel wentlang der Medianebene positioniert, um ein reflektiertes Bild der linken Hand zu erzeugen, als ob er als der rechten Hand zu sehen waren. In dem Zustand, ohne visuelles Feedback wurde eine matte Tafel verwendet, um dem Teilnehmer echte rechte Hand zu verbergen. Wir untersuchten die Wirksamkeit dieses neuen Verfahrens, indem die Ergebnisse zu denen mit einem Fragebogen über den Sinn des Eigentums und der Agentur erhalten zu vergleichen.

Protocol

Alle Aspekte des Experiments wurden von der Ethikkommission des Tokyo Institute of Technology genehmigt.

1. Experimenteller Aufbau

1. Material und Einrichtung zur Messung Propriozeptive Drift.
   1. Besorgen Sie sich einen Stand, der eine 100 x 100 cm Platte halten kann vertikal (Abbildung 1).
   2. Besorgen Sie sich einen Stuhl, auf dem die Teilnehmer bequem während des Experiments sitzen kann.
   3. Besorgen Sie sich eine 100 x 100 cm Acryl Spiegel und matte Tafel.
   4. Besorgen Sie sich die Position Tracker (zB SLC-C02, Cyverse) der Teilnehmer der rechten Handposition zu verfolgen. Räumliche Auflösung sollte etwa 1,5 mm betragen, um eine ausreichende Anzahl von Abtastungen ermöglichen die maschinelles Lernen verwendet werden.
   5. Erhalten Sie Infrarot-LED und retroreflektierende Markierungen, die verwendet wird, um die Position des Stativs, um anzuzeigen, und der Teilnehmer der rechten Hand, bzw. (siehe Schritte 1.1.11 und 3.2.6).
   6. Beziehen Sie das Fußpedal für die Antwort des Teilnehmers. Erstellen Sie das maßgeschneiderte Programm, das aufzeichnen und gleichzeitig die Antwort und der rechten Handposition des Teilnehmers angezeigt und ein Signalton als Feedback des Teilnehmers Antwort spielen, wenn das Fußpedal gedrückt wird. In diesen Experimenten wurde der Teilnehmer der rechten Handposition gesammelt, um die Motor-Capture-Gerät und seine maßgeschneiderten Programm gemäß den Anweisungen des Herstellers.
      HINWEIS: Nach einem früheren Papier ^16, das Programm mit einem Software - Entwicklungs - Toolkit entwickelt wurde. Das maßgeschneiderte Programm von der Software Entwicklungs-Toolkit entwickelt wurden, können für andere Marken von Motion-Capture-Geräte angepasst werden.
   7. Verwenden Sie ein Metronom Signale für die Ausbildung der Handbewegung zu schaffen, Timing, das heißt, die Oberfläche des Spiegels oder Tafel tippen. Siehe Schritt 3.1.1 für eine genaue Trainingsanleitung.
   8. Verwenden Sie Noise Cancelling-Kopfhörer, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass der Teilnehmer Sound Cues für die Handposition zu hören.
   9. Für die visuelle Rückmeldung erhalten, befestigen Sie den Spiegel an den Stand. Für den Zustand ohne visuelles Feedback, bringen Sie die Tafel an den Stand.
   10. Platzieren Sie die Infrarot-LED in der oberen linken Seite des Spiegels oder Tafel.
2. Material und Einrichtung zur Messung der Sense of Ownership und Agentur.
   1. Wiederholen Sie den Vorgang ab Schritt 1.1.1 1.1.11 zu treten.
   2. Erstellen oder den Fragebogen erhalten Gefühl der Zugehörigkeit und die Agentur die Bewertung (zB ^10,13,16). Tabelle 1 zeigt Beispiele aus diesem Fragebogen in der vorherigen Studie verwendeten ^15.
   3. Verwenden Sie einen Monitor oder Tablet-PC, den Fragebogen an die Teilnehmer angezeigt werden soll.

2. Die Teilnehmer

1. Rekrutieren etwa 10 rechtshändige Teilnehmer mit normaler oder korrigiert zu normalen Vision.
   Anmerkung: Die Anzahl der Teilnehmer kann nach den experimentellen Ziele und der Anzahl von wiederholten Versuchen pro particip eingestellt werdenAmeise.
2. Erhalten Sie eine schriftliche Einverständniserklärung zur Teilnahme vor Beginn des Experiments.

