تحليل أشرطة الفيديو الإطار حسب الإطار الفقهي الوصول إلى فهم الحركات في البشر
Summary
هذا البروتوكول توضح كيفية استخدام تحليل أشرطة الفيديو الإطار حسب الإطار لقياس حركات الوصول إلى فهم الفقهي في البشر. تحليل مقارن للتوصل في النظر مقابل البالغين الأصحاء غير بصير يستخدم لإثبات هذه التقنية، ولكن الطريقة يمكن أن تطبق أيضا على دراسة السكان التنموية والسريرية.
Abstract
بريهينسيون، قانون للتوصل إلى فهم كائن ما، أمر أساسي للتجربة الإنسانية. يمكننا استخدامها لإطعام أنفسنا والعريس أنفسنا، والتعامل مع الكائنات والأدوات في بيئتنا. مثل هذه التصرفات هي تأثر الكثير من الاضطرابات حسي حركي، ومع ذلك فهمنا الحالي لسيطرتها العصبية بعيدة عن الاكتمال. كثيرا ما تستخدم التكنولوجيات الحالية للتحقيق حركات الوصول إلى فهم الإنسان تتبع الأنظمة التي يمكن أن تكون مكلفة وتتطلب إرفاق علامات أو أجهزة استشعار للأيدي، تعوق الحركة الطبيعية وردود الفعل الحسية وتوفير الحركية الحركة الإخراج التي يمكن أن يكون من الصعب تفسير. العديد من هذه التكنولوجيات بينما عموما فعالة لدراسة حركة الوصول إلى فهم النمطية للبالغين الأصحاء المبصرين، تواجه قيودا إضافية عند محاولة دراسة لا يمكن التنبؤ بها والفقهي الوصول إلى فهم تحركات الرضع الصغار والكبار غير بصير، والمرضى الذين يعانون من اضطرابات عصبية. وبالتالي، فإننا نقدم بروتوكول رواية، غير مكلفة، ويمكن الاعتماد عليها عاليا بعد مرنة للتحديد الكمي لهيكل الفقهي الوصول إلى فهم تحركات البشر الزمنية والحركية. التقاط كاميرات الفيديو عالية السرعة وجهات نظر متعددة للوصول إلى فهم الحركة. ثم يتم استخدام إطار بإطار تحليل أشرطة الفيديو لتوثيق توقيت وحجم معرف مسبقاً الأحداث السلوكية مثل بدء الحركة، جمع وأقصى ارتفاع، والفتحة الذروة، أول اتصال وفهم النهائي. يتم إعادة إنشاء بنية الزماني للحركة بتوثيق عدد الإطار النسبي لكل حدث حين بنية حركية اليد هو كمياً باستخدام الدالة المسطرة أو تدبير في برامج تحرير الصور لمعايرة 2 الأبعاد الخطية المسافات بين اثنين من أجزاء الجسم أو بين جزء من جسم والهدف. إطار بإطار تحليل أشرطة الفيديو يمكن أن توفر وصفاً كمياً وشاملة الفقهي الوصول إلى فهم الحركات وسوف تمكن الباحثين من توسيع مجال التحقيق ليشمل مجموعة أكبر من طبيعي بريهينسيلي السلوكيات، تسترشد بطائفة متنوعة من طرائق حسية، في السكان الصحية والسريرية على حد سواء.
