החלת גירויים חזותיים קלקל במהלך העברת האובייקט עם משוב Vibro מישוש
Summary
אנו מציגים פרוטוקול להחלת גירויים חזותיים קלקל במהלך משימת העברת אובייקט. באופן ספציפי, במהלך העברות בלוקים, ביצוע כאשר היד מוסתרת, מצגת וירטואלית של הבלוק מראה מופעים אקראיים של טיפות בלוק שווא. הפרוטוקול גם מתאר הוספת משוב vibrotactile ישוש בעת ביצוע משימה מוטורית.
Abstract
היישום של אותות חישה קלקל המערבת משוב מישוש מקבל לעתים רחוקות לחקור, במיוחד עם נוכחות של משוב vibrotactile (VTF). פרוטוקול זה נועד לבחון את ההשפעה של VTF על התגובה לגירויים חזותיים קלקל. המשוב מישוש נרכש על ידי האוחז בלוק והזזתו על פני מחיצה. המשוב החזותי הוא מצגת וירטואלית בזמן אמת של הבלוק נע, הנרכש באמצעות מערכת לכידת תנועה. המשוב התואם הוא התצוגה המהימנה של תנועת הבלוק, כך שהנושא מרגיש שהבלוק נתפס ורואה אותו זז יחד עם הדרך של היד. המשוב הקלקל מופיע כאשר התנועה של הבלוק מבליטה את נתיב התנועה בפועל, כך שנראה לרדת מן היד כאשר הוא עדיין מוחזק על ידי הנושא, ובכך סותר את המשוב מישוש. עשרים נושאים (גיל 30.2 ± 16.3) חוזרים על 16 בלוק העברות, בעוד היד שלהם היה מוסתר. אלה חזרו עם VTF ומבלי VTF (סך של 32 בלוק העברות). גירויים קלקל הוצגו באקראי פעמיים בתוך 16 חזרות בכל תנאי (עם ובלי VTF). כל נושא התבקש לדרג את רמת הקושי של ביצוע המשימה עם ובלי VTF. לא היו הבדלים משמעותיים מבחינה סטטיסטית באורך נתיבי היד ומשכים בין העברות שנרשמו עם אותות חזותיים וקלקל מישוש ויזואלי – עם ובלי VTF. רמת הקושי נתפסת של ביצוע המשימה עם VTF בקורלציה משמעותית עם אורך הנתיב מנורמל של הבלוק עם VTF (r = 0.675, p = 0.002). הגדרה זו משמשת לכמת את ערך התוסף או הקשר של VTF במהלך התפקוד המוטורי הכרוך קלקל גירויים חזותיים מישוש. יישומים אפשריים הם עיצוב תותבת, ספורט ללבישה חכמים, או כל בגדים אחרים המשלבים VTF.
Introduction
האשליות מגבמות את מגבלות החושים שלנו, כפי שאנו תופסים בטעות מידע שחורג מהמציאות האובייקטיבית. היסק התפיסתי שלנו מבוסס על הניסיון שלנו בפענוח נתוני חישה ובחישוב המוח של האומדן האמין ביותר של המציאות בנוכחות קלט חושי מעורפל1.
תת-קטגוריה בחקר האשליות היא אחת המשלבת אותות חישה קלקל. האשליה שנובעת מאותות קלקל חושים מקורו באינטגרציה רבת החושים המתמדת שבוצעה על-ידי המוח שלנו. אמנם יש מחקרים רבים בנוגע incongruence אותות חזותיים-שמיעתי, incongruence בזוגות חושים אחרים הוא פחות דיווח. הבדל זה במספר הדוחות עשוי להיות מיוחס לפשטות גבוהה יותר בעיצוב התקנה המשלבת incongruence ויזואלית שמיעתי. עם זאת, מחקרים המדווחים על תוצאות הנוגעות לזוגות סנסוריים אחרים, מעניינים. לדוגמה, ההשפעה של אותות חזותיים מקלקל על רגישות חזותית2 נחקרה באמצעות מערכת שבה הגירויים החזותיים והאפוטיים התאימו בתדר המרחבי; עם זאת, האוריינטציה האפוטית והחזותית הייתה זהה (מדומה) או אורתוגונלי (קלקל). במחקר אחר, ההשפעה של גירוי תנועה חזותית קלקל על הכיוון החזותי הנתפס של התנועה נחקר באמצעות מקשה שילוב חזותי-מודאלי ויזואלי עם פאנל מואר המציג גירויים חזותיים ומישוש מגירוי המציג גירויים בתנועה מישוש עם כיוון תנועה שרירותי, מהירות, ועומק כניסות בעור3. הוצע כי אנו מייצגים באופן פנימי הן את התפלגות סטטיסטית של המשימה ואת חוסר הוודאות החושי שלנו, שילוב אותם בצורה עקבית עם ביצועים-אופטימיזציה תהליך בייסיאנית4.