3. Versuchsdurchführung

1. Trainingsphase für die Handbewegung.
   1. Trainieren Sie die Teilnehmer synchron tippen mit beiden Händen auf dem Spiegel oder Tafel in einem bestimmten Tempo des Metronom. Weisen Sie die Teilnehmer die Stoßbewegung ausführen, indem Sie die Ferse der Hand in Kontakt mit dem Spiegel oder dem Board zu halten. Zu Beginn der Ausbildung, starten Sie das Metronom in einem Tempo von 60 Schlägen pro Minute und dann den Teilnehmer anweisen, beide Hände nach dem Klang des Metronoms synchron bewegen.
   2. Stellen Sie sicher, dass der Zeitpunkt der Handbewegung des Teilnehmers zu einem Zyklus pro Sekunde Nähe (ca. 1 Hz) durch, um den Klang des Metronoms mehrere Minuten nach dem Beginn des Klopfens zu vergleichen.
2. Die Einschätzung der Propriozeptive Drift in der Midsagittalebene des Teilnehmers.
   1. Montieren Sie den Spiegel oder Tafel auf dem Stand auf der Grundlage der Bedingungen: mit visuellem Feedback, montieren Sie den Spiegel; ohne visuelles Feedback, montieren Sie die Tafel.
   2. Stellen Sie sicher , dass Teilnehmer sitzt auf dem Spiegel oder Tafel ganz in der Nähe, die sich entlang der Midsagittalebene des Teilnehmers (Abbildung 1) positioniert ist.
   3. Stellen Sie sicher, dass Teilnehmer das Spiegelbild der linken Hand sehen können, aber die wirkliche rechte Hand nicht sehen kann.
   4. Instruieren Teilnehmer die Aufmerksamkeit auf das Bild der linken Hand im Spiegel während des Experiments zu zahlen.
   5. Setzen Sie die retroreflektierende Markierungen auf der rechten Zeigefingerspitze und Handgelenk des Teilnehmers.
      1. Da die Markierungen nur auf die rechte Hand des Teilnehmers gestellt werden, stellen Sie sicher, dass das haptische Gefühl, die rechte Hand des Teilnehmers aufgrund der beigefügten Marker nicht wesentlich auf die linke Hand im Vergleich geändert durch die Abfrageoral Teilnehmer.
   6. Setzen Sie die Noise-Cancelling-Kopfhörer über die Teilnehmer die Ohren.
   7. Weisen Sie den Teilnehmer auf der linken ca. 30 cm vertikal bewegen und 30 cm horizontal von der unteren rechten Ecke des Spiegels und diese linke Position während des Experiments zu halten. Diese Position wird als der Ursprung der Oberfläche der 2D-Ebene eingestellt.
   8. Weisen Sie den Teilnehmer mit der rechten Hand nach Belieben auf der anderen Seite des Spiegels oder Tafel zu platzieren und seine Position bis zum Ende des Prozesses aufrecht zu erhalten.
   9. Weisen Sie den Teilnehmer über die Aufgabe wie folgt:
      1. Zu Beginn jedes Versuchs, weisen Sie den Teilnehmer die mittlere Taste des Fußpedals zu schieben. Zu dieser Zeit ertönt das System einen Piepton durch den Kopfhörer als Feedback des Pedals drücken.
      2. Nach dem Signalton zu hören, weisen Sie den Teilnehmer mit beiden Händen auf dem Brett synchron bei 1 Hz bis anzapfen, die der Spiegel indie Bedingung mit visuellem Feedback oder die Tafel in der Bedingung ohne visuelles Feedback.
