Application de stimuli visuels-tactiles Incongrs lors du transfert d’objet avec rétroaction vibro-tactile
Summary
Nous présentons un protocole pour appliquer des stimuli visuels-tactiles incongrents lors d’une tâche de transfert d’objet. Plus précisément, pendant les transferts de blocs, exécutés pendant que la main est masquée, une présentation virtuelle du bloc montre des occurrences aléatoires de faux blocs. Le protocole décrit également l’ajout d’une rétroaction vibrotactile lors de l’exécution de la tâche moteur.
Abstract
L’application de signaux sensoriels incongrés impliquant des retours tactiles perturbés est rarement explorée, en particulier avec la présence de rétroaction vibrotactile (VTF). Ce protocole vise à tester l’effet de la VTF sur la réponse à des stimuli visuels-tactiles incongrents. La rétroaction tactile est acquise en saisissant un bloc et en le déplaçant sur une partition. La rétroaction visuelle est une présentation virtuelle en temps réel du bloc mobile, acquise à l’aide d’un système de capture de mouvement. La rétroaction congruente est la présentation fiable du mouvement du bloc, de sorte que le sujet estime que le bloc est saisi et le voir se déplacer avec le chemin de la main. La rétroaction incongri apparaît comme le mouvement du bloc détourne de la trajectoire de mouvement réelle, de sorte qu’il semble tomber de la main quand il est effectivement encore détenu par le sujet, ce qui contredit la rétroaction tactile. Vingt sujets (âge 30,2 ± 16,3) ont répété 16 transferts de blocs, tandis que leur main était cachée. Ceux-ci ont été répétés avec VTF et sans VTF (total de 32 transferts de blocs). Des stimuli incongres ont été présentés au hasard deux fois dans les 16 répétitions dans chaque condition (avec et sans VTF). Chaque sujet a été invité à évaluer le niveau de difficulté de l’exécution de la tâche avec et sans le VTF. Il n’y avait pas de différences statistiquement significatives dans la longueur des trajectoires des mains et des durées entre les transferts enregistrés avec des signaux visuels-tactiles congruents et incongres – avec et sans le VTF. Le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF a fortement corrélé avec la longueur de chemin normalisée du bloc avec VTF (r = 0,675, p = 0,002). Cette configuration est utilisée pour quantifier l’additif ou la valeur réductive de VTF pendant la fonction motrice qui implique des stimuli visuels-tactiles incongrents. Les applications possibles sont la conception de prothèses, le sport-wear intelligent, ou tout autre vêtement qui incorpore le VTF.
Introduction
Les illusions sont des exploitations des limites de nos sens, car nous percevons à tort des informations qui s’écartent de la réalité objective. Notre inférence perceptuelle est basée sur notre expérience dans l’interprétation des données sensorielles et sur le calcul de notre cerveau de l’estimation la plus fiable de la réalité en présence d’une entrée sensorielle ambiguë1.
Une sous-catégorie dans la recherche des illusions est celle qui combine des signaux sensoriels incongrents. L’illusion qui résulte de signaux sensoriels incongruents provient de l’intégration multisensorielle constante effectuée par notre cerveau. Bien qu’il existe de nombreuses études concernant l’incongruité dans les signaux visuels-auditifs, l’incongruité dans d’autres paires sensorielles est moins rapportée. Cette différence dans le nombre de rapports peut être attribuée à la plus grande simplicité dans la conception d’une installation qui incorpore l’incongruence visuelle-auditive. Cependant, les études qui rapportent des résultats concernant d’autres modalités de paires sensorielles, sont intéressantes. Par exemple, l’effet de signaux haptiques visuels incongru sur la sensibilité visuelle2 a été étudié à l’aide d’un système où les stimuli visuels et haptiques ont été appariés en fréquence spatiale; Cependant, l’orientation haptique et visuelle était identique (congruent) ou orthogonale (incongru). Dans une autre étude, l’effet des stimuli visuels-tactiles incongres sur la direction visuelle perçue du mouvement a été étudié à l’aide d’un stimulateur d’intégration multimodale visuelle-tactile avec un panneau éclairé qui présente des stimuli visuels et un stimulateur qui présente des stimuli de mouvement tactiles avec une direction de mouvement arbitraire, une vitesse et une profondeur d’indentation dans la peau3. Il a été suggéré que nous représentons à l’interne la répartition statistique de la tâche et notre incertitude sensorielle, en les combinant de manière cohérente avec un processus bayésien optimisé pour la performance4.
