Análisis de vídeo fotograma por fotograma de idiosincrásicos alcance de entender los movimientos en los seres humanos
Summary
Este protocolo describe cómo utilizar análisis de video cuadro por cuadro para cuantificar idiosincrásicos alcance de entender los movimientos en los seres humanos. Un análisis comparativo de alcanzar en avistado frente a adultos sanos unsighted se utiliza para demostrar la técnica, pero el método también puede aplicarse al estudio de poblaciones clínicas y de desarrollo.
Abstract
Prensión, el acto de llegar para agarrar un objeto, es fundamental para la experiencia humana. Lo usamos para alimentarnos, novio a nosotros mismos y manipular objetos y herramientas en nuestro entorno. Tales comportamientos se deterioran por muchos trastornos sensoriomotores, sin embargo, nuestra comprensión actual de su control neural está lejos de ser completa. Las tecnologías actuales para investigar los movimientos de alcance a la comprensión a menudo utilizan seguimiento sistemas que pueden ser costosos, requieren la fijación de marcadores o sensores en las manos, impiden el movimiento natural y la regeneración sensorial y proporcionar cinemática del movimiento salida que puede ser difícil de interpretar. Aunque generalmente es eficaz para el estudio de los movimientos de alcance de entender estereotipados de adultos discapacitados visuales saludables, muchas de estas tecnologías enfrentan limitaciones adicionales al intentar estudiar los movimientos de alcance de entender impredecibles e idiosincrásicos de los bebés pequeños, unsighted adultos y pacientes con trastornos neurológicos. Así, presentamos un protocolo nuevo, barato y muy confiable pero flexible para la cuantificación de la estructura temporal y cinemática de los movimientos de alcance de entender idiosincrásicas en los seres humanos. Cámaras de vídeo de alta velocidad capturan múltiples vistas del movimiento de alcance de entender. Análisis de vídeo fotograma por fotograma se utilizan para documentar la distribución y magnitud de eventos conductuales predefinidas como inicio del movimiento, colección, altura máxima, abertura máxima, primer contacto y comprensión final. La estructura temporal del movimiento es reconstruida por documentar el número relativo de cada evento, mientras que la estructura cinemática de la mano se cuantifica mediante la función de regla o medida en software de edición fotográfica para calibrar 2 dimensional lineal distancias entre dos partes del cuerpo, o entre una parte del cuerpo y el objetivo. Análisis de vídeo fotograma por fotograma pueden proporcionar una descripción cuantitativa y completa de movimientos de alcance de entender idiosincrásicos y permitirán a los investigadores a ampliar su área de investigación para incluir una gama más amplia de naturalista prensil comportamientos, guiados por una amplia variedad de modalidades sensoriales, en las poblaciones saludables y clínicas.
Introduction
Prensión, el acto de llegar para agarrar un objeto, se utiliza para muchas funciones diarias, incluyendo la adquisición de alimentos para comer, aseo personal, manipular objetos, manejando herramientas y comunicar a través gesto y palabra escrita. La teoría más prominente sobre el control neurológico de la prensión, el doble canal de Visuomotor teoría1,2,3,4, propone que la prensión consiste en dos movimientos – un alcance transporta la mano a la ubicación de la meta y una comprensión que se abre, formas y se cierra la mano al tamaño y forma del blanco. Los dos movimientos están mediados por vías nerviosas disociables pero interactuantes de visual a la corteza motora del lóbulo parietal1,,2,3,4. Apoyo conductual para la teoría de doble canal de Visuomotor ha sido ambiguo, en gran parte debido a que el movimiento alcance de entender aparece como un acto transparente único y se desarrolla con poco esfuerzo consciente. Sin embargo, la prensión se estudia casi siempre en el contexto de prensión guiado visualmente, en el cual un participante sano alcanza para comprender un objeto visible. En estas circunstancias la acción aparecen como un único movimiento que se desarrolla de manera predecible y estereotipada. Antes del inicio de alcance los ojos para fijar el objetivo. El brazo se extiende los dígitos abrirán, preshape al tamaño del objeto y posteriormente empiezan a cerrar. Desenganchar los ojos de la meta justo antes del contacto de destino y final comprensión del destino sigue casi de inmediato luego5. Cuando se quita visión, sin embargo, la estructura del movimiento es fundamentalmente diferente. El movimiento se disocia en sus componentes constitutivos que un alcance dogmáticos se utiliza primero para localizar el objetivo de tocar y entonces hápticos señales asociadas con guía contacto objetivo formar y cierre de la mano para agarrar6.