      3. Nach mehr als sechs Handbewegungen, weisen Sie den Teilnehmer der Bewegung bei der bevorzugten Zeit zu stoppen und die Frage nach der rechten Position entgegennehmen, indem Sie die rechte oder linke Taste auf das Fußpedal drücken. Die rechte Taste ist ein Ja und die Linke ist ein Nein. Die Frage lautet: "Haben Sie das Gefühl, dass die rechte und die linke Hand in der gleichen Position sind?" In diesem Moment wird der Teilnehmer einen Signalton als Feedback für das Pedal drücken Sie noch einmal hören.
         HINWEIS: Wenn sich die Teilnehmer über die Bedeutung der Frage "der gleichen Position," sie sagen, dass "gleiche Position" bedeutet, dass die subjektive Höhe und Tiefe der rechten Hand auf die Hand des linken gleichwertig sind.
      4. Weisen Sie den Teilnehmer an der rechten Hand in eine andere Position ihrer Wahl zu bewegen. Starten Sie anschließend den Versuch wieder. Dieser Zyklus wird für bis zu 200 Prüfungen pro Zustand fortzusetzen.
   10. Während der Aufgabe zu überprüfen, dass der Zeitpunkt der Entnahme des Teilnehmers bei etwa 1 Hz bleibt durch die Bewegung sehen im Vergleich zum Metronom.
       Hinweis: Der Ton des Metronoms kann vom Experimentator nur zu hören.
   11. Nach Abschluss über 100 Studien lassen die Teilnehmer eine Pause machen.
   12. Führen Sie das Experiment für die anderen Bedingungen (mit oder ohne visuelles Feedback) an unterschiedlichen Tagen.
3. Die Einschätzung der Sense of Ownership und Agentur im Spiegel Zustand.
   1. Definieren Sie die Positionen der rechten Hand für die Teilnehmer Antworten auf den Fragebogen über Gefühl von Eigentum und Agentur zu sammeln. Beispielsweise in einer früheren Veröffentlichung ¹⁶ gab es 13 rechten Positionen vorangestellt. Diese Punkte wurden alle 7 cm angeordnet bis 21 cm vom Ursprung bis ±.
   2. Führen Sie die gleiche Prozedur für die above Schätzung ab Schritt 3.2.2 aufgeführten 3.2.7 zu treten.
   3. Weisen Sie den Teilnehmer die rechte Hand im Anschluss an die Führung des Experimentators und halten ihre Position ein Versuch bis Fertigstellung.
   4. Weisen Sie den Teilnehmer über die Aufgabe wie folgt:
      1. Zu Beginn der Studie, drücken Sie die mittlere Taste des Fußpedals. Zu diesem Zeitpunkt wird der Teilnehmer des Signaltons als Feedback des Pedals drücken hören.
      2. Starten Sie dann die rechte und linke Hand synchron bei 1 Hz zu erschließen.
      3. Nach mehr als sechs Mal von tippen, auf stoppen, wenn der Experimentator anzeigt. Dann zeigte die Fragen zu Eigenverantwortung und Agentur beantworten auf dem Monitor ein 7-Punkte-Likert-Skala mit Ratings im Bereich von -3 ( "überhaupt nicht zustimmen") bis +3 ( "vollkommen einverstanden"), wobei 0 weder Zustimmung noch Uneinigkeit ("unsicher").
      4. Bewegen Sie die rechte Hand in die Position, die der Experimentator anzeigt. Starten Sie anschließend den Versuchaufs Neue. Dieser Zyklus wird bis zu der Anzahl von rechten Positionen weiterhin, dass der Experimentator definiert.
   5. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer die Aufgabe zu verstehen und die Teilnehmer bitten, die Aufgabe zu starten.

