מסגרת ניתוח וידאו של תנועות יד להבין הייחודית בבני אדם
Summary
פרוטוקול זה מתאר כיצד להשתמש מסגרת ניתוח וידאו לכמת הייחודית תנועות יד להבין בבני אדם. ניתוח השוואתי של להגיע ברואי לעומת מבוגרים בריאים unsighted משמש כדי להדגים את הטכניקה, אך ניתן להחיל את השיטה גם במחקר של אוכלוסיות התפתחותית וקלינית.
Abstract
Prehension, מעשה להגיע לאחוז בחפץ, הוא מרכזי החוויה האנושית. נוכל להשתמש בה כדי להזין את עצמנו, לטפח את עצמנו ולטפל חפצים וכלים בסביבה שלנו. התנהגות כזו הם לקוי על ידי הפרעות sensorimotor רבים, אולם ההבנה הנוכחית שלנו של שליטה עצבית שלהם רחוקה מלהיות מלאה. טכנולוגיות הנוכחי עבור תנועות יד להבין האדם חוקר לעיתים קרובות לנצל את ההצעה מעקב מערכות יכול להיות יקר, דורשים את הקובץ המצורף של סמנים או חיישנים הידיים, לעכב את התנועה הטבעית ומשוב חושית וספק קנטית פלט זה יכול להיות קשה לפרש. אמנם בדרך כלל יעיל לימוד התנועות להגיע להבין סטריאוטיפית של מבוגרים בריאים רואי, פנים רבות של טכנולוגיות אלה מגבלות נוספות כאשר מנסים ללמוד את התנועות להגיע להבין לא צפוי וייחודית של תינוקות קטנים unsighted מבוגרים, חולים עם הפרעות נוירולוגיות. לפיכך, אנו מציגים פרוטוקול הרומן, זול, ואני מאוד אמין עדיין גמיש לכימות תנועת מבנה זמני וברמות קינמטיות הייחודית תנועות יד להבין בבני אדם. מצלמות וידאו במהירות גבוהה לכידת תצוגות מרובות של תנועת יד להבין. מסגרת ניתוח וידאו משמש לאחר מכן כדי לתעד את התזמון ואת גודל מוגדר מראש אירועים התנהגותיים כגון תנועה התחלה, אוסף, גובה מקסימלי, שיא הצמצם, המפגש הראשון תפיסתו הסופי. המבנה הזמני של התנועה נבנה על ידי המתעד את המספר המסגרת היחסי של כל אירוע בעוד המבנה קנטית של היד הוא לכמת באמצעות פונקציית הסרגל או מדד לעריכת תוכנה לכיול 2 ממדי ליניארי המרחקים בין שני חלקי הגוף או בין איבר גוף היעד. מסגרת ניתוח וידאו יכול לספק תיאור כמותי ומקיף של תנועות יד להבין הייחודית ויאפשר חוקרים להרחיב את תחום חקירה כדי לכלול טווח גדול יותר של נטורליסטי התפיסה התנהגויות, מונחה על ידי מגוון רחב יותר של שיטות חושית, באוכלוסיות בריא והן קליניים.
Introduction
Prehension, מעשה להגיע לאחוז בחפץ, המשמש עבור פונקציות רבות מדי יום, כולל רכישת פריטי מזון אכילה, טיפוח, מניפולציה אובייקטים, ואוחז כלי של תקשורת באמצעות מחוות, כתוב את המילה. התיאוריה הבולטים הנוגעים שליטה neurobehavioral של prehension, ערוץ כפול Visuomotor תורת1,2,3,4, מציעה prehension הזה מורכב שתי תנועות – מוגזם זה מסיע את היד אל המיקום של המטרה, הבנה נפתח, צורות, ונסגר את היד על הגודל והצורה של היעד. שתי התנועות הן מתווכת על-ידי dissociable אבל שמעצבת המסלולים העצביים מן חזותי כדי motor cortex דרך ה באונה הקודקודית1,2,3,4. תמיכה התנהגותית על התיאוריה ערוץ כפול Visuomotor כבר חד משמעיים, בעיקר בשל העובדה כי תנועת יד להבין מופיע כאקט חלקה אחת, מתגלה עם מעט מאמץ מודע. בכל זאת, prehension הוא למד כמעט תמיד בהקשר של prehension מונחה באופן חזותי, שבו משתתף בריא מגיע לתפוס אובייקט היעד גלוי. בנסיבות אלה בפעולה מופיעים תנועה יחיד זה מתגלה באופן צפוי, סטריאוטיפית. לפני תחילת יד שמלמדות העיניים על המטרה. כמו היד משתרעת הספרות פתח, preshape בהתאם לגודל האובייקט ולאחר מכן מתחילות להיסגר. העיניים להתנתק מן המטרה בדיוק לפני היעד קשר, תפיסתו הסופי של היעד עוקב כמעט מיד לאחר מכן5. כאשר החזון מוסר, עם זאת, המבנה של התנועה הוא שונות במהותן. התנועה dissociates למרכיביו המרכיבים אותה כך יד open-handed משמש הראשון כדי לאתר את המטרה על ידי נגיעה זה, ואז המספקת ברמזים הקשורים היעד קשר בעיצוב הוראות הסגר של היד לאחוז6.
