Toepassing incongruent visueel-tactiele prikkels tijdens object transfer met Vibro-tactiele feedback
Summary
We presenteren een protocol om incongruent visueel-tactiele prikkels toe te passen tijdens een object overdracht taak. Concreet, tijdens blok transfers, uitgevoerd terwijl de hand is verborgen, een virtuele presentatie van het blok toont willekeurige voorvallen van valse blok druppels. Het protocol beschrijft ook het toevoegen van vibrotactile feedback tijdens het uitvoeren van de motor taak.
Abstract
De toepassing van incongruente zintuiglijke signalen die verstoorde tactiele feedback gaat is zelden verkend, in het bijzonder met de aanwezigheid van vibrotactile feedback (VTF). Dit protocol beoogt het testen van het effect van VTF op de reactie op incongruente visueel-tactiele stimuli. De tactiele feedback wordt verkregen door het grijpen van een blok en het verplaatsen van het over een partitie. De visuele feedback is een real-time virtuele presentatie van het bewegende blok, verworven met behulp van een motion capture systeem. De congruente feedback is de betrouwbare presentatie van de beweging van het blok, zodat het onderwerp van mening dat het blok is begrepen en zie het bewegen samen met het pad van de hand. De incongruent feedback verschijnt als de beweging van het blok doorschakelt van de werkelijke beweging pad, zodat het lijkt te laten vallen van de hand wanneer het eigenlijk nog steeds in het bezit van het onderwerp, waardoor tegenstrijdig de tactiele feedback. Twintig onderwerpen (leeftijd 30,2 ± 16,3) herhaalden 16 blok overdrachten, terwijl hun hand werd verborgen. Deze werden herhaald met VTF en zonder VTF (totaal van 32 blok overdrachten). De incongruente stimuli werden willekeurig tweemaal binnen de 16 herhalingen in elke voorwaarde (met en zonder VTF) voorgesteld. Elk onderwerp werd gevraagd om de moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met en zonder de VTF te beoordelen. Er waren geen statistisch significante verschillen in de lengte van de hand paden en de duur tussen de overdrachten opgenomen met congruent en incongruent visueel-tactiele signalen-met en zonder de VTF. De waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF significant gecorreleerd met de genormaliseerde lengte van het pad van het blok met VTF (r = 0,675, p = 0,002). Deze opstelling wordt gebruikt om het additief of de reductieve waarde van VTF tijdens motorfunctie te kwantificeren die incongruent visueel-tactiele stimuli impliceert. Mogelijke toepassingen zijn protheses ontwerp, Smart sport-wear, of een andere kleding die VTF op te nemen.
Introduction
Illusies zijn uitbuitingen van de beperkingen van onze zintuigen, omdat we ten onrechte informatie waarnemen die afwijkt van objectieve werkelijkheid. Onze perceptieve relatie is gebaseerd op onze ervaring in het interpreteren van zintuiglijke gegevens en op de berekening van onze hersenen van de meest betrouwbare schatting van de werkelijkheid in de aanwezigheid van ambigue sensorische ingang1.
Een sub-categorie in het onderzoek van illusies is er een die incongruente zintuiglijke signalen combineert. De illusie dat de resultaten van incongruente zintuiglijke signalen afkomstig is van de constante multisensorische integratie uitgevoerd door onze hersenen. Terwijl er talrijke studies betreffende onenigheid in visueel-auditieve signalen zijn, is de incongruentie in andere sensorische paren minder gerapporteerd. Dit verschil in het aantal rapporten kan worden toegeschreven aan de hogere eenvoud in het ontwerpen van een Setup die visueel-auditieve incongruentie bevat. Echter, studies die verslag resultaten met betrekking tot andere zintuiglijke paren modaliteiten, zijn interessant. Bijvoorbeeld, het effect van incongruente visueel-haptische signalen op visuele gevoeligheid2 werd bestudeerd gebruikend een systeem waar de visuele en haptische stimuli in ruimte frequentie werden gematched; echter, de haptische en visuele oriëntatie was identiek (congruent) of orthogonale (incongruente). In een andere studie, het effect van incongruente visueel-tactiele motie prikkels op de waargenomen visuele richting van de beweging werd onderzocht met behulp van een visueel-tactiele cross-modale integratie stimulator met een verlichte paneel dat visuele prikkels en een tactiele presenteert stimulator die tactiele beweging prikkels presenteert met willekeurige beweging richting, snelheid, en inspringing diepte in de huid3. Men stelde voor dat wij intern zowel de statistische distributie van de taak als onze sensorische onzekerheid vertegenwoordigen, die hen combineert op een manier verenigbaar met een prestaties-optimaliserend Bayesiaanse proces4.