Introduction
بريهينسيون، قانون للتوصل إلى فهم كائن، يستخدم للعديد من المهام اليومية بما في ذلك الحصول على المواد الغذائية للأكل والاستمالة والتلاعب الكائنات، (الفيتو) أدوات والتواصل من خلال الإيماءة والكلمة المكتوبة. مزدوجة القناة فيسوموتور نظرية1،2،،من34، يقترح أن بريهينسيون يتكون من الحركتين-الوصول إلى نظرية أكثر وضوحاً فيما يتعلق بمراقبة السلوك العصبي بريهينسيون، أن ينقل اليد إلى الموقع المستهدف وفهم أن يفتح، الأشكال، ويغلق يده إلى حجم وشكل الهدف. هي وساطة بين الحركتين من المسارات العصبية منفصلين ولكن التفاعل من البصرية إلى القشرة الحركية عبر الفص الجداري1،2،،من34. وقد دعم السلوكية لنظرية مزدوجة القناة فيسوموتور غامضة، إلى حد كبير يرجع ذلك إلى حقيقة أن حركة الوصول إلى فهم يظهر كفعل سلس واحد وتتكشف مع القليل من الجهد واعية. على الرغم من ذلك، هو دائماً تقريبا درس بريهينسيون في سياق الموجهة بشكل مرئي بريهينسيون التي تصل إلى مشارك صحية لفهم كائن هدف مرئية. وفي ظل هذه الظروف يبدو الإجراء كحركة واحدة التي تتكشف بطريقة يمكن التنبؤ بها والنمطية. قبل الوصول إلى بداية يحملق العينين على الهدف. كما يمتد الذراع فتح الأرقام من بريشابي إلى حجم الكائن، وتبدأ في وقت لاحق لإغلاق. العيون فك الارتباط بالهدف قبل الاتصال الهدف وإدراك النهائي للهدف التالي على الفور تقريبا بعد5. عندما تتم إزالة الرؤية، إلا أن هيكل الحركة يختلف اختلافاً جذريا. تنأى الحركة إلى العناصر المكونة لها مثل أن يستخدم متناول نبسط أولاً لتحديد موقع الهدف بلمس والعظة ثم haptic المرتبطة بدليل الاتصال الهدف تشكيل وإغلاق اليد لفهم6.
التحديد الكمي لحركة الوصول إلى فهم في أغلب الأحيان يتحقق باستخدام نظام تتبع حركة (ثلاثي الأبعاد) الأبعاد 3. ويمكن أن تشمل نظم تتبع الأشعة تحت الحمراء، الكهرومغناطيسية تتبع نظم، أو الفيديو على أساس نظم التتبع. بينما هذه النظم الفعالة للحصول على تدابير الحركية من بريهينسيون في صحة المشاركين الكبار أداء النمطية تصل إلى فهم التحركات نحو الكائنات الهدف مرئية، لديهم عدد من العيوب. بالإضافة إلى كونها مكلفة للغاية، تتطلب هذه النظم المرفق من أجهزة الاستشعار أو علامات على الذراع واليد، وأرقام من المشارك. هذه هي عادة المرفقة باستخدام الأشرطة الطبية، التي يمكن أن تعوق التغذية المرتدة عن طريق اللمس من الجهة وتغيير السلوك الحركي الطبيعي ويصرف المشاركين7. عموما تنتج هذه الأنظمة العددية الإخراج المتصلة بالمتغيرات الحركية المختلفة مثل تسارع وتباطؤ السرعة كما أنها ليست مثالية للتحقيق في كيفية الاتصالات ناحية الهدف. عند استخدام هذه النظم، وأجهزة استشعار إضافية أو المعدات المطلوبة لتحديد ما هي جزء من اليد يجعل الاتصال مع الهدف، حيث يحدث الاتصال على الهدف، وكيف يمكن تغيير تكوين الجهة في النظام للتعامل مع الهدف. وباﻹضافة إلى ذلك، نظم تتبع الأشعة تحت الحمراء، وهي الأكثر شيوعاً العاملين، تتطلب استخدام كاميرا متخصصة لتتبع موقع العلامات على اليد في الفضاء ثلاثي الأبعاد6. وهذا يتطلب خط الأفق مباشر بين الكاميرا وأجهزة الاستشعار في يده. على هذا النحو، أي الخصوصيات في الحركة من المحتمل أن تحجب هذا خط البصر ويؤدي إلى فقدان البيانات الحركية الهامة. ومع ذلك، هناك عدد كبير من الحالات بالخصوصيات في حركة الوصول إلى فهم الواقع هو القاعدة. وهذه تشمل أثناء التطوير المبكر عند الرضع يتعلمون فقط للوصول إلى وفهم للكائنات؛ عندما يكون الكائن الهدف غير مرئي واللمس العظة يجب أن تستخدم لتوجيه في متناول وفهم؛ عندما يكون الكائن الهدف شكل فردي أو النسيج؛ وعندما يقدم المشارك مع أي واحد من مجموعة متنوعة من الاضطرابات حسي حركي مثل السكتة دماغية، مرض هنتنغتون، مرض باركنسون، والشلل الدماغي، إلخ في جميع هذه الحالات، حركة الوصول إلى فهم لا يمكن التنبؤ بها ولا النمطية، كما أنها تسترشد بالضرورة بالرؤية. ونتيجة لذلك، يمكن القدرة على تتبع أنظمة الحركة 3D لقياس موثوق بها هيكل هذه الحركات الزمانية والحركية محدودة للغاية بسبب الاضطرابات في التغذية المرتدة الحسية من الجهة، التغيرات في السلوك الحركي الطبيعي، فقدان البيانات، و/أو تفسير الصعوبات الإخراج الحركية الفقهي من هذه الأجهزة.