כימות של תנועת יד להבין מושגת בדרך כלל באמצעות מערכת מעקב תנועה תלת-ממדי (3D) 3. אלה יכולים לכלול ומערכות מעקב אינפרא-אדום, אלקטרומגנטית מערכות, מעקב או מעקב מערכות מבוססות וידאו. בעוד מערכות כאלה הן שיהיו בתוקף עבור רכישת אמצעים קנטית של prehension משתתפים מבוגרים בריאים ביצוע תנועות יד להבין סטריאוטיפית כלפי מטרה גלויה אובייקטים, להם יש מספר חסרונות. בנוסף להיותו מאוד יקר, מערכות אלו מחייבים ההחזקה של חיישנים או סמני זרוע, יד, ועל ספרות של המשתתף. בדרך כלל אלה מחוברים באמצעות הקלטת רפואי, אשר יכול לעכב משוב משושי מהיד, לשנות את ההתנהגות המוטורית הטבעיים, להסיח את המשתתפים7. מערכות אלו בדרך כלל לייצר הפלט המספרי הקשורים משתנים קנטית שונים כגון תאוצה, ההאטה מהירות הם גם לא אידיאלי עבור חוקרים איך היד קשר המטרה. בעת שימוש במערכות אלה, חיישנים נוספים או ציוד נדרשים כדי לקבוע איזה חלק של היד הופכת ליצור קשר עם המטרה, היכן המטרה קשר מתרחשת וכיצד התצורה של היד עשוי להשתנות ב כדי לתפעל את המטרה. בנוסף, מערכות מעקב אינפרא אדום, אשר בדרך כלל העובדים, דורשים שימוש מצלמה ייעודית כדי לעקוב אחר מיקום הסמנים מצד במרחב תלת-ממדי6. זה דורש קו ראיה ישיר בין המצלמה החיישנים על היד. ככזה, כל השגעונות בתנועה נוטים לטשטש את הראיה, לגרום לאובדן נתונים קנטית קריטיים. עם זאת, ישנם מספר רב של מופעים שבה שגעונות בתנועת יד להבין הם למעשה הנורמה. אלה כוללים במהלך התפתחות מוקדמת כאשר תינוקות לומדים רק יגיע, הבנת האובייקטים; כאשר אובייקט היעד אינו גלוי של חוש המישוש יש להשתמש רמזים כדי להדריך להישג לתפוס; כאשר אובייקט היעד הוא צורה מוזרה או מרקם; כאשר המשתתף מציג עם כל אחד מגוון רחב של הפרעות sensorimotor כגון שבץ, מחלת הנטינגטון, מחלת פרקינסון, שיתוק מוחין, וכו בכל המקרים האלה, תנועת יד להבין הוא לא צפוי ולא סטריאוטיפי, ולא זה בהכרח מונחה על ידי חזון. כתוצאה מכך, היכולת של תנועה תלת-ממד מערכות מעקב אמין לכמת את המבנה טמפורלית. וברמות קינמטיות של תנועות אלה יכולים להיות מוגבלים בשל הפרעות משוב חושית מהיד, שינויים בהתנהגות מוטורית טבעי, אובדן נתונים, ו/או קשיים לפרש את הפלט קנטית הייחודית מהתקנים אלה.
המאמר הנוכחי מתאר טכניקה הרומן לכימות תנועת הייחודית תנועות יד להבין באוכלוסיות אנושיות שונות הוא סביר, לא לעכב משוב חושית יד או התנהגות מוטורית טבעי, ולא אמינה אך יכולה להיות גמישה לשנות כדי להתאים מגוון של פרדיגמות ניסיוני. הטכניקה כולל באמצעות מצלמות וידאו מהיר מרובים כדי להקליט את תנועת יד להבין מזוויות מרובות. הוידאו ואז ניתוח במצב לא מקוון על ידי להתקדם דרך מסגרות וידאו אחד בכל פעם באמצעות בדיקה ויזואלית המסמך לאירועים התנהגותית מפתח זה, ביחד, לספק תיאור כימות של ארגון טמפורלית. וברמות קינמטיות יד להבין תנועה. המאמר הנוכחי מתאר את ניתוח השוואתי של חזותית – לעומת מונחה nonvisually תנועות יד להבין מבוגרים אדם בריא6,8,9,10 כדי להדגים את היעילות לשיטת; עם זאת, גרסאות של הטכניקה גם שימשו כדי לכמת את הפעולות יד להבין של תינוקות אנושיים11 וקופים12. התוצאות מקיף של מסגרת ניתוח וידאו ממחקרים אלה הם בין הראשונים לספק עדויות התנהגותיות לתמיכה ערוץ כפול Visuomotor תורת prehension.
Protocol
Representative Results
Discussion
המאמר הנוכחי מתאר כיצד להשתמש מסגרת ניתוח וידאו לכמת הארגון הטמפורלי, מבנה קנטית, קבוצת משנה של תכונות הטופוגרפי של תנועות יד להבין בני אדם. הטכניקה ניתן ללמוד תנועות יד להבין מונחה באופן חזותי טיפוסי, אלא גם תנועות יד להבין הייחודית. תנועות כאלה קשה ללמוד באמצעות תנועה תלת-ממד מסורתיים, מ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להודות אלקסיס וילסון, מריסה אי Bertoli לסיוע שלהם עם הצילומים ועריכת הוידאו עבור כתב יד זה. מחקר זה נתמך על ידי מדעי הטבע, הנדסה מחקר המועצה של קנדה (JMK, jrk ב, IQW), פתרונות בריאות Innovates אלברטה (JMK) את קנדי מוסדות של הבריאות מחקר (IQW).
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).
