Metodo di visualizzazione per Drift propriocettiva su un piano 2D Utilizzando Support Vector Machine

Summary

Questo articolo descrive un nuovo metodo per stimare drift propriocettiva su un piano 2D utilizzando l'illusione specchio e combinando una procedura psicofisico con analisi utilizzando apprendimento automatico.

Introduction

Negli ultimi anni la ricerca sul senso o esperienza del sé corporeo, che è, il proprio corpo, è aumentata nel contesto di realizzazione. Incarnazione si riferisce alla idea o il concetto di avere un corpo fisico o virtuale che può interagire con l'ambiente, come ad esempio raggiungere, afferrare, e toccante. Per esempio, gli esseri umani possono toccare un oggetto o un altro essere umano posizionato nell'ambiente spostando il proprio corpo, in questo caso il loro braccio e la mano. Al giorno d'oggi, questa interazione o comunicazione non si limita ad usare il proprio corpo naturale. A causa di invenzioni e sviluppo di robot antropomorfi o avatar nel mondo virtuale, il corpo umano naturale può essere sostituito da un corpo artificiale, ad esempio un umanoide robot telecomando, protesi elettrico, o computer-grafica avatar in realtà virtuale. Per esempio, i ricercatori hanno sviluppato un robot il cui operatore può "afferrare" un oggetto posto davanti al robot tramite il suo corpo meccanico, anche se il robot è posizionato lontano dalla posizione del corpo ^1,2 dell'operatore. Simile a questo esempio, se un essere umano può eseguire un'azione tramite un corpo artificiale, quale corpo terrebbe l'attribuzione di auto-corpo dell'operatore?

Possiamo facilmente trovare argomenti correlati a questa discussione sull'attribuzione o la proiezione di "sé" dal nostro corpo naturale di un corpo artificiale, non in carne e ossa. Un esempio può essere trovato in campo medico; per esempio, nel campo della riabilitazione medica, trattamenti che "trucco" sensazione auto-corpo del paziente utilizzando specchi sono allo studio per ridurre il dolore e migliorare la funzione del motore di un arto mancante o paralizzati, chiamata terapia specchio ^3-6. In questa terapia, l'immagine speculare della parte del corpo inalterato o degli arti può ingannare il cervello del paziente a credere che l'arto mancante o paralizzato corrisponde a quello visualizzato nello specchio e condurre alla sensazione che è ancora in essas prima condizione (cioè, prima dell'incidente). E 'ancora in discussione come questa illusione influenza la resistenza del cervello legate alla rappresentazione del corpo. Oltre a questo tipo di discussione sul nostro corpo naturale, possiamo trovare discussioni simili in forma di realizzazione, in particolare di problemi di progettazione di interazione uomo-sistema nel campo dell'ingegneria. Il senso di sé per un corpo artificiale o virtuale è stata ben studiata nel contesto di telepresenza, interfaccia cervello-macchina, e l'interfaccia cervello-computer di ^1,2,7-9. Alcuni ricercatori hanno riferito che un robot humanlike, che può trasferire la sensazione tattile dalla mano di robot alla mano dell'operatore, può catturare senso dell'operatore di auto-corpo per il robot e la sensazione di essere in un posto in cui il robot è posizionato piuttosto che dove l'operatore esiste realmente, chiamato tele-esistenza ^1. Altri ricercatori hanno riferito che un avatar virtuale che riflette i movimenti del corpo dell'operatore fortely trasferisce senso dell'operatore di auto-corpo dal corpo dell'operatore al corpo virtuale ^9. Questi risultati indicano come gli utenti possono proiettare il loro senso di auto-corpo in un corpo artificiale, ad esempio un umanoide robot telecomando, protesi elettrico, o computer-grafica avatar in realtà virtuale, anche se il corpo artificiale non è direttamente collegato alla loro cervello e il corpo.