La réalité virtuelle a fait la capacité de tromper la rétroaction visuelle au sujet d’une tâche facile. Plusieurs études ont utilisé la réalité virtuelle multisensorielle pour déaligner les informations visuelles et somatosensorielles. Par exemple, la réalité virtuelle a récemment été utilisée pour induire l’incorporation dans le corps d’un enfant, avec ou sans activation d’une distorsion de la voix de l’enfant5. Dans un autre exemple, la présentation visuelle de la distance de marche pendant l’auto-mouvement a été prolongée et était donc incongrée avec la distance de déplacement ressentie par les repères à base de corps6. Une configuration de réalité virtuelle similaire a été conçue pour une activité cycliste7. Toute la littérature susmentionnée, cependant, n’a pas combiné une interférence à l’un des sens, en plus du signal incongrent. Nous avons choisi le sens tactile pour recevoir une telle perturbation.
Notre système sensoriel tactile fournit des preuves directes quant à savoir si un objet est saisi. Nous prévoyons donc que lorsque la rétroaction visuelle directe est déformée ou indisponible, le rôle du système sensoriel tactile dans les tâches de manipulation d’objet sera important. Cependant, que se passerait-il si le canal sensoriel tactile était également perturbé? Il s’agit d’un résultat possible de l’utilisation de rétroaction vibrotactile (VTF) pour l’augmentation sensorielle, car il capte l’attention de l’individu8. Aujourd’hui, la rétroaction augmentée de différentes modalités est utilisée comme un outil externe, destiné à améliorer notre rétroaction sensorielle interne et à améliorer les performances lors de l’apprentissage moteur, dans le sport et dans les paramètres de réadaptation9.
L’étude des stimuli visuels-tactiles incongres peut améliorer notre compréhension en ce qui concerne la perception de l’apport sensoriel. En particulier, la quantification de l’additif ou de la valeur réductive de VTF pendant la fonction motrice qui implique des stimuli visuels-tactiles incongrents, peut aider dans la conception de prothèses futures, le sport-wear intelligent, ou tout autre vêtement qui incorporent le VTF. Étant donné que les amputés sont privés de stimuli tactiles à l’aspect distal de leur résidu, leur utilisation quotidienne du VTF, incorporée dans la prothèse pour transmettre la connaissance de préhension, par exemple, pourrait influencer la façon dont ils perçoivent la rétroaction visuelle. La compréhension du mécanisme de perception dans ces conditions, permettra aux ingénieurs de perfectionner les modalités de VTF pour réduire l’effet négatif sur les utilisateurs de VTF.
Nous avons cherché à tester l’effet de la VTF sur la réponse à des stimuli visuels-tactiles incongrents. Dans la configuration présentée, la rétroaction tactile est acquise en saisissant un bloc et en le déplaçant sur une partition; la rétroaction visuelle est une présentation virtuelle en temps réel du bloc mobile et de la partition (acquise à l’aide d’un système de capture de mouvement). Étant donné que le sujet est empêché de voir le mouvement de la main réelle, la seule rétroaction visuelle est le virtuel. La rétroaction congruente est la présentation fiable du mouvement du bloc, de sorte que le sujet sent que le bloc est saisi et le voit se déplacer avec le chemin de la main. La rétroaction incongri apparaît comme le mouvement du bloc détourne de la trajectoire de mouvement réelle, de sorte qu’il semble tomber de la main quand il est effectivement encore détenu par le sujet, ce qui contredit la rétroaction tactile. Trois hypothèses ont été testées: lors du déplacement d’un objet d’un endroit à un autre à l’aide d’une rétroaction visuelle virtuelle, (i) le chemin et la durée du mouvement de transfert de l’objet augmentent lorsque des stimuli visuels-tactiles incongrés sont présentés, (II) ce changement sera augmentation lorsque des stimuli visuels-tactiles incongris sont présentés et que le VTF est activé sur le bras mobile, et (III) une corrélation positive sera trouvée entre le niveau de Difficulté perçu de l’exécution de la tâche avec le VTF activé et la trajectoire et la durée de la mouvement de transfert de l’objet. La première hypothèse provient de la littérature susmentionnée qui signale que diverses modalités de rétroaction incongri affectent nos réponses. La deuxième hypothèse porte sur les constatations antérieures selon lesquelles le VTF saisit l’attention de l’individu. Pour la troisième hypothèse, nous avons supposé que les sujets qui étaient plus perturbés par le VTF, feront confiance à la rétroaction visuelle virtuelle plus que leur sens tactile.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cette étude, un protocole qui quantifie l’effet de l’ajout de VTF sur la cinématique de transfert d’objet en présence de stimuli visuels-tactiles incongrés a été présenté. Au meilleur de notre connaissance, c’est le seul protocole disponible pour tester l’effet de VTF sur la réponse à des stimuli visuels-tactiles incongrents. Les différentes étapes critiques impliquées dans l’application de stimuli visuels-tactiles incongri lors du transfert d’objet avec VTF sont les suivantes: fixation du…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude n’a pas été financée.
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 |
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