Visualisatie Methode voor Proprioceptieve Drift op een 2D vliegtuig met behulp van Support Vector Machine

Summary

Dit artikel beschrijft een nieuwe werkwijze proprioceptieve drift schatten op een 2D-vlak met de spiegel illusie en combineren van een psychofysische methode waarvan analyse met machine learning.

Introduction

De afgelopen jaren onderzoek naar de zin of ervaring van het zelf-lichaam, dat is, het eigen lichaam, is toegenomen in de context van de uitvoeringsvorm. Belichaming verwijst naar het idee of concept van het hebben van een fysieke of virtuele lichaam die kunnen interageren met de omgeving, zoals het bereiken, grijpen, en ontroerend. Zo kan de mens een object of een andere menselijke gepositioneerd in het milieu raken door het verplaatsen van het eigen lichaam, in dit geval de arm en hand. Tegenwoordig wordt deze interactie of communicatie niet beperkt tot het gebruik van de eigen natuurlijke lichaam. Door uitvindingen en ontwikkeling van mensachtige robots of avatars in de virtuele wereld, kan het natuurlijk menselijk lichaam zijn gesubstitueerd met een kunstmatig orgaan, zoals een mensachtige, afstandsbediening robot, elektrische prothese of computer graphics avatar virtual reality. Bijvoorbeeld, onderzoekers ontwikkelden een robot waarvan de operator "grijpen" een voorwerp geplaatst voor de robot via de mechanische lichaam, zelfs als de robot is ver weg geplaatst van de operator lichaamshouding ^1,2. Soortgelijke dit voorbeeld, wanneer een menselijke actie via een kunstmatig orgaan kan uitvoeren, welk orgaan zou de toewijzing van eigen lichaam van de bediener houdt?

We kunnen gemakkelijk vinden onderwerpen gerelateerd aan deze discussie over de toekenning of de projectie van 'zelf' van onze eigen natuurlijke lichaam om een ​​kunstmatige, niet-vlees-en-bone lichaam. Een voorbeeld is te vinden in de medische sector; bijvoorbeeld op het gebied van medische revalidatie behandelingen die "truc" de patiënt zelf-lichaam gevoel behulp spiegels worden onderzocht voor het verminderen van pijn en verbetering van motorische functie van een ontbrekende of verlamde ledematen, genaamd spiegeltherapie ^3-6. In deze therapie, kan het spiegelbeeld van de niet-aangedane lichaamsdeel of ledemaat de hersenen van de patiënt verkeerde indruk wordt gewekt dat de ontbrekende of verlamde ledematen komt overeen met die weergegeven in de spiegel en leiden tot het gevoel dat het nog steeds erins vroegere toestand (dwz vóór het ongeval). Het is nog steeds ter discussie hoe deze illusie van invloed op de hersenen van de veerkracht in verband met het lichaam representatie. In aanvulling op dit soort discussies op onze natuurlijke lichaam, kunnen we soortgelijke discussies over de uitvoering, in het bijzonder van mens-systeem interaction design vraagstukken op het gebied van engineering te vinden. Het gevoel van eigenwaarde van een kunstmatige of virtuele lichaam is goed onderzocht in het kader van telepresence, brain-machine interface, en brain-computer interface ^1,2,7-9. Sommige onderzoekers gemeld dat een mensachtige robot, waarbij de tactiele sensatie van de robotarm kunnen overdragen aan de hand van de bediener, kan zinvol de exploitant van zelf-lichaam naar de robot en het gevoel van op een plaats leggen waar de robot is gepositioneerd niet waar de exploitant daadwerkelijk bestaat, de zogenaamde tele-existentie ^1. Andere onderzoekers gemeld dat een virtuele avatar als gevolg van de exploitant bewegingen van het lichaam sterkly overdraagt zin van de exploitant van zelf-lichaam eigen lichaam van de bediener om het virtuele lichaam ^9. Deze bevindingen geven aan hoe gebruikers hun gevoel van zelf-lichaam in een kunstmatig lichaam projecteren, zoals een mensachtige, afstandsbediening robot, elektrische prothese of computer graphics avatar virtual reality, zelfs als de kunstmatige lichaam is niet direct verbonden met hun hersenen en het lichaam.

Fundamenteel wetenschappelijk onderzoek op dit type van zelf-lichaam gevoel voor niet-vlees-en-bloed, kunstmatige body-achtige objecten onderzocht de onderliggende hersenen mechanismen voor de ervaring van zelf-lichaam met behulp van de rubberen kant illusie (RHI) ^10-13 en spiegel illusie (MI) ^14-16 in de medische en technische gebieden en in psychofysica en neuropsychologische. De RHI is de sensatie dat een rubberen kant maakt deel uit van het eigen lichaam en wordt opgeroepen door tegelijk strelen een zichtbare rubber hand en de deelnemer verduisterde de hand. In de MI, een hand image in een spiegel geplaatst langs het sagittale as visueel vangt waargenomen positie van de onzichtbare tegenovergestelde kant van de deelnemer. Bovendien, synchrone bewegingen van de gereflecteerde en de onzichtbare hand roepen de sterk gevoel alsof het beeld terug te vinden kant waren de ongeziene andere hand. Volgens het onderzoek naar deze illusies, de samenhang tussen de multimodale informatie en de voorspelling en sensorische feedback over de bewegingen van het lichaam lijkt een belangrijke rol weggelegd voor het oordeel van zelf-body attributie spelen. Zo kunnen deze twee illusies eenvoudige maar krachtige bewijzen en gereedschappen zijn voor wetenschappers naar de hersenen mechanismen te onderzoeken ten grondslag liggen aan ons gevoel van bedrogen of geloven dat sommige kunstmatige object of afbeelding subjectief ons eigen lichaam deel kan zijn, en dat onze eigen lichaam sensatie doet niet te worden gekoppeld aan onze natuurlijke fysieke lichaam.

