Anvendelse af inkongruente visuelle taktile stimuli under objekt overførsel med Vibro-Taktile feedback
Summary
Vi præsenterer en protokol til at anvende inkongruente visuelle-taktile stimuli under en objekt overførsel opgave. Specifikt under blok overførsler, der udføres, mens hånden er skjult, en virtuel præsentation af blokken viser tilfældige forekomster af falske blok dråber. Protokollen beskriver også tilføjelse af vibrotaktile feedback, mens du udfører motor opgaven.
Abstract
Anvendelsen af inkongruente sensoriske signaler, der involverer forstyrret Taktile feedback er sjældent udforsket, specielt med tilstedeværelsen af vibrotactile feedback (VTF). Denne protokol har til formål at teste virkningen af VTF på respons på inkongruente visuelle-taktile stimuli. Den taktile feedback er erhvervet ved at gribe en blok og flytte den på tværs af en partition. Den visuelle feedback er en virtuel præsentation i realtid af den bevægende blok, som er anskaffet ved hjælp af et bevægelses Capture-System. Den kongruente feedback er pålidelig præsentation af bevægelsen af blokken, så motivet føler, at blokken er grebet og se det bevæge sig sammen med stien til hånden. Den inkongruente feedback vises som bevægelsen af blokken afviger fra den faktiske bevægelse vej, så det ser ud til at falde fra hånden, når det faktisk stadig holdes af emnet, og dermed modsiger Taktile feedback. Tyve (alder 30,2 ± 16,3) gentagne 16 blok overførsler, mens deres hånd var skjult. Disse blev gentaget med VTF og uden VTF (i alt 32 blok overførsler). Inkongruente stimuli blev præsenteret tilfældigt to gange inden for de 16 gentagelser i hver tilstand (med og uden VTF). Hvert emne blev bedt om at bedømme sværhedsgraden af at udføre opgaven med og uden VTF. Der var ingen statistisk signifikante forskelle i længden af hånd stier og varigheder mellem overførsler registreret med kongruente og inkongruente visuelle taktile signaler – med og uden VTF. Den opfattede sværhedsgrad af at udføre opgaven med VTF væsentligt korreleret med den normaliserede sti længde af blokken med VTF (r = 0,675, p = 0,002). Denne opsætning bruges til at kvantificere additiv eller reduktiv værdi af VTF under motorisk funktion, der involverer inkongruente visuelle-taktile stimuli. Mulige anvendelser er protetik design, smart sport-slid, eller andre beklædningsgenstande, der inkorporerer VTF.
Introduction
Illusioner er eksplosioneringer af begrænsningerne i vores sanser, som vi fejlagtigt opfatter oplysninger, der afviger fra objektiv virkelighed. Vores perceptuelle konklusion er baseret på vores erfaring med at fortolke sensoriske data og på beregningen af vores hjerne af den mest pålidelige skøn over virkeligheden i nærværelse af tvetydige sensoriske input1.
En under kategori i forskning af illusioner er en, der kombinerer inkongruente sensoriske signaler. Illusionen om, at resultater fra inkongruente sensoriske signaler stammer fra den konstante multisensoriske integration udført af vores hjerne. Mens der er talrige undersøgelser vedrørende inkongruens i visuelle auditive signaler, inkongruens i andre sensoriske par er mindre rapporteret. Denne forskel i antallet af rapporter kan tilskrives den højere enkelhed i udformningen af en opsætning, der inkorporerer visuelle auditive inkongruence. Men undersøgelser, der rapporterer resultater vedrørende andre sensoriske par modaliteter, er interessante. For eksempel blev effekten af inkongruente visuelle-Haptiske signaler på visuel følsomhed2 undersøgt ved hjælp af et system, hvor de visuelle og haptiske stimuli blev matchet i rumlig hyppighed; den haptiske og visuelle orientering var dog identisk (kongruent) eller ortogononal (inkongruent). I en anden undersøgelse, effekten af inkongruente visuelle-taktile bevægelse stimuli på den opfattede visuelle bevægelsesretning blev undersøgt ved hjælp af en visuel-taktile Cross-modal integration stimulator med et oplyst panel, der præsenterer visuelle stimuli og en taktile stimulator, der præsenterer taktile bevægelses stimuli med vilkårlig bevægelsesretning, hastighed og indryknings dybde i huden3. Det blev foreslået, at vi internt repræsenterer både den statistiske fordeling af opgaven og vores sensoriske usikkerhed, der kombinerer dem på en måde, der er i overensstemmelse med en performance-optimering Bayesian proces4.
Virtual Reality har gjort evnen til at bedrage den visuelle feedback til emnet en let opgave. Flere undersøgelser anvendte multisensoriske Virtual Reality til at misjustere visuelle og somatosensoriske oplysninger. For eksempel, Virtual Reality blev for nylig brugt til at fremkalde udførelsesform i et barns krop, med eller uden aktivering af en børne-lignende stemme forvrængning5. I et andet eksempel, den visuelle præsentation af gåafstand under selv bevægelse blev forlænget og var derfor inkongruent med rejseafstanden mærkes af krop-baserede stikord6. En lignende Virtual Reality-opsætning er designet til en cykelaktivitet7. Alle førnævnte litteratur, dog ikke kombinere en indblanding i en af sanserne, ud over det inkongruente signal. Vi valgte den taktile sans for at modtage en sådan forstyrrelse.
