Applicazione di stimoli visivi e tattili incongruenti durante il trasferimento di oggetti con feedback vibro-tattile
Summary
Presentiamo un protocollo per applicare gli stimoli visivi-tattili incongruenti durante un’attività di trasferimento di oggetti. In particolare, durante i trasferimenti a blocchi, eseguiti mentre la mano è nascosta, una presentazione virtuale del blocco mostra occorrenze casuali di blocchi falsi. Il protocollo descrive anche l’aggiunta di feedback vibrotattili durante l’esecuzione del task motore.
Abstract
Raramente si esplorava l’applicazione di segnali sensoriali incongruenti che coinvolgono un feedback tattile interrotto, in particolare con la presenza di feedback vibrotattili (VTF). Questo protocollo mira a testare l’effetto di VTF sulla risposta a stimoli visivi-tattili incongruenti. Il feedback tattile viene acquisito afferrando un blocco e spostandolo su una partizione. Il feedback visivo è una presentazione virtuale in tempo reale del blocco mobile, acquisita utilizzando un sistema di Motion Capture. Il feedback congruente è la presentazione affidabile del movimento del blocco, in modo che il soggetto senta che il blocco è affinato e vederlo muoversi insieme al percorso della mano. Il feedback incongruente appare come il movimento del blocco diverte dal percorso di movimento effettivo, in modo che sembra cadere dalla mano quando è in realtà ancora detenuto dal soggetto, in modo da contraddire il feedback tattile. Venti soggetti (età 30,2 ± 16,3) ripetevano 16 blocchi di trasferimento, mentre la loro mano era nascosta. Questi sono stati ripetuti con VTF e senza VTF (totale di 32 blocchi di trasferimento). Gli stimoli incongruenti sono stati presentati casualmente due volte all’interno delle 16 ripetizioni in ogni condizione (con e senza VTF). Ogni soggetto è stato chiesto di votare il livello di difficoltà di eseguire il compito con e senza il VTF. Non vi sono state differenze statisticamente significative nella lunghezza dei percorsi delle mani e delle durate tra i trasferimenti registrati con segnali visivi-tattili congruenti e incongruenti – con e senza il VTF. Il livello di difficoltà percepito di eseguire l’operazione con il VTF significativamente correlato con la lunghezza del percorso normalizzato del blocco con VTF (r = 0,675, p = 0,002). Questa impostazione viene utilizzata per quantificare il valore additivo o riduttivo di VTF durante la funzione motoria che coinvolge incongruenti stimoli visivi-tattili. Le applicazioni possibili sono la progettazione protesica, l’abbigliamento sportivo intelligente o qualsiasi altro indumento che incorpora VTF.
Introduction
Le illusioni sono sfruttazioni dei limiti dei nostri sensi, poiché percepiamo erroneamente le informazioni che si discosta dalla realtà oggettiva. La nostra inferenza percettiva si basa sulla nostra esperienza nell’interpretare i dati sensoriali e sul calcolo del nostro cervello della stima più affidabile della realtà in presenza di input sensoriale ambiguo1.
Una sottocategoria nella ricerca delle illusioni è quella che unisce segnali sensoriali incongruenti. L’illusione che deriva da segnali sensoriali incongruenti proviene dalla costante integrazione multisensoriale eseguita dal nostro cervello. Mentre ci sono numerosi studi riguardanti l’incongruenza nei segnali visivi-uditivi, l’incongruenza in altre coppie sensoriali è meno segnalata. Questa differenza nel numero di report potrebbe essere attribuita alla maggiore semplicità nella progettazione di una configurazione che incorpora incongruenza visiva-uditiva. Tuttavia, gli studi che riportano i risultati relativi ad altre modalità di coppie sensoriali, sono interessanti. Ad esempio, l’effetto di segnali visivi-aptici incongruenti sulla sensibilità visiva2 è stato studiato utilizzando un sistema in cui gli stimoli visivi e aptici sono stati abbinati in frequenza spaziale; Tuttavia, l’orientamento tattile e visivo era identico (congruente) o ortogonale (incongruente). In un altro studio, l’effetto di incongruenti stimoli di movimento visivo-tattile sulla direzione visiva percepita del movimento è stato studiato utilizzando uno stimolatore di integrazione cross-modale visivo-tattile con un pannello illuminato che presenta stimoli visivi e un tattile stimolatore che presenta stimoli di movimento tattili con direzione di movimento arbitrario, velocità e profondità di indentazione nella pelle3. È stato suggerito che rappresentiamo internamente sia la distribuzione statistica del compito e la nostra incertezza sensoriale, combinandole in un modo coerente con un processo bayesiano che ottimizza le prestazioni4.