In al deze hierboven genoemde studies is de discussie gebaseerd op het concept van "zelf" consisting van twee door de filosoof Gallagher ¹⁷ voorgestelde soorten sensatie: het gevoel van eigenaarschap en het gevoel van agency. Het gevoel van eigenaarschap verwijst naar het gevoel dat een waargenomen lichaamsdeel is een eigen. Het gevoel van bureau komt overeen met het gevoel dat de beweging van het lichaam zichzelf veroorzaakt. Beide sensaties worden gedefinieerd als de minimale zelf, dat is, een directe gevoel van het zelf ^16. Volgens dit concept, kan de toekenning van het 'zelf' voor de natuurlijke, beschadigd, virtuele en mechanische organen worden geëvalueerd door dezelfde indexen: het gevoel van eigenaarschap en agency. Om dit gevoel voor wetenschappelijke evaluatie te gebruiken, rijst de vraag hoe het gevoel van eigenaarschap en agency krachtig te meten. Momenteel is de schatting van het gevoel van eigenaarschap en agentschap baseert zich voornamelijk op de vragenlijsten, die oorspronkelijk door Botvinick ⁹ voorgesteld. In aanvulling op de vragenlijsten, kunnen we proberen om ze te meten kwantitatieve manieren. Bijvoorbeeld, de huid conductance respons (SCR) is gebruikt als een fysiologische index van eigendom wanneer de rubber kant plotseling door een mes ¹⁸ wordt gesneden. De SCR wordt berekend door het meten van de elektrische eigenschappen van de huid en is een gevoelige en geldige indicator voor arousal ^19. Omdat deze methode wordt meestal toegepast enkele proeven per deelnemer meten SCR niet geschikt als fysiek index tijdens psychofysische experimenten die herhaalde metingen binnen deelnemers nodig. Een van de meest succesvolle gedrags-indexen voor het gevoel van eigenaarschap is proprioceptieve drift. Proprioceptieve drift is de verandering in de waargenomen positie van de onzichtbare echte hand in de richting van de positie van een voorwerp dat lijkt op een hand, zoals de rubber gemaakte prothese of computer graphics ^10-13. Aangezien deze verandering herhaaldelijk en robuust kan worden geschat door het meten van de afstand tussen de onzichtbare echte hand en het visuele beeld van de hand, proprioceptieve drift isa geschikte fysieke index voor psychofysische metingen. Maar dit gebruik moet zorgvuldig worden geëvalueerd, omdat recente besprekingen afgevraagd of proprioceptieve drift altijd kan worden gebruikt als een index van gedrags eigendom ^12.

Typisch wordt proprioceptieve drift gemeten in één van de drie richtingen, zoals lengte, breedte of diepte. Proprioceptieve drift is zelden gemeten in meerdere richtingen omdat het moeilijk te schatten en visualiseren meerdimensionale data. Dit metrologische beperking is niet kritisch voor basisonderzoek verkennen van de mechanismen die multisensory informatie te verwerken, omdat experimentele omstandigheden gemakkelijk kan worden ontworpen en geregeld om de gemeten afmetingen beperken. Echter, in het dagelijks leven, onze handen vrij bewegen in 3D onze intenties volgen. In deze situatie is het moeilijk en onvoldoende om het gedrag van een deelnemer met vragenlijsten die ernstig beperkt verkeer en pos metenitions van de handen. Dus, gezien de mogelijke toepassingen voor het gevoel van eigenaarschap en agency in engineering en revalidatie, een meting die meerdere richtingen bevat en kunt u gratis handbeweging is nodig om de ruimtelijke relatie tussen visuele en proprioceptieve feedback in het dagelijks leven situaties te evalueren. Indien een dergelijke meting mogelijk zou zijn, zou de gemeten afstand tussen reële en waargenomen handen worden gebruikt als een leidraad voor het gevoel van eigenwaarde lichaam. Dit zou niet alleen een indicator zijn voor de voortgang van de revalidatie, maar ook een criterium voor de ruimtelijke verschuiving tussen de gemanipuleerde doel in het display en de operationele kant geworden. De vraag is hoe deze meting betrouwbaar en effectief kunnen worden uitgevoerd.