Vores taktile sensoriske system giver direkte bevis for, om et objekt er ved at blive grebet. Vi forventer derfor, at når direkte visuel feedback er forvrænget eller utilgængelig, vil det taktile sensoriske Systems rolle i objekt manipulerings opgaver være fremtrædende. Men hvad ville der ske, hvis den taktile sensoriske kanal også blev forstyrret? Dette er et muligt resultat af at bruge vibrotactile feedback (VTF) for sensorisk augmentation, da det fanger den enkeltes opmærksomhed8. I dag bruges Augmented feedback af forskellige metoder som et eksternt værktøj, der har til formål at forbedre vores interne sensoriske feedback og forbedre ydeevnen under motor læring, i sport og i rehabiliterings indstillinger9.
Studiet af inkongruente visuelle taktile stimuli kan forbedre vores forståelse af opfattelsen af det sensoriske input. Især kvantificering af additiv eller reduktiv værdi af VTF under motorisk funktion, der involverer inkongruente visuelle taktile stimuli, kan hjælpe i fremtidige protetik design, smart sport-slid, eller andre beklædningsgenstande, der inkorporerer VTF. Da amputerede er frataget taktile stimuli på det distale aspekt af deres residuum, deres daglige brug af VTF, indlejret i protese til at formidle viden om greb, for eksempel, kan påvirke, hvordan de opfatter visuel feedback. Forståelse af mekanismen for Perception under disse betingelser, vil give ingeniører til at perfektionere VTF modaliteter til at reducere den negative effekt på VTF brugere.
Vi havde til hensigt at teste effekten af VTF på respons på inkongruente visuelle-taktile stimuli. I den præsenterede setup, er den taktile feedback erhverves ved at gribe en blok og flytte den på tværs af en partition; den visuelle feedback er en virtuel real-time præsentation af den bevægende blok og partitionen (erhvervet ved hjælp af et motion capture system). Da motivet forhindres i at se den faktiske håndbevægelse, er den eneste visuelle feedback den virtuelle. Den kongruente feedback er pålidelig præsentation af bevægelsen af blokken, så motivet føler, at blokken er grebet og ser det bevæge sig sammen med stien til hånden. Den inkongruente feedback vises som bevægelsen af blokken afviger fra den faktiske bevægelse vej, så det ser ud til at falde fra hånden, når det faktisk stadig holdes af emnet, og dermed modsiger Taktile feedback. Tre hypoteser blev afprøvet: når du flytter et objekt fra et sted til et andet ved hjælp af virtuel visuel feedback, (i) stien og varigheden af objektets Transfer bevægelse vil stige, når inkongruente visuelle-taktile stimuli er præsenteret, (II) denne ændring vil øges, når inkongruente visuelle taktile stimuli præsenteres, og VTF aktiveres på den bevægende arm, og (III) der vil blive fundet en positiv korrelation mellem den opfattede sværhedsgrad af at udføre opgaven med VTF aktiveret og stien og varigheden af objektets overførsels bevægelse. Den første hypotese stammer fra førnævnte litteratur, der rapporterer, at forskellige metoder til inkongruent feedback påvirker vores svar. Den anden hypotese vedrører de tidligere resultater, som VTF indfanger den enkeltes opmærksomhed. For den tredje hypotese, vi antog, at, der var mere forstyrret af VTF, vil stole på den virtuelle visuelle feedback mere end deres taktile sans.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne undersøgelse, en protokol, der kvantificerer effekten af at tilføje VTF på objektet overførsel kinematik i tilstedeværelse af inkongruente visuelle-taktile stimuli blev præsenteret. Efter vores bedste overbevisning er dette den eneste protokol til rådighed til at teste effekten af VTF på respons på inkongruente visuelle-taktile stimuli. De mange kritiske trin, der er involveret i anvendelsen af inkongruente visuelle taktile stimuli under objekt overførsel med VTF, omfatter følgende: fastgørelse af VTF…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev ikke finansieret.
Materials
| 3D printer | Makerbot | https://www.makerbot.com/ | |
| Box and Blocks test | Sammons Preston | https://www.performancehealth.com/box-and-blocks-test | |
| Flexiforce sensors (1lb) | Tekscan Inc. | https://www.tekscan.com/force-sensors | |
| JASP | JASP Team | https://jasp-stats.org/ | |
| Labview | National Instruments | http://www.ni.com/en-us/shop/labview/labview-details.html | |
| Micro Arduino | Arduino LLC | https://store.arduino.cc/arduino-micro | |
| Motion capture system | Qualisys | https://www.qualisys.com | |
| Shaftless vibration motor | Pololu | https://www.pololu.com/product/1638 | |
| SPSS | IBM | https://www.ibm.com/analytics/spss-statistics-software |
References
- Aggelopoulos, N. C. Perceptual inference. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 55, 375-392 (2015).