4. Datenanalyse

1. Die Analyse von Propriozeptive Drift in der Midsagittalebene des Teilnehmers.
   1. Beziehen Sie das Statistik - Tool, das die Maschine Lernanwendung enthält, vor allem Vektor - Maschine unterstützen (zB R, MATLAB). Verwenden Sie Support-Vektor-Maschine (SVM) als Klassifikator die Grenzen des Teilnehmers Antworten zu extrahieren. Eine frühere Veröffentlichung liefert eine Erklärung für die Algorithmen der Klassifikator ²⁰ (Kapitel 7). In diesem Artikel erklären wir die Methode unter Verwendung von R (Version 3.1.2).
   2. Installieren Sie das Paket mit dem Namen "kernlab" ^21, die die Analyse unter Verwendung von SVM in der R - Anwendung enthält.
   3. Markieren Sie den Bereich, der propriocepti zeigtve Drift der Hand wie folgt vor (Abbildung 2 die schematische Darstellung der Datenanalyse Strömungs beschreibt). Siehe zusätzliche Softwarecode und Datenprobe für eine weitere Erläuterung dieser Datenanalyse.
      1. Berechnen Sie die relativen Positionen der rechten Hand vom Ursprung. Entsorgen Sie Daten mit Fehlern (zB fehlende Positionsdaten oder Teilnehmer Antworten) aus der Analyse.
      2. Machen Sie ein Wahrscheinlichkeitsmodell des Teilnehmers "Ja" -Antworten in 2D-Raum der SVM mit. Verwenden Sie die Daten aus den Antworten als eine symbolische Darstellung des Modells. Verwenden Sie die Daten von der rechten Position als die Parameter des Modells. Verwenden Sie die häufig radiale Basisfunktion Kernel als Kern für die SVM verwendet. Um die willkürliche Analyse berechnen sigma zu vermeiden , indem automatische sigma Schätzung (dh Parameter zum Ändern des Gewichts jeder Datenpunkt verwendet wird ).
      3. Stellen Sie sicher, dass das Modell korrekt überprüft, dass th ausgestattet iste Trainingsfehler des Modells sind unter 0,2. Mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsmodell definieren Sie den Bereich, in dem der p-Wert des Teilnehmers "Ja" Antworten geschätzt wurde über 0,5.
   4. Durchschnittlich Daten jedes Teilnehmers eine Fläche machen, die propriozeptive Drift zeigt.
      Hinweis: Da es schwierig ist, die Grenze des "ja" und "nein" Antwortbereich durch die p-Werte der Antworten in 2D-Raum, zwei Arten von durchschnittlich empfohlen werden geschätzt zu mitteln. Eine Methode ist die p-Werte für die Teilnehmerantworten in 2D-Raum zu mitteln, die das Verfahren vor dem Abschätzen der Grenze verwendet wird. Die andere Methode ist es, die Flächengröße zu mitteln, das nach Abschätzen der Grenze verwendet wird.
2. Die Analyse der Befragungsdaten und Bereichsgröße.
   1. Besorgen Sie sich die statistische Werkzeug , um die Bedeutung der Position und die Kategorien des Fragebogens (zB SPSS oder R) zu bewerten.
   2. Beurteilen normalen distribution aller Daten des Shapiro-Wilk - Test, sowie die Anwendung des entsprechenden nicht-parametrischer Test , wenn eine oder mehrere der entsprechenden Datensätze die Kriterien für eine Normalverteilung nicht erfüllen konnten (zB Wilcoxon-Test, Friedman - Test).
      Hinweis: Wenn ein nicht-parametrischer Verfahren, die das Experiment entspricht fehlt, ein parametrisches Verfahren verwenden und die Argumentation erklären. In einer früheren Studie ^16, eine Zwei-Wege - ANOVA mit wiederholter Maßnahmen analysiert , um die Fragebogendaten, da es keine nicht-parametrischer Ersatz für diese Analyse war.

Representative Results

Repräsentative Ergebnisse einer früheren Studie vorgestellt ¹⁶ das Verfahren zu veranschaulichen. 3A zeigt , daß die Flächenformen , wo der Teilnehmer nicht die räumliche zwischen linken und rechten Position zwischen den Bedingungen (Spiegel) unterschieden Offset erkennen konnte und ohne (Tafel) visual . Feedback 3B zeigt , dass die Flächengrößen in den Zustand mit visuellem Feedback sind deutlich größer als im Zustand ohne visuelles Feedback (Wilcoxon-Test: Z = -2,803, p = 0,005). Diese Ergebnisse legen nahe , dass die zwischen visuellen und propriozeptiven Feedback erforderlichen Versatz zu proprioceptive Drift beträgt ca. 10 cm und dieser Wert ändert durch Richtung (3 und 4) erhalten. Vertikale Versatz erschien größer als horizontal versetzt. In Figur 5, die vertikale und horizontale räumliche Verteilung des Fragebogens Punktzahl foder Körper Besitz und Agentur zeigte eine unimodale Verteilung. Ihre Peaks wurden bei den Ursprung, wobei die rechte Hand des Teilnehmers war fast an der gleichen Position wie der des gespiegelten Handbild. Im Gegensatz dazu war die räumliche Verteilung für die Partitur der Steueranweisungen fast flach und unter -1. Ein Zwei-Wege-wiederholte Messungen ANOVA ergab die Haupteffekte für die Kategorien und Positionen, die die Teilnehmer in den Fragebögen angegeben (horizontal: Kategorie: F (3,27) = 11.12, p <0,001; Position: F (6,54) = 10.27, p <0,001; Vertikal: Kategorie: F (3,27) = 24.21, p <0,001, Position: F (6,54) = 7,298, p <0,001). Die Wechselwirkungen zwischen Kategorie und Position waren ebenfalls signifikant (horizontal: F (18.162) = 9,42, p <0,001; Vertikal: F (18.162) = 8,00, p <0,001). Diese Ergebnisse implizieren, dass das Gefühl der Eigenverantwortung und Agentur verringert, wenn die räumlichen Versatz zwischen dem Teilnehmer echte rechte Hand verdeckt und das gespiegelte Bild Hand erhöht. in FiAbbildung 6 zeigt der Vergleich zwischen Visualisierung von propriozeptiven Drift und Fragebogen - Ergebnisse für Eigenverantwortung und Agentur zeigt , dass die Offset - Bereiche diese Phänomene sind konzentrisch und fast Überlappung zu halten.