Om deze vraag introduceren we een nieuwe methode om proprioceptieve drift, die overeenkomt met de verschuiving van de positie van de deelnemer onzichtbare echte hand die van een toegankelijk handachtige o schattenbject, op een 2D vliegtuig met behulp van de spiegel illusie door het combineren van een psychofysische procedure en een analyse met behulp van machine learning. Vergeleken met een rubber de hand, met de hand beeld in een spiegel de vangt sterk gevoelde positie van de onzichtbare echte hand van de deelnemer. Bovendien is een spiegelbeeld weerspiegelt onmiddellijk vrijwillig handbewegingen voor plaatsing van de hand. Aldus werd een spiegelbeeld geselecteerd als de visuele terugkoppeling van de hand van de deelnemer. Bovendien proprioceptieve drift Soortgelijke zich redden meten de deelnemers gepositioneerd zijn verborgen hand trial-by-proef op hun wil en het aantal pogingen werd verhoogd. Hoewel elke combinatie van richtingen had kunnen worden gebruikt, is de combinatie van hoogte en diepte gekozen vanwege het gemak van het plaatsen van de spiegel verticaal. Om de samenhang tussen onze werkwijze en eerder onderzoek ¹³ controleren, werden twee visuele omstandigheden uitgevoerd: met en zonder visuele feedback. In de staat met visuele feedback, de spiegel wals langsheen het sagittale vlak een spiegelbeeld van de linker maakt, alsof het gezien als de rechterhand. In de toestand zonder visuele terugkoppeling, werd een matte bord gebruikt om de deelnemer echte rechterhand verbergen. Wij hebben de effectiviteit van deze nieuwe methode door vergelijking van de resultaten met die verkregen met een vragenlijst over het gevoel van eigenaarschap en agency.

Protocol

Alle aspecten van het experiment werden goedgekeurd door de Ethische Commissie van het Tokyo Institute of Technology.

1. Experimentele Setup

1. Materiaal en instellingen voor het meten van Proprioceptieve Drift.
   1. Het verkrijgen van een stand die een cm plaat 100 x 100 verticaal kan houden (figuur 1).
   2. Het verkrijgen van een stoel waarop de deelnemer comfortabel kunnen zitten tijdens het experiment.
   3. Zorg voor een 100 x 100 cm acryl spiegel en matte schoolbord.
   4. Het verkrijgen van de positie tracker (bijvoorbeeld SLC-C02, Cyverse) aan de deelnemer juiste positie van de hand te houden. Ruimtelijke resolutie moet ongeveer 1,5 mm hebben voldoende aantal bemonsteringen worden gebruikt voor de machine learning.
   5. Verkrijg een infrarode LED en retroflecterende markers die worden gebruikt om de positie van de stand en de deelnemer rechterhand respectievelijk aangeven (zie stap 1.1.11 en 3.2.6).
   6. Het verkrijgen van het voetpedaal voor de reactie van de deelnemer. Maak de op maat gemaakte programma, dat kan opnemen en tegelijkertijd weer te geven van de deelnemer respons en rechtse positie en spelen een pieptoon als feedback van de respons van de deelnemer als het voetpedaal wordt ingedrukt. In deze experimenten werd de deelnemer rechterhand positie verzameld met behulp van de motor opname-apparaat en de op maat gemaakte programma volgens de instructies van de fabrikant.
      LET OP: Volgens een eerdere papier ^16, werd het programma ontwikkeld met een software development toolkit. De op maat gemaakte programma ontwikkeld door de ontwikkeling van software toolkit kan worden aangepast voor andere merken van motion capture-apparaten.
   7. Gebruik een metronoom timing signalen voor de opleiding van de hand beweging, dat wil zeggen, het oppervlak van de spiegel of schoolbord tikken bieden. Zie stap 3.1.1 voor een nauwkeurige training instructies.
   8. Gebruik noise-cancelling hoofdtelefoon aan op de mogelijkheid dat de deelnemer geluid signalen voor de positie van de hand kan horen verminderen.
   9. Voor de visuele feedback conditie, bevestigt de spiegel aan de standaard. Voor de conditie zonder visuele feedback, bevestig het bord aan de standaard.
   10. Plaats de infrarood-LED op de top-links van de spiegel of schoolbord.
2. Materiaal en instellingen voor het meten van Sense of Ownership en Agency.
   1. Herhaal de procedure vanaf stap 1.1.1 naar stap 1.1.11.
   2. Maak of de vragenlijst beoordelen gevoel van eigenaarschap en agency te verkrijgen (bv ^10,13,16). Tabel 1 toont voorbeelden van deze vragenlijst gebruikt in de vorige studie ^15.
   3. Gebruik een monitor of tablet-pc op de vragenlijst aan de deelnemer weer te geven.

2. deelnemers

1. Recruit ongeveer 10 rechtshandige deelnemers met een normaal of gecorrigeerd tot normaal gezichtsvermogen.
   Opmerking: Het aantal deelnemers kan worden aangepast aan de experimentele doelen en het aantal herhaalde proeven per participmier.
2. Verkrijgen schriftelijk toestemming voor deelname voorafgaand aan de start van het experiment.