המציאות הווירטואלית הפכה את היכולת להטעות את המשוב החזותי לנושא משימה קלה. מספר מחקרים השתמשו במציאות וירטואלית מרובת חושים כדי ליישר מידע חזותי והמגע המיחושי. לדוגמה, מציאות וירטואלית השתמשה לאחרונה כדי לגרום להתגלמות בגוף של ילד, עם או בלי הפעלה של עיוות קול בצורה של ילד5. בדוגמה אחרת, המצגת החזותית של מרחק ההליכה במהלך התנועה העצמית הורחבה ולכן קלקל עם מרחק הנסיעה הרגיש על ידי הסימנים המבוססים על הגוף6. מלכודת דומה של מציאות וירטואלית תוכננה עבור פעילות רכיבה על אופניים7. עם זאת, כל הספרות הנ ל לא משלבות הפרעה לאחד החושים, בנוסף לאות הקלקל. בחרנו בחוש המישוש. לקבל הפרעה כזו
מערכת חושי המישוש שלנו מספקת ראיות ישירות לשאלה אם האובייקט נתפס. לפיכך, אנו מצפים כי כאשר משוב חזותי ישיר הוא מעוות או לא זמין, התפקיד של מערכת חושית מישוש במשימות מניפולציה האובייקט יהיה בולט. עם זאת, מה יקרה אם ערוץ החישה מישוש היה גם מופרע? זוהי תוצאה אפשרית של שימוש במשוב vibrotactile (VTF) עבור הגדלת חושים, כפי שהוא לוכדת את תשומת הלב של הפרט8. כיום, משוב מוגבר של שיטות שונות משמש ככלי חיצוני, שנועד לשפר את המשוב החושי הפנימי שלנו ולשפר את הביצועים במהלך למידה מוטורית, בספורט ובהגדרות שיקום9.
המחקר של גירויים חזותיים קלקל המישוש עשוי לשפר את ההבנה שלנו לגבי תפיסת הקלט החושי. במיוחד, כימות של ערך התוסף או התהליך של VTF במהלך פונקציה מוטורית המערבת גירויים חזותיים קלקל, יכול לסייע בעיצוב תותבות בעתיד, ספורט הלבוש החכם, או כל בגדים אחרים המשלבים VTF. מאז נכים מונעים גירויים מישוש בהיבט המרוחק של שלהם, השימוש היומיומי שלהם של VTF, מוטבע התותבת להעביר ידע של אוחז, למשל, יכול להשפיע על איך הם תופסים משוב חזותי. הבנה של מנגנון התפיסה תחת תנאים אלה, יאפשר למהנדסים המושלמת שיטות VTF להפחית את ההשפעה השלילית על משתמשי VTF.
כיוונו לבדוק את ההשפעה של VTF על התגובה לגירויים חזותיים קלקל. בכיוונון המוצג, המשוב מישוש נרכש על ידי האוחז בבלוק והזזתו לאורך מחיצה; המשוב החזותי הוא מצגת וירטואלית בזמן אמת של הבלוק הנע והמחיצה (הנרכשת באמצעות מערכת לכידת תנועה). מכיוון שהנושא נמנע מלראות את תנועת היד הממשית, המשוב החזותי היחיד הוא הווירטואלי. המשוב התואם הוא התצוגה המהימנה של תנועת הבלוק, כך שהנושא מרגיש שהבלוק נתפס ורואה אותו זז יחד עם דרך היד. המשוב הקלקל מופיע כאשר התנועה של הבלוק מבליטה את נתיב התנועה בפועל, כך שנראה לרדת מן היד כאשר הוא עדיין מוחזק על ידי הנושא, ובכך סותר את המשוב מישוש. שלושה השערות נבדקו: בעת הזזת אובייקט ממקום אחד למשנהו באמצעות משוב חזותי וירטואלי, (i) את הנתיב והמשך של תנועת ההעברה של האובייקט יגדל כאשר הקלקל גירויים חזותיים מישוש מוצג, (ii) שינוי זה יהיה להגדיל כאשר גירויים חזותיים קלקל מוצג ו vtf מופעל על הזרוע הנעה, ו (iii) מתאם חיובי יימצא בין רמת הקושי נתפסת של ביצוע המשימה עם vtf מופעל הנתיב והמשך של ה תנועה העברה של האובייקט. ההשערה הראשונה נובעת מהספרות המוזכרת לעיל, אשר מדווחת כי שיטות שונות של משוב קלקל משפיעות על תגובותינו. ההשערה השנייה מתייחסת לממצאים הקודמים כי VTF לוכדת את תשומת הלב של הפרט. עבור ההשערה השלישית, הנחנו שנושאים שהיו מופרעים יותר על-ידי VTF, יוכלו לבטוח במשוב החזותי הווירטואלי יותר מאשר חוש המישוש שלהם.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, פרוטוקול המכמת את ההשפעה של הוספת VTF על העברת האובייקט kinאמאם בנוכחות של גירויים חזותיים קלקל מישוש הוצג. למיטב ידיעתנו, זהו הפרוטוקול היחיד הזמין כדי לבדוק את ההשפעה של VTF על התגובה לגירויים חזותיים קלקל-מישוש. השלבים הקריטיים מספר מעורב ביישום של גירויים חזותיים קלקל במהלך העבר?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה לא מומן.
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).