Virtual Reality heeft de mogelijkheid om de visuele feedback te bedriegen om het onderwerp een gemakkelijke taak. Verscheidene studies gebruikten multisensorische virtuele werkelijkheid om visuele en somatosensorische informatie verkeerd af te stemmen. Bijvoorbeeld, werd de virtuele werkelijkheid onlangs gebruikt om belichaming in het lichaam van een kind te veroorzaken, met of zonder activering van een kind-als stemvervorming5. In een ander voorbeeld, de visuele presentatie van de loopafstand tijdens zelf-beweging werd uitgebreid en was dus incongruent met de reisafstand gevoeld door lichaam gebaseerde cues6. Een soortgelijke Virtual Reality Setup is ontworpen voor een wieler activiteit7. Alle bovengenoemde literatuur, echter, combineerde geen interferentie aan één van de betekenissen, naast het incongruente signaal. We kozen voor de tactiele zin om een dergelijke verstoring te ontvangen.
Onze tactiele sensorische systeem biedt direct bewijs over de vraag of een object wordt begrepen. Wij verwachten daarom dat wanneer de directe visuele terugkoppeling vervormd of niet beschikbaar is, de rol van het tactiele sensorische systeem in de taken van de objecten manipulatie prominent zal zijn. Echter, wat zou er gebeuren als de tactiele sensorische kanaal was ook verstoord? Dit is een mogelijke uitkomst van het gebruik van vibrotactile feedback (VTF) voor sensorische vergroting, omdat het vangt de aandacht van de individuele8. Vandaag, augmented feedback van de verschillende modaliteiten wordt gebruikt als een externe tool, bedoeld om onze interne zintuiglijke feedback te verbeteren en de prestaties tijdens motorisch leren, in de sport en in revalidatie-instellingen9.
De studie van incongruent visueel-tactiele stimuli kunnen versterken ons begrip ten aanzien van de perceptie van de zintuiglijke input. In het bijzonder, kwantificering van het additief of reductieve waarde van VTF tijdens de motorfunctie die incongruent visueel-tactiele prikkels impliceert, kan helpen in de toekomst protheses ontwerp, Smart sport-wear, of enige andere kleding die VTF op te nemen. Aangezien geamputeerden zijn beroofd van tactiele prikkels op het distale aspect van hun residuum, hun dagelijks gebruik van de VTF, ingebed in de prothese om kennis van grijpen, bijvoorbeeld, zou kunnen beïnvloeden hoe ze waarnemen visuele feedback te brengen. Het begrip van het mechanisme van waarneming onder deze voorwaarden, zal ingenieurs toelaten om VTF modaliteiten te perfectioneren om het negatieve effect op VTF gebruikers te verminderen.
Wij poogden het effect van VTF op de reactie op incongruente visueel-tactiele stimuli te testen. In de voorgestelde opstelling, wordt de tactiele terugkoppeling verworven door een blok te grijpen en het te bewegen over een verdeling; de visuele feedback is een real-time virtuele presentatie van het bewegende blok en de partitie (verkregen met behulp van een motion capture-systeem). Aangezien het onderwerp wordt verhinderd het zien van de werkelijke handbeweging, de enige visuele feedback is de virtuele. De congruente feedback is de betrouwbare presentatie van de beweging van het blok, zodat het onderwerp van mening dat het blok is begrepen en ziet het bewegen samen met het pad van de hand. De incongruent feedback verschijnt als de beweging van het blok doorschakelt van de werkelijke beweging pad, zodat het lijkt te laten vallen van de hand wanneer het eigenlijk nog steeds in het bezit van het onderwerp, waardoor tegenstrijdig de tactiele feedback. Drie hypothesen werden getest: bij het verplaatsen van een object van de ene plaats naar de andere met behulp van virtuele visuele feedback, (i) het pad en de duur van de overdracht van het object beweging zal toenemen wanneer incongruent visueel-tactiele prikkels wordt gepresenteerd, (II) deze verandering zal verhoging wanneer incongruent visueel-tactiele prikkels wordt gepresenteerd en VTF wordt geactiveerd op de bewegende arm, en (III) een positieve correlatie zal worden gevonden tussen de waargenomen moeilijkheidsgraad van het uitvoeren van de taak met de VTF geactiveerd en het pad en de duur van de overdrachts beweging van het object. De eerste hypothese komt voort uit voornoemde literatuur dat het verslag dat verschillende modaliteiten van incongruente feedback van invloed op onze antwoorden. De tweede hypothese heeft betrekking op de eerdere bevindingen dat VTF de aandacht van het individu vastlegt. Voor de derde hypothese, gingen we ervan uit dat onderwerpen die meer verstoord door de VTF, zal vertrouwen op de virtuele visuele feedback meer dan hun tactiele zin.
Protocol
Representative Results
Discussion
In deze studie, een protocol dat kwantificeert het effect van het toevoegen van VTF op het object Transfer bewegingen in de aanwezigheid van incongruent visueel-tactiele prikkels werd gepresenteerd. Om het beste van onze kennis, dit is het enige protocol beschikbaar om het effect van VTF op de reactie op incongruente visueel-tactiele stimuli te testen. De verschillende kritieke stappen die betrokken zijn bij de toepassing van incongruente visueel-tactiele stimuli tijdens object transfer met VTF omvatten de volgende: het …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd niet gefinancierd.
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).