3. Experiment Procedure

1. Training fase voor de Hand Movement.
   1. Train de deelnemers om synchroon tikken met beide handen op de spiegel of bord op een bepaald tempo met behulp van de metronoom. Instrueer de deelnemers aan het tikken beweging uit te voeren door het houden van de hiel van de hand in contact met de spiegel of board. Aan het begin van de training, start de metronoom in een tempo van 60 slagen per minuut en vervolgens instrueren de deelnemer beide handen synchroon bewegen volgens het geluid van de metronoom.
   2. Zorg ervoor dat de timing van de deelnemer handbeweging dicht bij een cyclus per seconde (ongeveer 1 Hz) door het te vergelijken met het geluid van de metronoom enkele minuten na het begin van te tikken.
2. Schatting van Proprioceptieve Drift in de Deelnemer Midsagittale Plane.
   1. Monteer de spiegel of schoolbord op de stand op basis van de voorwaarden: met visuele feedback op, zet de spiegel; zonder visuele feedback op, zet het bord.
   2. Controleer of deelnemer zit vlakbij de spiegel of bord, dat gepositioneerd langs het sagittale vlak van de deelnemer (figuur 1).
   3. Zorg ervoor dat de deelnemer het spiegelbeeld van de linkerhand kan zien, maar kan de echte rechterhand niet zien.
   4. Instrueer deelnemer om aandacht te besteden aan het beeld van de linkerhand in de spiegel tijdens het experiment.
   5. Zet de retroreflecterende markeringen op de deelnemer juiste index vingertop en pols.
      1. Omdat de markers alleen worden op de rechterhand van de deelnemer, ervoor zorgen dat de haptische gevoel van de rechterhand van de deelnemer als gevolg van de bijgevoegde markers is niet wezenlijk is veranderd in vergelijking met de linkerhand door het bevragen van dedeelnemer mondeling.
   6. Zet de noise-cancelling hoofdtelefoon over de oren van de deelnemer.
   7. Instrueer de deelnemer aan de linkerhand horizontaal bewegen ongeveer 30 cm in de hoogte en 30 cm van de rechter benedenhoek van de spiegel en deze linkerhand positie tijdens het experiment te houden. Deze positie wordt ingesteld als de oorsprong van het oppervlak van het 2D-vlak.
   8. Instrueer de deelnemer aan de rechterkant te plaatsen naar believen aan de andere kant van de spiegel of bord en haar positie tot het einde van het proces te handhaven.
   9. Instrueer de deelnemer over de taak als volgt:
      1. Aan het begin van elke proef, instrueren de deelnemer aan de middelste knop van de pedaal te duwen. Op dit moment, zal het systeem klinkt een pieptoon via de hoofdtelefoon als feedback van de druk op het pedaal.
      2. Na het horen van de pieptoon, instrueren de deelnemer om te beginnen tikken met beide handen synchroon bij 1 Hz op het bord, dat is de spiegelhet staat met visuele feedback of het schoolbord in de conditie zonder visuele feedback.
      3. Na meer dan zes handbewegingen, instrueren de deelnemer om de beweging te stoppen op de gewenste tijd en beantwoord de vraag over de juiste positie van de hand door op de rechter of linker knop op het voetpedaal. De juiste knop is een ja en links is een nee. De vraag is: "Heb je het gevoel dat de rechter- en linkerhand in dezelfde positie?" Op dit moment, zal de deelnemer een pieptoon als feedback voor het pedaal pers opnieuw te horen.
         OPMERKING: Als de deelnemers vragen over de betekenis van de "dezelfde positie," vertel ze dat "dezelfde positie" betekent dat de persoonlijke hoogte en diepte van de rechterhand zijn gelijk aan die van de linkerhand.
      4. Instrueer de deelnemer om hun rechterhand te verplaatsen naar een andere positie van hun keuze. Dan start het proces opnieuw. Deze cyclus zal blijven voor maximaal 200 trials per conditie.
   10. Tijdens de taak te controleren of de timing van tikken van de deelnemer blijft op ongeveer 1 Hz door het bekijken van de beweging ten opzichte van de metronoom.
       Opmerking: Het geluid van de metronoom kan alleen door de experimentator worden gehoord.
   11. Na het afronden van ongeveer 100 trials, laat de deelnemer een pauze nemen.
   12. Voer het experiment voor andere aandoeningen (met of zonder visuele feedback) op verschillende dagen.
3. Schatting van Sense of Ownership en het Agentschap in the Mirror Voorwaarde.
   1. Definieer de positie van de rechter voor het verzamelen van de antwoorden van de deelnemer op de vragenlijst over gevoel van eigenaarschap en agency. Bijvoorbeeld, in een eerdere publicatie ¹⁶ Er werden 13 voorafgegaan rechterhand posities. Deze punten werden ingericht om 7 cm tot 21 cm van de oorsprong ±.
   2. Voer dezelfde procedure voor de above schatting zoals vermeld van stap 3.2.2 naar stap 3.2.7.
   3. Instrueer de deelnemer aan de rechterkant te plaatsen na de gids van de experimentator en houden aan haar positie tot het beëindigen van een trial.
   4. Instrueer de deelnemer over de taak als volgt:
      1. Aan het begin van het proces, drukt u op de middelste knop van het voetpedaal. Op dit moment, zal de deelnemer de pieptoon als feedback van het pedaal pers horen.
      2. Vervolgens beginnen de linker- en rechterhand synchroon tik op 1 Hz.
      3. Na meer dan zes keer van te tikken, stop te tikken wanneer de onderzoeker aangeeft. Dan, antwoord geven op de vragen over de betekenis van eigendom en bureau op de monitor met behulp van een 7-punts Likert-schaal met ratings variëren van -3 ( 'helemaal oneens') tot +3 ( "helemaal mee eens") met 0 aangeeft noch akkoord, noch oneens ("onzeker").
      4. Verplaats de rechterhand op het standpunt dat de experimentator aangeeft. Dan start het procesweer. Deze cyclus zal doorgaan tot het aantal rechter posities die de experimentator definieert.
   5. Zorg ervoor dat de deelnemer de taak kan begrijpen en vraag de deelnemers om de taak te starten.