Abb . 1: Übersicht über Aufbau Der Versuchsaufbau enthält einen Ständer, der entweder den Spiegel oder die Tafel hält, einen Stuhl, eine Antwortgerät (Fußpedal) und Aufnahmegeräte für die Handposition des Teilnehmers. Die obere Abbildung zeigt die schematische Darstellung des Aufbaus von der Richtung, in der der Teilnehmer das Spiegelbild seiner / ihrer linken Hand zu sehen. Die untere Abbildung zeigt den Blick auf die Rückseite des Spiegels zeigt. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abb . 2: Data Analysis Flow (A) Ein Beispiel für die Antwort des Teilnehmers und rechten Positionen. (B) Schematische Darstellung des "Ja" Response - Modell von SVM geschätzt. (C) Ergebnis der Grenzanalyse. (D) Durchschnittliche Bereiche über die Teilnehmer. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3: Vergleich der Fläche Formen und Größen zwischen den Bedingungen mit und ohne Visuelles Feedback (A) Vergleich der Flächenformen.. Der Ursprung des Diagramms ist die Position der linken Hand, die die Position des mi istrrored Hand Bild in der visuellen Feedback Zustand. Die vertikalen und horizontalen Achsen zeigen die rechte Hand Position des Teilnehmers als propriozeptive Feedback der Hand. (B) Vergleich der Flächengrößen. Vertikale Achse zeigt die Flächengrößen bei denen die Teilnehmer nicht die räumliche zwischen linken und rechten Position versetzt erkennen konnte. Die horizontale Achse zeigt den Zustand mit oder ohne gespiegelten Hand Bild als visuelles Feedback (rechts: mit visuellem Feedback, links: ohne visuelles Feedback). Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4:. Individuelle Daten für die meisten Teilnehmer war die Form der Grenze in den Spiegel Zustand größer ist als in der Tafel Zustand. Dies legt nahe, dass die VisualisierungsmethodeSVM gelang es, die Wirkung der visuellen Erfassung durch das Körperbild im Spiegel zeigt. Im Gegensatz dazu ist für die Teilnehmer D, H und J, gab es nur wenige Unterschiede zwischen den Bedingungen, was darauf hinweist , dass es möglicherweise für die Wirkung der visuellen Erfassung individueller Unterschiede sein. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 5: Fragebogen Ergebnisse (A) Räumliche Verteilung des Fragebogens Punktzahl entlang der vertikalen Achse.. (B) Die räumliche Verteilung des Fragebogens Kerbe entlang der horizontalen Achse. Eigentümer und Agentur Partituren waren am höchsten am Ursprung relativ zu den vertikalen und horizontalen Positionen. Please Klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 6: Vergleich zwischen Klassifizierung und Fragebogen (A) Räumliche Verteilung der Fragebogen - Scores für den Besitz und die Agentur auf der horizontalen Achse.. (B) Die räumliche Verteilung der Fragebogen - Scores für den Besitz und die Agentur entlang der vertikalen Achse. (C) Geschätzter Bereich , in dem sich die Teilnehmer der Versatz zwischen gespiegelten Hand Bild und verdeckt echte rechte Hand nicht erkennen konnte. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Kategorie
Eigentum	1. Ich fühlte mich, als ob ich war looking in meinem eigenen rechten Hand.
	2. Ich hatte das Gefühl, die Hand in den Spiegel war ein Teil meines Körpers.
	3. Es schien, als ob ich Erfassen der Bewegung der rechten Hand in der Lage, in der die Hand in den Spiegel bewegt.
	4. Ich fühlte mich, als wenn die Hand in den Spiegel war meine Hand.
Eigentum steuern	5. Ich fühlte mich, als ob meine echte rechte Hand im Spiegel in die Hand drehen.
	6. Es schien, als ob ich mehr als eine rechte Hand hatte.
	7. Es schien, als ob die Hand in den Spiegel zu meiner wirklichen Hand trieb.
	8. Es war, als wenn ich nicht mehr eine rechte Hand, als ob meine rechte Hand verschwunden war.
Agentur	9. Die Hand in den Spiegel bewegt, so wie ich meine rechte Hand wollte, als ob es mein Wille gehorchten.
	10. Ich fühlte mich, als ob ich die Bewegung der Hand im Spiegel zu steuern, wie ich das meiner rechten Hand steuern würde.
	11. Ich fühlte mich, als ob ich die Bewegung mit der Hand geschaffen verursacht wurde, die ich als meine rechte Hand sah.
	12. Jedes Mal, wenn ich meine rechte Hand bewegt, erwartete ich die Hand im Spiegel in der gleichen Art und Weise zu bewegen.
Agentur steuern	13. Ich hatte das Gefühl, die Hand im Spiegel mein Wille war zu steuern.
	14. Ich hatte das Gefühl, die Hand im Spiegel meine Bewegungen steuerte.
	15. Ich könnte die Bewegung von irgendwo zwischen meinem wirklichen rechte Hand und die Hand im Spiegel spüren.
	16. Es schien, als ob die Hand im Spiegel einen eigenen Willen hatte.

