在振动触觉反馈的对象传递过程中应用不一致的视觉触觉刺激
Summary
我们提出了一种在对象传输任务中应用不一致的视觉触觉刺激的协议。具体来说, 在隐藏手的过程中执行的块传输过程中, 块的虚拟呈现显示了错误块掉落的随机匹配。该协议还描述了在执行电机任务时添加振动反应反馈。
Abstract
涉及干扰触觉反馈的不一致感觉信号的应用很少被探讨, 特别是在存在振动触觉反馈 (VTF) 的情况下。本协议旨在测试 VTF 对不一致的视觉触觉刺激反应的影响。触觉反馈是通过抓住一个块并将其移动到一个分区来获得的。视觉反馈是利用运动捕捉系统获得的移动块的实时虚拟呈现。一致的反馈是块运动的可靠呈现, 让主体感觉到方块被抓住, 看到它随着手的路径移动。当方块的运动偏离实际的运动路径时, 不一致的反馈就会出现, 因此当它实际上还被主体持有时, 它似乎会从手上掉落, 从而与触觉反馈相矛盾。20名受试者 (年龄为30.2±16.3 岁) 重复了16次块转移, 而他们的手被隐藏。这些重复与 VTF 和没有 VTF (共32个块调动)。在每个条件下 (有和没有 VTF), 不一致的刺激在16次重复中随机出现两次。要求每个科目对有和没有 VTF 的任务的难度水平进行评分。在与 VTF 和无 vtf 的视觉触觉信号记录的传输之间的手路径长度和持续时间没有统计学上的显著差异。用 VTF 执行任务的感知难度水平与 VTF 块的归一化路径长度显著相关 (r = 0.675, p = 0.002)。该设置用于量化 vtf 在涉及不一致的视觉触觉刺激的运动功能过程中的加性或还原值。可能的应用包括假肢设计、智能运动服或任何其他包含 VTF 的服装。
Introduction
幻觉是对我们感官局限性的剥削, 因为我们错误地感知偏离客观现实的信息。我们的感知推理是基于我们在解释感官数据的经验和计算我们的大脑最可靠的估计现实在不明确的感官输入1的存在。
幻象研究中的一个子类别是一个结合了不一致的感官信号的子类别。由不一致的感官信号产生的错觉源于我们大脑不断的多感官整合。虽然有许多关于视觉听觉信号不一致的研究, 但其他感觉对的不一致报道较少。报告数量的这种差异可能归因于设计包含视觉听觉不一致的设置的更简单性。然而, 报告与其他感官对模式相关的结果的研究是有趣的。例如, 利用在空间频率上匹配视觉和触觉刺激的系统, 研究了不一致的视觉触觉信号对视觉灵敏度2的影响;然而, 触觉和视觉方向是相同的 (一致的) 或正交的 (不一致的)。在另一项研究中, 利用带有显示视觉刺激和触觉的亮板的视觉触觉多模态积分刺激器, 研究了不一致的视觉触觉运动刺激对感知的视觉运动方向的影响在皮肤上显示具有任意运动方向、速度和压痕深度的触觉运动刺激器3。有人建议, 我们在内部代表任务的统计分布和我们的感官不确定性, 并以与性能优化贝叶斯过程4一致的方式将它们结合起来。
虚拟现实使欺骗主体视觉反馈的能力成为一项容易的任务。几项研究使用多感官虚拟现实来不一致的视觉和体感信息。例如, 虚拟现实最近被用来诱导儿童体内的体现, 无论是否激活了类似儿童的语音失真5。在另一个例子中, 自我运动过程中行走距离的视觉呈现被扩展, 因此与基于身体的暗示所感受到的移动距离不一致.为自行车活动设计了类似的虚拟现实设置7。然而, 除了不一致的信号外, 上述所有文献都没有将干扰与其中一种感官结合起来。我们选择了触觉来接受这样的干扰。
我们的触觉感官系统提供了直接的证据, 说明是否有一个物体被抓住。因此, 我们预计, 当直接视觉反馈被扭曲或不可用时, 触觉感觉系统在对象操作任务中的作用将是突出的。然而, 如果触觉感觉通道也受到干扰, 会发生什么？这是一个可能的结果, 使用肌动反馈 (VTF) 的感官增强, 因为它抓住了个人8的注意。今天, 不同模式的增强反馈被用作一个外部工具, 旨在提高我们的内部感官反馈和提高运动学习期间, 运动和康复环境中的性能 9。
对不一致的视觉触觉刺激的研究可能会增强我们对感官输入感知的理解。特别是, 在涉及视觉触觉刺激的运动功能过程中, VTF 的添加剂或还原值的量化, 可以帮助未来的假肢设计、智能运动服或任何其他包含 VTF 的服装。由于截肢者在其残渣的远端被剥夺了触觉刺激, 他们每天使用的 VTF, 嵌入假肢, 以传达掌握的知识, 例如, 可能会影响他们如何感知视觉反馈。了解这些条件下的感知机制, 将使工程师能够完善 VTF 模式, 以减少对 VTF 用户的负面影响。
我们的目的是测试 VTF 对不一致的视觉触觉刺激的反应的影响。在所提出的设置中, 通过抓取一个块并将其移动到一个分区中, 获得触觉反馈;视觉反馈是移动块和分区 (使用运动捕获系统获取) 的实时虚拟表示。由于主体无法看到实际的手部运动, 唯一的视觉反馈是虚拟的手部运动。一致的反馈是块运动的可靠呈现, 让主体感觉到方块被抓住, 看到它随着手的路径移动。当方块的运动偏离实际的运动路径时, 不一致的反馈就会出现, 因此当它实际上还被主体持有时, 它似乎会从手上掉落, 从而与触觉反馈相矛盾。测试了三个假设: 当使用虚拟视觉反馈将对象从一个位置移动到另一个地方时, (i) 当呈现不一致的视觉触觉刺激时, 对象传递运动的路径和持续时间会增加, (ii) 这种变化会增加当在移动臂上显示不一致的视觉触觉刺激和激活 VTF 时, 会增加, 并且 (iii) 在 VTF 激活的情况下执行任务的感知难度水平与 VTF 激活的路径和持续时间之间会发现正相关。对象的传递运动。第一个假设源于上述文献, 这些文献报告说, 各种不一致的反馈方式会影响我们的反应。第二个假设与先前的研究结果有关, 即 VTF 抓住了个人的注意力。对于第三种假设, 我们假设受 VTF 干扰较大的受试者更信任虚拟视觉反馈, 而不是他们的触觉。
Protocol
Representative Results
Discussion
在本研究中, 提出了一种在不一致的视觉触觉刺激作用下, 量化添加 VTF 对物体传递运动学影响的协议。据我们所知, 这是唯一可用来测试 VTF 对不一致的视觉触觉刺激的反应的影响的协议。在与 VTF 的对象传输过程中应用不一致的视觉触觉刺激所涉及的几个关键步骤包括: 将 VTF 系统连接到主体上, 激活 VTF, 准备运动捕捉系统和运动任务, 并激活视觉反馈。至关重要的是, 当事人在审判期间不知道可能…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究没有得到资助。
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
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