4. Data Analysis

1. De analyse van Proprioceptieve Drift in de Deelnemer Midsagittale Plane.
   1. Het verkrijgen van de statistische tool die de machine learning applicatie bevat, in het bijzonder Support Vector Machine (bijvoorbeeld R, MATLAB). Gebruik Support Vector Machine (SVM) als classifier om de grenzen van de reacties van de deelnemer te halen. Een eerdere publicatie geeft een verklaring voor de algoritmes van de classifier (zie hoofdstuk 7) ^20. In dit artikel leggen we de methode met behulp van R (versie 3.1.2).
   2. Installeer het pakket met de naam "kernlab" ^21, waarbij de analyse met behulp van SVM in de R toepassing bevat.
   3. Markeer het gebied dat propriocepti toontve drift van de hand als volgt (Figuur 2 beschrijft de schematische weergave van de gegevensanalyse stroom). Zie Aanvullende software en data monster voor nadere toelichting op deze data-analyse.
      1. Bereken het relatieve rechterhand posities van de oorsprong. Gooi data met fouten (zoals ontbrekende positiegegevens of reacties deelnemer) uit de analyse.
      2. Maak een probabilistische model van de deelnemer "ja" antwoorden in 2D ruimte met behulp van de SVM. Met de gegevens van de belasting door symbolische beschrijving van het model. Met de gegevens van de rechter positie als de parameters van het model. Gebruik de meest gebruikte radiale basisfunctie kernel als de kernel voor de SVM. Om de willekeurige analyses te vermijden, berekenen sigma (dwz parameter voor gewichtswijziging van elk gegevenspunt) geautomatiseerde sigma schatting.
      3. Zorg ervoor dat het model correct is aangebracht door te controleren of the training fouten van het model zijn onder 0.2. Met het kansberekeningmodel Definieer het gebied waarin de p-waarde van de deelnemer "yes" antwoord werd geschat op 0,5 te zijn.
   4. Gemiddeld Data elke deelnemer om een ​​gebied dat proprioceptieve drift laat zien te maken.
      OPMERKING: Aangezien het moeilijk om de grens van de "ja" en "nee" antwoordgebied geschat door de p-waarden van de reacties in 2D ruimte gemiddeld worden twee soorten gemiddelde aanbevolen. Een methode is om de p-waarden voor gemiddelde responsen van de deelnemer in 2D ruimte, die de bekende werkwijze gebruikt voor het schatten van de grens. De andere methode is het gebied grootte, die wordt gebruikt na het schatten van de gemiddelde grens.
2. Analyse van de vragenlijst gegevens en de Grootte van het Gebied.
   1. Het verkrijgen van de statistisch instrument om de betekenis van de positie en de categorieën van de vragenlijst (bijvoorbeeld SPSS of R) te beoordelen.
   2. Assess normale distribution van alle gegevens met de Shapiro-Wilk test en breng de geschikte niet-parametrische testen wanneer een of meer van de bijbehorende datasets niet aan de criteria voor verdeling (bijvoorbeeld rangtekentoets, Friedman-test).
      Opmerking: als een niet-parametrische methode die past bij het experiment ontbreekt, gebruik dan een parametrische methode en verklaren de redenering. In een eerdere studie ^16, een twee-weg herhaalde metingen ANOVA analyse van de enquête, aangezien er geen niet-parametrische substituut voor deze analyse.

Representative Results

Representatieve resultaten van een eerder onderzoek worden aan de werkwijze ¹⁶ illustreert. Figuur 3A toont dat het gebied vormen waar de deelnemer de ruimtelijke verschuiving tussen linker en rechter handpositie heeft gedetecteerd verschilde tussen de voorwaarden (spiegel) en zonder (bord) visueel . feedback Figuur 3B toont dat gebied maten in de conditie met een visuele feedback zijn aanzienlijk groter dan in de conditie zonder visuele feedback (rangtekentoets: Z = -2,803, p = 0,005). Deze resultaten suggereren dat de vereiste correctie tussen visuele en proprioceptieve feedback te handhaven proprioceptieve drift ongeveer 10 cm en deze waarde verandert met de richting (figuren 3 en 4). Vertical offset groter dan horizontale offset verscheen. In figuur 5, de verticale en horizontale ruimtelijke verdeling van de vragenlijst score fof het lichaam ownership en agency liet een unimodale verdeling. Hun pieken waren aan de oorsprong, waar de deelnemer rechterhand was bijna op dezelfde positie als die zowel het gespiegelde hand. In tegenstelling tot de ruimtelijke verdeling van de score van de control statements was bijna plat en onder -1. Een twee-weg herhaalde metingen ANOVA bleek de belangrijkste gevolgen voor de categorieën en posities die de deelnemers aan de vragenlijsten aangegeven (Horizontaal: Categorie: F (3,27) = 11.12, p <0,001; positie: F (6,54) = 10.27, p <0,001; Verticaal: Categorie: F (3,27) = 24.21, p <0,001, Functie: F (6,54) = 7,298, p <0,001). De interacties tussen categorie en positie waren ook significant (Horizontaal: F (18.162) = 9,42, p <0,001; Verticaal: F (18.162) = 8,00, p <0,001). Deze resultaten impliceren dat het gevoel van eigenaarschap en agentschap neemt af wanneer de ruimtelijke verschuiving tussen echte van de deelnemer verduisterd rechterhand en imago van de gespiegelde de hand toegenomen. in Figuur 6, de vergelijking tussen de visualisatie van proprioceptieve drift en de vragenlijst resultaten voor het gevoel van eigenaarschap en bureau blijkt dat de offset gebieden te behouden deze verschijnselen zijn concentrisch en bijna overlap.