1:. Fragebogen von 16 Statements aus Geordnet in vier Kategorien Diesen Fragebogen angepasst und ins Japanische übersetzt von Fragebögen in den Gummihand Illusion Experimente ^10,13.

Zusatzdateien. Beispielcode und Datensatz für die Analysemethode unter Verwendung von SVM. Dieser Code kann ausgeführt werden unter Verwendung von R (Version 3.1.2) und führen die gleiche Analyse wie in der aktuellen Papier. Bitte hier klicken , um diese Datei herunterzuladen.

Discussion

Wir zeigen ein Verfahren proprioceptive Drift in einer 2D-Ebene während der Spiegel Illusion zu schätzen SVM mit und das Ergebnis mit Antworten auf den Fragebogen für den Sinn des Eigentums und der Agentur zu vergleichen. Dieses neue Verfahren ergab, dass die zwischen visuellen und propriozeptiven Feedback erforderlichen Versatz proprioceptive Drift beträgt ca. 10 cm zu erhalten und dass dieser Versatz eng überlappt mit den erforderlichen Offset das Gefühl des Eigentums und der Agentur zu halten.

Beachten Sie, dass der kritischste Schritt dieses Verfahrens unter 3.2.5 beschrieben ist, eine Anweisung an den Teilnehmer über ihre Aufmerksamkeit. Im vorangegangenen Pilotstudie ^16, ist die Wirkung der visuellen Erfassung durch ein gespiegeltes Bild Hand beobachtet wurde selten , wenn die Teilnehmer subjektiv berichteten , dass sie mehr Aufmerksamkeit auf ihren Körper gelegt. Es ist noch unklar, ob die Aufmerksamkeit auf dieses Phänomen beiträgt. Die Beziehung zwischen Aufmerksamkeit und Sinn des Eigentums und der Agentur hat seltenwurde auf die Schwierigkeit diskutiert aufgrund steuern oder die Aufmerksamkeit der Teilnehmenden messen. Unseres Wissens gibt es nur eine Studie ²² , die direkt die Wirkung der Aufmerksamkeit auf die Richtung des Besitzes sucht. Um komplexe Diskussionen über vermeiden, wie Aufmerksamkeit zu kontrollieren und zu messen, die sorgfältige Instruktion die Aufmerksamkeit der Teilnehmenden in Bezug erforderlich ist.