هذه الورقة وصف تقنية رواية للتحديد الكمي للحركات الوصول إلى فهم الفقهي في مختلف المجتمعات البشرية بأسعار معقولة، وعدم إعاقة حسية وردود فعل اليد أو السلوك الحركي الطبيعي، ويمكن الاعتماد عليها لكن يمكن أن تكون مرونة تعديل لتتناسب مع مجموعة متنوعة من النماذج التجريبية. الأسلوب الذي ينطوي على استخدام كاميرات الفيديو عالية السرعة متعددة لتسجيل حركة الوصول إلى فهم من زوايا متعددة. ثم يتم تحليل الفيديو التي تتقدم من خلال إطارات فيديو واحد في وقت واحد، واستخدام الفحص البصري للوثيقة الرئيسية الأحداث السلوكية معا، لتوفير وصفاً كمياً للمنظمة الزمنية والحركية للوصول إلى فهم غير متصل حركة. تصف هذه الورقة تحليلاً مقارنا بصريا–مقابل الوصول إلى فهم حركات يسترشد نونفيسوالي في البالغين الأصحاء من البشر6،،من89،10 بغية إثبات فعالية تقنية؛ ومع ذلك، استخدمت أيضا إصدارات معدلة للتقنية لتحديد الإجراءات التي تصل إلى فهم للرضع البشرية11 و12من المقدمات غير البشرية. نتائج شاملة لتحليل الإطار حسب الإطار الفيديو من هذه الدراسات من بين الأول من تقديم الأدلة السلوكية دعما لنظرية مزدوجة القناة فيسوموتور بريهينسيون.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذه الورقة توضح كيفية استخدام تحليل أشرطة الفيديو الإطار حسب الإطار للتحديد الكمي للمنظمة الزمانية والبنية الحركية ومجموعة فرعية من السمات الطوبوغرافية للبشرية تصل إلى فهم الحركات. يمكن استخدام هذه التقنية لدراسة حركات الوصول إلى فهم نموذجي تسترشد بصريا، ولكن أيضا الفقهي الوصول إلى فه?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب يود أن يشكر ألكسيس م. ويلسون وماريسا هاء بيرتولي لمساعدتها مع تصوير وإعداد شريط الفيديو لهذه المخطوطة. كان يدعمها هذا البحث في العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث الكندي (طبية، JRK، إيكو)، وحلول الصحة إينوفاتيس ألبرتا (طبية)، والمعاهد الكندية للبحوث الصحية (إيكو).
Materials
| High Speed Video Cameras | Casio | http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_f1/ or http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_100/ | Casio EX-F1 High Speed Camera or Casio EX-100 High Speed Camera used to collect high speed video records |
| Adobe Photoshop | Adobe | http://www.adobe.com/ca/products/photoshop.html | Software used to calibrate and measure distances on individual video frames |
| Adobe Premiere Pro | Adobe | http://www.adobe.com/ca/products/premiere.html?sdid=KKQOM&mv=search&s_kwcid=AL!3085!3!193588412847!e!!g!!adobe%20premiere%20pro&ef_id=WDd17AAABAeTD6-D:20170606160204:s | Software used to perform Frame-by-Frame Video Analysis |
| Height-Adjustable Pedestal | Sanus | http://www.sanus.com/en_US/products/speaker-stands/htb3/ | A height adjustable speaker stand with a custom made 9 cm x 9 cm x 9 cm triangular top plate attached to the top with a screw is used as a reaching pedestal |
| 1 cm Calibration Cube | Learning Resources (Walmart) | https://www.walmart.com/ip/Learning-Resources-Centimeter-Cubes-Set-500/24886372 | A 1 cm plastic cube is used to transform distance measures from pixels to centimeters |
| Studio Light | Dot Line | https://www.bhphotovideo.com/c/product/1035910-REG/dot_line_rs_5620_1600w_led_light.html | Strong lamp with cool LED light used to illumate the participant and testing area |
| 3 Dimensional (3D) Sleep Mask | Kfine | https://www.amazon.com/Kfine-Sleeping-Contoured-lightweight-Comfortable/dp/B06W5CDY78?th=1 | Used as a blindfold to occlude vision in the No Vision condition |
| Orange Slices | N/A | N/A | Orange slices served as the large sized reaching targets |
| Donut Balls | Tim Hortons | http://www.timhortons.com/ca/en/menu/timbits.php | Old fashion plain timbits from Tim Hortons served as the medium sized reaching targets |
| Blueberries | N/A | N/A | Blueberries served as the small sized reaching targets |
References
- Karl, J. M., Whishaw, I. Q. Different evolutionary origins for the Reach and the Grasp: an explanation for dual visuomotor channels in primate parietofrontal cortex. Front Neurol. 4 (208), (2013).