Figuur 1:. Overzicht van instellingen De experimentele opstelling bestaat uit een stand dat ofwel de spiegel of het bord, een stoel, een antwoord apparaat (voetpedaal) en opname-apparaten geldt voor de deelnemer de hand positie. De bovenste afbeelding toont de schematische weergave van de opstelling van de richting waar de deelnemer het spiegelbeeld van zijn / haar linkerhand kan zien. De onderste figuur toont het uitzicht op de achterkant van de spiegel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2:. Data-analyse Flow (A) Een voorbeeld van een antwoord van de deelnemer en rechts posities. (B) Schematische voorstelling van het "ja" respons model geschat door SVM. (C) Resultaat van de grens analyse. (D) Gemiddeld gebieden in deelnemers. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Vergelijking van Area soorten en maten tussen de condities met en zonder visuele feedback (A) Vergelijking van het gebied vormen.. De oorsprong van de grafiek is de positie van de linkerhand, dat wil zeggen de positie van de miimage rrored hand in de visuele feedback conditie. De verticale en horizontale assen tonen de deelnemer rechterhand positie als proprioceptieve feedback van de hand. (B) Vergelijking van het gebied maten. Verticale as toont het gebied maten waar de deelnemers de ruimtelijke verschuiving tussen links en rechts positie niet kon ontdekken. Horizontale as geeft de conditie met of het gespiegelde hand, zonder visuele feedback (rechts: met visuele feedback, links: zonder visuele feedback). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4:. Individuele gegevens voor twee deelnemers, de vorm van de rand van de spiegel staat was groter dan in het bord staat. Dit suggereert dat de visualisatie methode metSVM geslaagd aan te tonen het effect van visuele capture het lichaamsbeeld in de spiegel door. In tegenstelling, voor de deelnemers D, H en J, waren er weinig verschillen tussen de voorwaarden, wat aangeeft dat er misschien individuele verschillen voor het effect van visueel vast te leggen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Resultaten vragenlijst (A) ruimtelijke verdeling van de vragenlijst score langs de verticale as.. (B) ruimtelijke verdeling van de vragenlijst score langs de horizontale as. Eigendom en agency scores waren het hoogst bij de oorsprong ten opzichte van de verticale en horizontale positie. Please klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Vergelijking tussen de classificatie en Questionnaire (A) ruimtelijke verdeling van de scores vragenlijst voor ownership en agency langs de horizontale as.. (B) ruimtelijke verdeling van de scores vragenlijst voor ownership en agency langs de verticale as. (C) Geschat gebied waar de deelnemers niet kon ontdekken de offset afbeelding gespiegelde hand en verduisterd echte rechterhand tussen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Categorie
Eigendom	1. Ik voelde me alsof ik was looking naar mijn eigen rechterhand.
	2. Ik voelde me alsof de hand in de spiegel was een deel van mijn lichaam.
	3. Het leek alsof ik de beweging van mijn rechterhand werden waarnemingen in de locatie waar de hand in de spiegel verplaatst.
	4. Ik voelde me alsof de hand in de spiegel was mijn hand.
Eigendom controle	5. Ik voelde alsof mijn echte rechterhand was draaien in de hand in de spiegel.
	6. Het leek wel alsof ik meer dan één rechterhand had.
	7. Het leek alsof de hand in de spiegel dreef in de richting van mijn echte hand.
	8. Het voelde alsof ik had niet langer een rechterhand, alsof mijn rechterhand was verdwenen.
agentschap	9. De hand in de spiegel bewoog net zoals ik wilde mijn rechterhand aan, alsof het mijn wil gehoorzaamden.
	10. Ik voelde me alsof ik was de beweging van de hand regelen van in de spiegel als ik zou controleren die van mijn rechterhand.
	11. Ik voelde me alsof ik was de beweging die door de hand die ik zag als mijn rechterhand veroorzaken.
	12. Wanneer ik mijn rechterhand bewoog, verwachtte ik de hand in de spiegel te bewegen op dezelfde manier.
agentschap controle	13. Ik voelde me alsof de hand in de spiegel werd het beheersen van mijn wil.
	14. Ik voelde me alsof de hand in de spiegel mijn bewegingen controleerde.
	15. Ik kon de beweging zin van ergens tussen mijn echte rechterhand en de hand in de spiegel.
	16. Het leek alsof de hand in de spiegel had een eigen wil.