Der andere wichtige Punkt ist, dass die Teilnehmer die Handposition für die nächste Prüfung in ihren eigenen Willen in der Sitzung Messung proprioceptive Drift auswählen können. In der traditionellen Psychophysik, neigt der Freiheitsgrad der Teilnehmerverhalten begrenzt und das Experiment robuster und reproduzierbar zu machen, gesteuert werden. Zum Beispiel in den Experimenten proprioceptive Drift und das Gefühl von Eigentum und Agentur mit der Gummihand - Illusion Paradigma ^10-13, die Abtastpunkte der Teilnehmerhandposition Messen waren vordefinierten entlang einer der drei Richtungs, wie Höhe, Breite oder Tiefe, zu vermeiden Schwierigkeiten der Messung und mehrdimensionale Daten zu visualisieren. Vor allem , da Fragebögen Zeit für jeden Stichprobenpunkt aufgrund der Anzahl der Kategorien übernehmen (zB das Eigentum, der Agentur und Steueranweisungen), sind die Anzahl der Probenahmestellen mehr begrenzt im Vergleich zu den Methoden menschliche Verhaltensweisen der Aufnahme. Bei diesem Verfahren, um die Kohärenz mit anderen Studien zu gewährleisten, ist die Messung der Richtung des Besitzes und Agentur mittels eines Fragebogens wurde beschränkt und auch vorangestellt. Diese Begrenzung auf das Verhalten der Teilnehmer im Zusammenhang ist nicht entscheidend für die Grundlagenforschung, das Gehirn Mechanismus der Sinn des Eigentums und der Agentur zu erkunden, weil es möglich ist, die Versuchsbedingungen genau zu entwerfen und zu steuern und reproduzierbar durch diese Einschränkungen in den experimentellen Bedingungen, einschließlich. Betrachtet man jedoch die möglichen Anwendungen für die Eigenverantwortung und die Agentur in den Ingenieurwissenschaften und Rehabilitation, diese Einschränkungunter den Alltag Bedingungen kann kritisch sein, das menschliche Verhalten in 3D zu schätzen. Unter diesen Umständen, in denen die Teilnehmer ihre Hand bewegen kann und seine Position frei mehr wählen, ist es schwer proprioceptive Drift mit traditionellen Methoden der Psychophysik zu schätzen. Um dieses Problem zu überwinden, ist ein SVM, eine Art des maschinellen Lernens, wurde für die Schätzung und die Visualisierung von propriozeptiven Drift angenommen. Diese Technik kann massiv Daten, wie mehrdimensionale Daten enthalten, die Antworten der Teilnehmer und Handpositionen in 2D mit freier Wahl zu sammeln und zu analysieren. Mit dieser Technik wurden die Antworten der Teilnehmer an verschiedenen Handpositionen abgetastet klassifiziert und der Bereich analysiert, bei denen die Teilnehmer nicht den Abstand zwischen dem Spiegelbild der linken Hand erkennen und die versteckten tatsächlichen rechten Hand.

Dieses Verfahren hat eine kritische Einschränkung, die ist, dass die durchschnittliche Fläche über Teilnehmer proprioceptive Drift zeigt derzeit nicht indiv nicht angezeigtIdual Unterschiede. Dies ist aufgrund der Beschränkung des Visualisierungsverfahren mehr als dreidimensionale Daten auf einer 2D-Oberfläche anzuzeigen. Die Daten für die durchschnittliche Fläche propriozeptiven Drift zeigt enthielte die 2D-Positionsdaten, die Wahrscheinlichkeit des Teilnehmers Antwort und den individuellen Unterschied. Um auch individuelle Unterschiede, eine Visualisierungsmethode, die vierdimensionale Daten zeigen, kann erforderlich wäre.

Die künftige Ausrichtung dieser Methode ist es, die Dimensionen von 2D auf 3D zu erweitern und zeitliche Merkmale aufzunehmen. Zwar gibt es noch einige Schwierigkeiten in Visualisierungsverfahren für mehr als dreidimensionale Daten, sind diese Erweiterungen mit zusätzlichen Dimensionen sind, werden helfen, zu verstehen, wie das Gehirn multisensorielle Informationen aus verschiedenen Modalitäten wie Vision und Propriozeption verarbeitet. Um diese Expansion zu erreichen, wird die weitere Forschung erforderlich.