- van der Groen, O., van der Burg, E., Lunghi, C., Alais, D. Touch influences visual perception with a tight orientation-tuning. PloS One. 8 (11), e79558 (2013).
- Pei, Y. C., et al. Cross-modal sensory integration of visual-tactile motion information: instrument design and human psychophysics. Sensors. 13 (6), 7212-7223 (2013).
- Kording, K. P., Wolpert, D. M. Bayesian integration in sensorimotor learning. Nature. 427 (6971), 244-247 (2004).
- Tajadura-Jimenez, A., Banakou, D., Bianchi-Berthouze, N., Slater, M. Embodiment in a Child-Like Talking Virtual Body Influences Object Size Perception, Self-Identification, and Subsequent Real Speaking. Scientific Reports. 7 (1), (2017).
- Campos, J. L., Butler, J. S., Bulthoff, H. H. Multisensory integration in the estimation of walked distances. Experimental Brain Research. 218 (4), 551-565 (2012).
- Sun, H. J., Campos, J. L., Chan, G. S. Multisensory integration in the estimation of relative path length. Experimental Brain Research. 154 (2), 246-254 (2004).
- Parmentier, F. B., Ljungberg, J. K., Elsley, J. V., Lindkvist, M. A behavioral study of distraction by vibrotactile novelty. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 37 (4), 1134-1139 (2011).
- Sigrist, R., Rauter, G., Riener, R., Wolf, P. Augmented visual, auditory, haptic, and multimodal feedback in motor learning: a review. Psychonomic Bulletin & Review. 20 (1), 21-53 (2013).
- Hebert, J. S., Lewicke, J., Williams, T. R., Vette, A. H. Normative data for modified Box and Blocks test measuring upper-limb function via motion capture. Journal of Rehabilitation Research and Development. 51 (6), 918-932 (2014).
- Raveh, E., Portnoy, S., Friedman, J. Adding vibrotactile feedback to a myoelectric-controlled hand improves performance when online visual feedback is disturbed. Human Movement Science. 58, 32-40 (2018).
- Raveh, E., Friedman, J., Portnoy, S. Evaluation of the effects of adding vibrotactile feedback to myoelectric prosthesis users on performance and visual attention in a dual-task paradigm. Clinical Rehabilitation. 32 (10), 1308-1316 (2018).
- Raveh, E., Portnoy, S., Friedman, J. Myoelectric Prosthesis Users Improve Performance Time and Accuracy Using Vibrotactile Feedback When Visual Feedback Is Disturbed. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. , (2018).
- Raveh, E., Friedman, J., Portnoy, S. Visuomotor behaviors and performance in a dual-task paradigm with and without vibrotactile feedback when using a myoelectric controlled hand. Assistive Technology: The Official Journal of RESNA. , 1-7 (2017).
- Dienes, Z. Using Bayes to get the most out of non-significant results. Frontiers in Psychology. 5, 781 (2014).
- Shams, L., Murray, M. M., Wallace, M. T. Early Integration and Bayesian Causal Inference in Multisensory Perception. The Neural Bases of Multisensory Processes. , (2012).
- D’Amour, S., Pritchett, L. M., Harris, L. R. Bodily illusions disrupt tactile sensations. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 41 (1), 42-49 (2015).
- Tidoni, E., Fusco, G., Leonardis, D., Frisoli, A., Bergamasco, M., Aglioti, S. M. Illusory movements induced by tendon vibration in right- and left-handed people. Experimental Brain Research. 233 (2), 375-383 (2015).
- Fuentes, C. T., Gomi, H., Haggard, P. Temporal features of human tendon vibration illusions. The European Journal of Neuroscience. 36 (12), 3709-3717 (2012).
- de Vignemont, F., Ehrsson, H. H., Haggard, P. Bodily illusions modulate tactile perception. Current Biology. 15 (14), 1286-1290 (2005).
- Marotta, A., Tinazzi, M., Cavedini, C., Zampini, M., Fiorio, M. Individual Differences in the Rubber Hand Illusion Are Related to Sensory Suggestibility. PloS One. 11 (12), e0168489 (2016).
- Stevenson, R. A., Zemtsov, R. K., Wallace, M. T. Individual differences in the multisensory temporal binding window predict susceptibility to audiovisual illusions. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 38 (6), 1517-1529 (2012).
- Maravita, A., Spence, C., Driver, J. Multisensory integration and the body schema: close to hand and within reach. Current Biology. 13 (13), R531-R539 (2003).
- Carey, D. P. Multisensory integration: attending to seen and felt hands. Current Biology. 10 (23), R863-R865 (2000).
- Tsakiris, M., Haggard, P. The rubber hand illusion revisited: visuotactile integration and self-attribution. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 31 (1), 80-91 (2005).