1:. vragenlijst bestaat uit 16 Verklaringen ingedeeld in vier categorieën Deze vragenlijst werd aangepast en vertaald in het Japans van vragenlijsten gebruikt in de rubberen hand illusie experimenten ^10,13.

Aanvullende Files. Sample Code en Data Set voor de analysemethode met behulp van SVM. Deze code kan worden uitgevoerd met behulp van R (versie 3.1.2) en dezelfde analyse uit te voeren als in de huidige papieren. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussion

We tonen een methode om proprioceptieve drift te schatten in een 2D-vlak in de spiegel illusie met behulp van SVM en het resultaat met de antwoorden op de vragenlijst voor het gevoel van eigenaarschap en agency te vergelijken. Deze nieuwe werkwijze is gebleken dat de vereiste correctie tussen visuele en proprioceptieve feedback te handhaven proprioceptieve drift ongeveer 10 cm en dat dit gecompenseerd nauw samenvalt met de offset nodig om het gevoel van eigendom en agentschap handhaven.

Merk op dat de meest kritische stap van deze werkwijze wordt beschreven in 3.2.5, een instructie aan de deelnemers hun aandacht. In de eerdere pilotstudie ^16, werd het effect van de visuele capture afbeelding een gespiegelde kant door zelden waargenomen wanneer de deelnemers subjectief gemeld dat ze meer aandacht voor hun lichaam. Het is nog onduidelijk of de aandacht bijdraagt ​​aan dit fenomeen. De relatie tussen aandacht en het gevoel van eigenaarschap en bureau heeft zeldenbesproken omdat het moeilijk te beheersen of te meten aandacht van de deelnemers. Voor zover wij weten, is er slechts één studie die ²² onmiddellijk gelden aandacht onderzocht op het gevoel van eigendom. Om complexe discussies over hoe te controleren en meten van de aandacht te voorkomen, is een zorgvuldige instructie met betrekking tot de aandacht van de deelnemers vereist.

De andere kritieke punt is dat de deelnemers aan de positie van de hand voor de volgende proef op hun eigen wil in de sessie meten proprioceptieve drift kunt selecteren. In traditionele psychofysica, de mate van vrijheid van het gedrag van de deelnemers meestal beperkt en gecontroleerd om het experiment robuuster en reproduceerbaar. Bijvoorbeeld, in de experimenten meten proprioceptieve drift en het gevoel van eigenaarschap en bureau met behulp van de rubber kant illusie paradigma ^10-13, de meetpunten van de deelnemers 'positie van de hand waren vooraf gedefinieerde langs een van de drie richtings, zoals lengte, breedte of diepte, tot problemen bij het meten en visualiseren multidimensionale gegevens te voorkomen. Vooral omdat vragenlijsten tijd nemen voor elk bemonsteringspunt te wijten aan het aantal categorieën (bijvoorbeeld, eigendom, agentschap, en control statements), het aantal meetpunten zijn meer beperkt in vergelijking met de methoden opname menselijke gedragingen. Bij deze methode, met het oog op de samenhang met andere studies te waarborgen, de meting van het gevoel van eigenaarschap en bureau met behulp van een vragenlijst was beperkt en zo goed voorafgegaan. Deze beperking betreffende het gedrag van de deelnemers niet kritisch voor basisonderzoek verkennen van de hersenmechanisme van het gevoel van eigendom en het bureau, omdat het mogelijk is het ontwerpen en nauwkeurig en reproduceerbaar controle van de experimentele condities door deze op beperkingen in de experimentele omstandigheden. Echter, gezien de potentiële toepassingen voor het gevoel van eigenaarschap en agency in engineering en revalidatie, deze beperkingkan van cruciaal belang voor het menselijk gedrag te schatten in 3D in het kader van het dagelijks leven omstandigheden. Onder deze omstandigheden, waar de deelnemers hun hand kunnen bewegen en kies de positie vrijer, is het moeilijk om proprioceptieve drift te schatten met behulp van traditionele psychofysische methoden. Om dit probleem op te lossen, een SVM, een type machine learning, werd voor de raming en visualisatie van proprioceptieve drift aangenomen. Deze techniek kan verzamelen en de enorme data, zoals multi-dimensionale data met de reacties van de deelnemers en de handposities in 2D met vrije keuze te analyseren. Met behulp van deze techniek, de reacties van de deelnemers bemonsterd op verschillende handposities werden geclassificeerd en het gebied geanalyseerd waar de deelnemers niet de afstand het spiegelbeeld van de linkerhand en de verborgen werkelijke rechterhand tussen merkten.

Deze methode heeft een kritische beperking dat de gemiddelde oppervlakte geeft proprioceptieve drift in deelnemers nog niet weergegeven individual verschillen. Dit komt door de beperking van de visualisatiemethode meer dan drie-dimensionale data weergeven op een 2D oppervlak. De gegevens voor de gemiddelde oppervlakte toont proprioceptieve drift zou de 2D-gegevens over posities, de waarschijnlijkheid van de respons van de deelnemer, en de individuele verschillen bevatten. Individuele verschillen, een visualisatie methode die vier-dimensionale gegevens kunnen laten zien zouden moeten omvatten.