Aus Sicht der Anwendung könnte diese Methode engi helfennieure Design Usability oder Gefühl der Kontrolle für Echtzeit-Steuerungssysteme, wie zum Beispiel Roboter, chirurgische Robotersysteme und Virtual-Reality-Systeme strategisch. In diesen Systemen ist die Empfindung des Benutzers während des Betriebs oft durch Fragebögen ex post facto geschätzt. Daher ist es schwierig, die Benutzer-Gefühl während des Betriebs zu implementieren, wenn ein System-Prototyp zu machen. Wenn wir die Begrenzung der räumlich-zeitlichen Diskrepanz zwischen multisensorielle Feedback offenbaren könnte das Gefühl der Eigenverantwortung und Agentur zu halten, würde es helfen, die Regeln über multisensorielle Feedback von Maschinensystemen zur Verfügung zu stellen selbstkörperartige Nutzbarkeit zu erhalten, in denen die Betreiber die Kontrolle Systeme, als ob sie ihren eigenen Körper kontrollieren würden. Diese Methode zeigt die räumliche Versatz zwischen visuellen und propriozeptiven Feedback ein Gefühl der Zugehörigkeit und Agentur zu halten. Basierend auf diesem Ergebnis kann der Teilnehmer Gefühle gegenüber dem gespiegelten Bild Hand gesteuert werden durch die Manipulationder Abstand zwischen der Hand und versteckte echte Hand. Ändern des Raum-Zeit-Beziehung über multisensorielle Feedback von verschiedenen Aktionen wäre der erste Schritt sein, strategisch während des Betriebs des Benutzers Gefühl zu steuern.

Diese Idee kann angenommen werden, nicht nur für das Engineering, sondern auch für die Rehabilitation. Mehrere Forschungsanstrengungen haben zur Verbesserung der motorischen Funktionen und Schmerzen bei Menschen mit fehlenden oder gelähmten Gliedmaßen gerichtet. Da jedoch Rehabilitation das Hauptthema der traditionellen für Patienten ist Funktion in ihrem täglichen Leben wieder zu erlangen, wenig von dieser Forschung ist es gelungen, die Patienten Gefühle in einer fehlenden oder gelähmten Extremität zu verbessern. Unter Berücksichtigung der Auswirkungen auf die Patienten "Lebensqualität, Verbesserung ihrer Empfindungen ist entscheidend für die mit einem fehlenden oder gelähmten Gliedmaßen leben. Dieses Verfahren kann eine quantitative Abschätzung über den Sinn des Eigentums und der Agentur in einer fehlenden oder gelähmten Extremität bieten den Versatz zwischen der Patienten su durch MessungIEL Schenkel Position und die Position des realen oder sichtbaren Extremität. Dies würde den Physiotherapeuten helfen, um quantitativ das Gefühl ihrer Glieder Patienten abzuschätzen.

Abschließend stellt dieses Papier ein neuartiges Verfahren der räumlichen Versatz zwischen visuellen und propriozeptiven Feedback zu visualisieren proprioceptive Drift entlang der Midsagittalebene zu halten. Basierend auf früheren Forschungen mit dieser Methode ^15, versetzt die räumliche , dass die Teilnehmer auf etwa 10 cm nicht verlängerte erkennen konnte. Darüber hinaus entspricht dieser Wert den Bereich, in dem die Teilnehmer ein Gefühl der Zugehörigkeit und die Agentur für die Hand Bild im Spiegel fühlen. Diese Erkenntnisse werden helfen, weiter zu Grunde liegenden Mechanismen der Sinn des Eigentums und der Agentur von einer multimodalen Perspektive der sensorischen Informationen untersuchen. Darüber hinaus kann dieses Verfahren ein Werkzeug für die Sanierung von fehlenden oder gelähmten Gliedmaßen und für die Gestaltung von Echtzeit-Steuerungssysteme, wie die quantitative indicator zeigt die räumliche zwischen visuellen und propriozeptiven Feedback Offset Selbstkörperartige Empfindung oder die Benutzerfreundlichkeit zu halten. Auf diese Weise macht die Entwicklung von Rechentechniken, wie maschinelles Lernen, es möglich, Schätz- und Visualisierungsmethoden zu entwickeln, die aufgrund der herkömmlichen statistischen Beschränkungen bisher nicht möglich waren. Diese Art der messtechnische Fortschritt könnte das menschliche Verhalten und Gehirn Mechanismen offenbaren das Selbstwertgefühl in natürlicher Situationen zu erzeugen.

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.