La ricerca scientifica di base su questo tipo di sensazione di auto-corpo per la non-carne e il sangue, gli oggetti corporei come artificiali esaminato i meccanismi cerebrali sottostanti per l'esperienza di auto-corpo con l'illusione della mano di gomma (RHI) ^10-13 e specchio illusione (MI) ^14-16 in campo medico e ingegneria così come in psicofisica e neuropsicologia. Il RHI è la sensazione che una mano di gomma appartiene al proprio corpo ed è evocata da accarezzare simultaneamente una mano di gomma visibile e la mano oscurata del partecipante. Nel MI, una mano image in uno specchio posizionato lungo l'asse mediosagittale cattura visivamente la posizione percepita del partecipante della mano opposta invisibile. Inoltre, i movimenti sincroni della mano riflessa e invisibili evocano la sensazione forte come se l'immagine riflessa mano fosse la mano opposta invisibile. Secondo la ricerca su queste illusioni, la coerenza tra le informazioni multimodale e la previsione e il feedback sensoriale sui movimenti del corpo sembra giocare un ruolo importante per il giudizio di attribuzione auto-corpo. Così, questi due illusioni possono essere elementi di prova e strumenti di semplice ma potente per gli scienziati per studiare i meccanismi cerebrali alla base la nostra sensazione di essere ingannato o credere che un oggetto o un'immagine artificiale può essere soggettivamente la nostra parte del corpo, e che la nostra sensazione di auto-corpo fa non devono essere legati al nostro corpo fisico naturale.

In tutti questi studi sopra elencati, la discussione si basa sul concetto di consisti "self"ng di due tipi di sensazioni proposti dal filosofo Gallagher ^17: il senso di appartenenza e il senso di agenzia. Il senso di appartenenza si riferisce alla sensazione che una parte corpo osservato è la propria. Il senso di agenzia corrisponde alla sensazione che il movimento del corpo è auto-causato. Queste due sensazioni sono definiti come il sé minimo, cioè un immediato senso di sé ^16. Secondo questo concetto, l'attribuzione del "sé" per i corpi naturali, danneggiato, virtuali e meccaniche può essere valutato con gli stessi indici: il senso di appartenenza e di agenzia. Per poter utilizzare questa sensazione per la valutazione scientifica, si pone il problema di come misurare il senso di appartenenza e agenzia robusta. Attualmente, la stima del senso di appartenenza e l'agenzia si basa principalmente su questionari, originariamente proposti da Botvinick ^9. Oltre ai questionari, possiamo tentare di misurare in modi quantitativi. Per esempio, la pelle conrisposta conduttanza (SCR) è stato usato come indice fisiologico di proprietà nei casi in cui la mano di gomma viene improvvisamente tagliato da un coltello ^18. Il SCR viene calcolata misurando le caratteristiche elettriche della pelle ed è un indicatore sensibile e valida per eccitazione ^19. Poiché questo metodo è generalmente applicato per le prove singole per partecipante, che misura SCR non è adatto come un indice fisico durante gli esperimenti psicofisici che richiedono misurazioni ripetitive all'interno di partecipanti. Uno degli indici comportamentali di maggior successo per il senso di proprietà è drift propriocettiva. Drift propriocettiva è il cambiamento nella posizione percepita della mano vera invisibile verso la posizione di un oggetto che sembra una mano, come la protesi in gomma misura o computer grafica ^10-13. Poiché questo cambiamento può essere stimato ripetutamente e robusto misurando la distanza tra la vera mano invisibile e l'immagine visiva della mano, propriocettiva drift isa opportuno indice fisico per misure psicofisiche. Tuttavia, questo uso deve essere valutata con attenzione, perché recenti discussioni si sono chiesti se la deriva propriocettivi può sempre essere usato come un indice comportamentale di proprietà ^12.

Tipicamente, la deriva propriocettiva è misurato in una sola delle tre direzioni, come l'altezza, larghezza o profondità. drift propriocettiva è stato raramente misurato in direzioni multiple a causa della difficoltà di stimare e visualizzare dati multi-dimensionali. Questa limitazione metrologica non è critico per la ricerca di base esplorare i meccanismi che elaborano le informazioni multisensoriale, perché le condizioni sperimentali possono essere facilmente elaborato e controllato per limitare le dimensioni misurate. Tuttavia, nella vita quotidiana, le nostre mani si muovono liberamente in 3D a seguire le nostre intenzioni. In questa situazione, è difficile e inadeguato per misurare il comportamento di un partecipante con questionari, che ha fortemente il movimento limiti e posizioni delle mani. Così, considerando le potenziali applicazioni per senso di appartenenza e di agenzia in ingegneria e riabilitazione, una misura che include molteplici direzioni e permette il movimento mano libera è necessario per valutare il rapporto spaziale tra feedback visivo e propriocettivo in situazioni di vita quotidiana. Se tale misura fosse possibile, la distanza misurata tra le mani reali e osservati potrebbe essere utilizzato come linea guida per il senso di auto-corpo. Ciò potrebbe non solo diventare un indicatore per il progresso della riabilitazione, ma anche un criterio per l'offset tra l'obiettivo manipolato nel display e la mano di funzionamento spaziale. La domanda rimane di come questa misurazione può essere implementato in modo affidabile ed efficiente.