De toekomst van deze methode is om de afmetingen van 2D naar 3D breiden en tijdelijke functies omvatten. Hoewel er nog steeds enkele problemen in visualisatiemethode meer dan drie-dimensionale data, zullen deze uitbreidingen extra dimensies te begrijpen hoe de hersenen verwerken multisensory informatie uit verschillende modaliteiten, zoals visie en proprioceptie. Om deze groei te bereiken, is verder onderzoek nodig is.

Vanuit een toepassing perspectief, kan deze methode helpen enginiers te ontwerpen usability of gevoel van controle voor real-time het controleren van systemen, zoals robots, chirurgische robot systemen en virtual reality-systemen strategisch. In deze systemen wordt sensatie van de gebruiker tijdens het gebruik vaak geschat door vragenlijsten achteraf. Daarom is het moeilijk om sensatie de gebruiker uitvoeren tijdens bedrijf bij het maken van een prototype systeem. Als we de beperking van de spatiotemporele discrepantie tussen multisensorische feedback aan het gevoel van eigenaarschap en agency behouden kunnen onthullen, zou het helpen om de regels over multisensorische feedback uit de machine systemen voor self-body-achtige usability, waarbij de operatoren de controle van de te behouden systemen als ze hun eigen lichaam zou controleren. Deze methode onthult de ruimtelijke verschuiving tussen visuele en proprioceptieve feedback om een ​​gevoel van eigenaarschap en agency handhaven. Op basis van dit resultaat kan gevoelens van de deelnemer beeld gespiegelde hand naar worden bestuurd door het manipulerende afstand van hand en verborgen echte hand tussen. Het veranderen van de spatiotemporele relatie tegenover multisensorische feedback van verschillende acties zou de eerste stap op weg naar het gevoel van de gebruiker strategisch controle tijdens de operatie.

Dit idee kan niet alleen werken, maar ook voor het herstel vastgesteld. Verschillende onderzoeksgroepen inspanningen zijn gericht op het verbeteren van motorische functies en pijn bij mensen met ontbrekende of verlamde ledematen. Echter, aangezien het belangrijkste thema van de traditionele revalidatie is voor patiënten om de functie terug te krijgen in hun dagelijks leven, weinig van dit onderzoek is erin geslaagd om de gevoelens van de patiënten bij een ontbrekende of verlamde ledematen te verbeteren. Gezien de impact op de kwaliteit van leven van patiënten, verbetering van hun gevoelens is van cruciaal belang voor het leven met een ontbrekende of verlamde ledematen. Deze methode kan een kwantitatieve schatting over het gevoel van eigenaarschap en agency in een ontbrekende of verlamde ledematen te bieden door het meten van de afstand tussen de patiënten suOELSTELLING ledematen positie en de positie van de werkelijke of zichtbare ledematen. Dit zou helpen de fysiotherapeut om kwantitatief schatten van de patiënten gevoel van hun ledematen.

Tot slot, dit document voorziet in een nieuwe methode om de ruimtelijke verschuiving tussen visuele en proprioceptieve feedback op de proprioceptieve drift langs de sagittale middenvlak handhaven visualiseren. Op basis van eerder onderzoek met behulp van deze methode ^15, de ruimtelijke compenseren dat de deelnemers niet verlengde tot ongeveer 10 cm kunnen detecteren. Bovendien is deze waarde overeenkomt met het bereik waar de deelnemers een gevoel van eigenaarschap en agentschap voor de hand beeld in de spiegel. Deze bevindingen zullen helpen om verder te onderzoeken onderliggende mechanismen van het gevoel van eigenaarschap en Agency uit een multimodaliteit perspectief van zintuiglijke informatie. Bovendien kan deze methode een instrument voor het herstel van de ontbrekende of verlamde ledematen en voor het ontwerp van real-time controle systemen, zoals de kwantitatieve indicator toont de ruimtelijke verschuiving tussen visuele en proprioceptieve feedback om zelf-body-achtig gevoel of bruikbaarheid te handhaven. Op deze manier wordt de ontwikkeling van computationele technieken, zoals machine learning, maakt het mogelijk schatting en visualisatiemethodes die voorheen onmogelijk waren gebouwd door conventionele statistische beperkingen. Dit type van metrologische vooruitgang kan het menselijk gedrag en de hersenen mechanismen voor het produceren van het gevoel van eigenwaarde in meer natuurlijke situaties onthullen.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acric mirror
Matte blackboard
custom-made stand			e.g. wood pole or PVC(poly vinyl chloride) pipe
Chair
Foot pedal	P.I. Engineering	Classic X-keys USB, and PS/2 Foot Pedals	Other response device can be avaliable.
Position sensor	CyVerse	SLC-C02	Other position sensor can be avaliable.
Custom-made retroreflectivemarker		The marker provided by the motion capture vendor can be available.
Noise canselling head phone	bose	Quiet Comfort 3	Other head phone can be avaliable.
PC	Mouse computer	NG-N-i300GA	Other PC can be available.