- Whishaw, I. Q., Karl, J. M. The contribution of the reach and the grasp to shaping brain and behaviour. Can J Exp Psychol. 68 (4), 223-235 (2014).
- Jeannerod, M., Long, J., Badeley, A. Intersegmental coordination during reaching at natural visual objects. Attention and Performance IX. , 153-169 (1981).
- Arbib, M. A., Brooks, V. B. Perceptual structures and distributed motor control. Handbook of Physiology. 2, 1449-1480 (1981).
- De Bruin, N., Sacrey, L. A., Brown, L. A., Doan, J., Whishaw, I. Q. Visual guidance for hand advance but not hand withdrawal in a reach-to-eat task in adult humans: reaching is a composite movement. J Mot Behav. 40 (4), 337-346 (2008).
- Karl, J. M., Sacrey, L. A., Doan, J. B., Whishaw, I. Q. Hand shaping using hapsis resembles visually guided hand shaping. Exp Brain Res. 219 (1), 59-74 (2012).
- Domellöff, E., Hopkins, B., Francis, B., Rönnqvist, L. Effects of finger markers on the kinematics of reaching movements in young children and adults. J Appl Biomech. 23 (4), 315-321 (2007).
- Karl, J. M., Sacrey, L. A., Doan, J. B., Whishaw, I. Q. Oral hapsis guides accurate hand preshaping for grasping food targets in the mouth. Exp Brain Res. 221 (2), 223-240 (2012).
- Karl, J. M., Schneider, L. R., Whishaw, I. Q. Nonvisual learning of intrinsic object properties in a reaching task dissociates grasp from reach. Exp Brain Res. 225 (4), 465-477 (2013).
- Hall, L. A., Karl, J. M., Thomas, B. L., Whishaw, I. Q. Reach and Grasp reconfigurations reveal that proprioception assists reaching and hapsis assists grasping in peripheral vision. Exp Brain Res. 232 (9), 2807-2819 (2014).
- Karl, J. M., Whishaw, I. Q. Haptic grasping configurations in early infancy reveal different developmental profiles for visual guidance of the Reach versus the Grasp. Exp Brain Res. 232 (9), 3301-3316 (2014).
- Whishaw, I. Q., Karl, J. M., Humphrey, N. K. Dissociation of the Reach and the Grasp in the destriate (V1) monkey Helen: a new anatomy for the dual visuomotor channel theory of reaching. Exp Brain Res. 234 (8), 2351-2362 (2016).
- Timmann, D., Stelmach, G. E., Bloedel, J. R. Grasping component alterations and limb transport. Exp Brain Res. 108 (3), 486-492 (1996).
- Saling, M., Mescheriakov, S., Molokanova, E., Stelmach, G. E., Berger, M. Grip reorganization during wrist transport: the influence of an altered aperture. Exp Brain Res. 108 (3), 493-500 (1996).
- Whishaw, I. Q., Faraji, J., Kuntz, J., Mirza Ahga, B., Patel, M., Metz, G. A. S., et al. Organization of the reach and grasp in head-fixed vs freely-moving mice provides support for multiple motor channel theory of neocortical organization. Exp Brain Res. 235 (6), 1919-1932 (2017).