La realtà virtuale ha fatto la capacità di ingannare il feedback visivo al soggetto un compito facile. Diversi studi hanno utilizzato la realtà virtuale multisensoriale per boli di informazioni visive e somatosensoriali. Ad esempio, la realtà virtuale è stata recentemente utilizzata per indurre l’incarnazione nel corpo di un bambino, con o senza attivazione di una distorsione vocale a forma di bambino5. In un altro esempio, la presentazione visiva della distanza percorsa durante l’auto-movimento è stata estesa ed è quindi incongruente con la distanza percorsa dai segnali a base di corpo6. Una configurazione di realtà virtuale simile è stata progettata per un’attività in bicicletta7. Tutta la suddetta letteratura, tuttavia, non combinava un’interferenza con uno dei sensi, oltre al segnale incongruente. Abbiamo scelto il senso tattile per ricevere un tale disturbo.
Il nostro sistema sensoriale tattile fornisce una prova diretta sul fatto che un oggetto sia affinato. Ci aspettiamo quindi che quando il feedback visivo diretto è distorto o non disponibile, il ruolo del sistema sensoriale tattile nelle attività di manipolazione degli oggetti sarà prominente. Ma cosa accadrebbe se anche il canale sensoriale tattile fosse disturbato? Questo è un possibile risultato dell’utilizzo di feedback vibrotattile (VTF) per l’aumento sensoriale, in quanto cattura l’attenzione del singolo8. Oggi, il feedback aumentato di diverse modalità viene utilizzato come strumento esterno, inteso a migliorare il nostro feedback sensoriale interno e migliorare le prestazioni durante l’apprendimento motorio, nello sport e nelle impostazioni di riabilitazione9.
Lo studio di incongruenti stimoli visivi-tattili può migliorare la nostra comprensione per quanto riguarda la percezione dell’input sensoriale. In particolare, la quantificazione del valore additivo o riduttivo di VTF durante la funzione motoria che coinvolge incongruenti stimoli visivi-tattili, può aiutare nel futuro disegno protesica, Smart sport-usura, o qualsiasi altro indumento che incorporano VTF. Poiché gli amputati sono privi di stimoli tattili all’aspetto distale del loro residuo, il loro uso quotidiano del VTF, incorporato nella protesi per trasmettere la conoscenza dell’afferrare, ad esempio, potrebbe influenzare il modo in cui percepiscono il feedback visivo. La comprensione del meccanismo di percezione in queste condizioni, consentirà agli ingegneri di perfezionare le modalità VTF per ridurre l’effetto negativo sugli utenti VTF.
Abbiamo mirato a testare l’effetto di VTF sulla risposta a stimoli visivi-tattili incongruenti. Nella configurazione presentata, il feedback tattile viene acquisito afferrando un blocco e spostandolo su una partizione; il feedback visivo è una presentazione virtuale in tempo reale del blocco in movimento e della partizione (acquisita utilizzando un sistema di Motion Capture). Dal momento che il soggetto è impedito di vedere il movimento effettivo della mano, l’unico feedback visivo è quello virtuale. Il feedback congruente è la presentazione affidabile del movimento del blocco, in modo che il soggetto senta che il blocco è affinato e vede muoversi insieme al percorso della mano. Il feedback incongruente appare come il movimento del blocco diverte dal percorso di movimento effettivo, in modo che sembra cadere dalla mano quando è in realtà ancora detenuto dal soggetto, in modo da contraddire il feedback tattile. Sono state testate tre ipotesi: quando si sposta un oggetto da un luogo all’altro utilizzando un feedback visivo virtuale, (i) il percorso e la durata del movimento di trasferimento dell’oggetto aumenteranno quando vengono presentati gli stimoli visivi-tattili incongruenti, (II) questa modifica sarà aumentare quando si presentano incongruenti stimoli visivi-tattili e VTF è attivato sul braccio mobile, e (III) si trova una correlazione positiva tra il livello di difficoltà percepito di eseguire il compito con il VTF attivato e il percorso e la durata del movimento di trasferimento dell’oggetto. La prima ipotesi proviene dalla suddetta letteratura che riporta che varie modalità di feedback incongruenti influenzano le nostre risposte. La seconda ipotesi riguarda le precedenti constatazioni che VTF cattura l’attenzione dell’individuo. Per la terza ipotesi, abbiamo ipotizzato che i soggetti che erano più disturbati dal VTF, si fideranno del feedback visivo virtuale più del loro senso tattile.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo studio, è stato presentato un protocollo che quantifica l’effetto dell’aggiunta di VTF sulla cinematica di trasferimento di oggetti in presenza di incongruenti stimoli visivi-tattili. Al meglio delle nostre conoscenze, questo è l’unico protocollo disponibile per testare l’effetto di VTF sulla risposta a stimoli visivi-tattili incongruenti. I diversi passaggi critici coinvolti nell’applicazione di incongruenti stimoli visivi-tattili durante il trasferimento di oggetti con VTF includono i seguenti: collegare il…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio non è stato finanziato.
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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