Cuantificación del movimiento alcance de entender más a menudo se logra utilizando un sistema de seguimiento de movimiento (3D) dimensiones 3. Estos pueden incluir sistemas de seguimiento de infrarrojos, electromagnéticos de sistemas, o sistemas de seguimiento basados en vídeo. Mientras que tales sistemas son efectivos para adquirir medidas cinemáticas de prensión en participantes adultos sanos realizando movimientos stereotypical del alcance de entender hacia objetos de destino visible, tienen varios inconvenientes. Además de ser muy caros, estos sistemas requieren la fijación de sensores o marcadores en el brazo, mano y dígitos del participante. Estos generalmente se unen con cinta médica, que puede impedir la regeneración táctil de la mano, alterar el comportamiento natural de motor y distraer a los participantes7. Estos sistemas generalmente producen salida numérica relacionada con diferentes variables cinemáticas como aceleración, desaceleración y velocidad también no son ideales para investigar cómo la mano entra en contacto con el blanco. Cuando usando estos sistemas, sensores adicionales o equipos deben determinar qué parte de la mano hace contacto con el blanco, donde en el de destino se produce el contacto, y cómo podría cambiar la configuración de la mano en el fin de manipular el destino. Además, sistemas de seguimiento de infrarrojos, que son los más comúnmente empleados, requieren el uso de una cámara especializada para rastrear la ubicación de los marcadores en la mano en el espacio 3D6. Esto requiere una línea de vista directa entre la cámara y los sensores en la mano. Como tal, cualquier idiosincrasia en el movimiento suelen ocultar esta línea de la vista y ocasionar la pérdida de los datos cinemáticos. Sin embargo, hay un gran número de casos en el que idiosincrasia en el movimiento de alcance de entender es realmente la norma. Estos incluyen durante el desarrollo temprano, cuando los bebés están aprendiendo a alcanzar y agarrar objetos; Cuando el objeto no es visible y táctil señales se utilizarán para orientar el alcance y las garras; Cuando el objeto de destino es una extraña forma o textura; y cuando el participante presenta con cualquiera de una variedad de trastornos sensoriomotores como un accidente cerebrovascular, enfermedad de Huntington, enfermedad de Parkinson, Parálisis Cerebral, etc. en todos estos casos, el movimiento de alcance de entender no es ni predecible ni estereotipadas, ni necesariamente es guiado por visión. En consecuencia, la capacidad de movimiento 3D sistemas de seguimiento para cuantificar confiablemente la estructura temporal y cinemática de estos movimientos puede ser seriamente limitada debido a las interrupciones en la regeneración sensorial de la mano, cambios en el comportamiento natural del motor, pérdida de datos, o dificultades de interpretación de la salida cinemática idiosincrásica de estos dispositivos.
El presente trabajo describe una técnica novedosa para cuantificar idiosincrásicos alcance de entender los movimientos en varias poblaciones humanas que es asequible, no impide la regeneración sensorial de la mano o el comportamiento natural del motor y es confiable pero puede ser flexible modificado para adaptarse a una variedad de paradigmas experimentales. La técnica implica el uso de múltiples cámaras de alta velocidad para registrar el movimiento de alcance de entender desde múltiples ángulos. El vídeo entonces se analiza fuera de línea por progresar a través de los fotogramas de vídeo uno a la vez y el uso de inspección visual a los eventos conductuales clave del documento que, en conjunto, proporcionan una Descripción cuantificada de la organización temporal y cinemática del alcance de entender movimiento. El presente trabajo describe un análisis comparativo de visualmente – versus nonvisually guiada por movimientos de alcance de entender en adultos humanos sanos6,8,9,10 para demostrar la eficacia de la técnica; sin embargo, versiones modificadas de la técnica también han utilizado para cuantificar el alcance de entender acciones de los infantes11 y12de primates no humanos. Los resultados integrales de lo análisis de vídeo fotograma por fotograma de estos estudios son los primeros en demostrar el comportamiento en apoyo de la teoría de doble canal de Visuomotor de prensión.
Protocol
Representative Results
Discussion
El documento describe cómo utilizar análisis de video cuadro por cuadro para cuantificar la organización temporal, la estructura cinemática y un subconjunto de características topográficas de los movimientos de alcance a la comprensión humanos. La técnica puede utilizarse para estudiar movimientos guiados visualmente típicos de alcance de entender, pero también a movimientos idiosincrásicos de alcance de entender. Estos movimientos son difíciles de estudiar con movimiento 3D tradicional sistemas de seguimient…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a Alexis M. Wilson y Marisa E. Bertoli por su ayuda con rodajes y preparando el video para este manuscrito. Esta investigación fue apoyada por las ciencias naturales y Consejo de investigación ingeniería de Canadá (JMK, JRK, IQW), Alberta salud Innova soluciones (JMK) y los institutos canadienses de investigación de salud (IQW).
Materials
| High Speed Video Cameras | Casio | http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_f1/ or http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_100/ | Casio EX-F1 High Speed Camera or Casio EX-100 High Speed Camera used to collect high speed video records |
| Adobe Photoshop | Adobe | http://www.adobe.com/ca/products/photoshop.html | Software used to calibrate and measure distances on individual video frames |
| Adobe Premiere Pro | Adobe | http://www.adobe.com/ca/products/premiere.html?sdid=KKQOM&mv=search&s_kwcid=AL!3085!3!193588412847!e!!g!!adobe%20premiere%20pro&ef_id=WDd17AAABAeTD6-D:20170606160204:s | Software used to perform Frame-by-Frame Video Analysis |
| Height-Adjustable Pedestal | Sanus | http://www.sanus.com/en_US/products/speaker-stands/htb3/ | A height adjustable speaker stand with a custom made 9 cm x 9 cm x 9 cm triangular top plate attached to the top with a screw is used as a reaching pedestal |
| 1 cm Calibration Cube | Learning Resources (Walmart) | https://www.walmart.com/ip/Learning-Resources-Centimeter-Cubes-Set-500/24886372 | A 1 cm plastic cube is used to transform distance measures from pixels to centimeters |
| Studio Light | Dot Line | https://www.bhphotovideo.com/c/product/1035910-REG/dot_line_rs_5620_1600w_led_light.html | Strong lamp with cool LED light used to illumate the participant and testing area |
| 3 Dimensional (3D) Sleep Mask | Kfine | https://www.amazon.com/Kfine-Sleeping-Contoured-lightweight-Comfortable/dp/B06W5CDY78?th=1 | Used as a blindfold to occlude vision in the No Vision condition |
| Orange Slices | N/A | N/A | Orange slices served as the large sized reaching targets |
| Donut Balls | Tim Hortons | http://www.timhortons.com/ca/en/menu/timbits.php | Old fashion plain timbits from Tim Hortons served as the medium sized reaching targets |
| Blueberries | N/A | N/A | Blueberries served as the small sized reaching targets |
Referências
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