Per rispondere a questa domanda, si introduce un nuovo metodo per stimare la deriva propriocettiva, che corrisponde al passaggio dalla posizione della mano invisibile reale del partecipante a quella di un visibile o mano-likebject, su un piano 2D utilizzando l'illusione specchio combinando una procedura psicofisico e un'analisi utilizzando apprendimento automatico. Rispetto ad una mano di gomma, la mano a uno specchio cattura fortemente la posizione percepita del partecipante della mano vera invisibile. Inoltre, un'immagine a specchio riflette immediatamente i movimenti della mano volontari per il posizionamento mano. Così, una immagine speculare è stato selezionato come feedback visivo della mano del partecipante. In aggiunta, per misurare la deriva propriocettiva simile alle situazioni della vita quotidiana, i partecipanti posizionati loro mano processo-by-trial nascosta la loro volontà, ed è stato aumentato il numero di prove. Anche se avrebbe potuto essere utilizzato qualsiasi combinazione di direzioni, la combinazione di altezza e profondità è stata scelta a causa della facilità di posa specchio verticale. Per verificare la coerenza tra il nostro metodo e la ricerca precedente ^13, sono stati realizzati due condizioni visive: con e senza feedback visivo. Nella condizione con feedback visivo, lo specchio wcome disposto lungo il piano sagittale mediano per creare un'immagine riflessa della mano sinistra, come se fosse visto come la mano destra. Nella condizione senza feedback visivo, una lavagna opaca è stato utilizzato al fine di nascondere vera mano destra del partecipante. Abbiamo valutato l'efficacia di questo nuovo metodo, confrontando i risultati con quelli ottenuti con un questionario sul senso di appartenenza e di agenzia.

Protocol

Tutti gli aspetti di questo esperimento sono stati approvati dal Comitato Etico del Tokyo Institute of Technology.

1. apparato sperimentale

1. Materiale e configurazione per la misurazione Drift propriocettiva.
   1. Ottenere un supporto che può contenere una piastra 100 x 100 cm verticalmente (Figura 1).
   2. Ottenere una sedia in cui il partecipante può sedersi comodamente durante l'esperimento.
   3. Ottenere uno specchio acrilico 100 x 100 cm e opaco lavagna.
   4. Ottenere la posizione tracker (per esempio, SLC-C02, Cyverse) per tracciare la posizione della mano destra del partecipante. Risoluzione spaziale dovrebbe essere di circa 1,5 mm a consentire sufficiente numero di campionamenti da utilizzare per l'apprendimento automatico.
   5. Ottenere un marker LED e retroriflettenti ad infrarossi che verranno utilizzati per indicare, rispettivamente, la posizione dello stand e la mano destra del partecipante, (vedere i passaggi 1.1.11 e 3.2.6).
   6. Ottenere il pedale per la risposta del partecipante. Creare il programma su misura, in grado di registrare e visualizzare simultaneamente la posizione di risposta e la mano destra del partecipante e giocare un segnale acustico come valutazioni di risposta del partecipante quando viene premuto il pedale. In questi esperimenti, la posizione della mano destra del partecipante sono stati raccolti utilizzando il dispositivo di acquisizione del motore e il suo programma su misura secondo le istruzioni del produttore.
      NOTA: Secondo un documento precedente ^16, il programma è stato sviluppato con un toolkit di sviluppo software. Il programma su misura sviluppato dal toolkit di sviluppo software può essere adattato per altre marche di dispositivi di motion capture.
   7. Utilizzare un metronomo per fornire segnali di temporizzazione per la formazione del movimento della mano, cioè, toccando la superficie dello specchio o della lavagna. Vedere il punto 3.1.1 per le istruzioni di formazione precise.
   8. Utilizzare cuffie cancellazione del rumore per ridurre la possibilità che il partecipante può ascoltare segnali sonori per la posizione della mano.
   9. Per la condizione di feedback visivo, fissare lo specchio al supporto. Per la condizione senza feedback visivo, collegare la lavagna per lo stand.
   10. Posizionare il LED in alto a sinistra dello specchio o lavagna a infrarossi.
2. Materiali e installazione per senso di appartenenza e l'Agenzia di misura.
   1. Ripetere la procedura dal punto 1.1.1 al punto 1.1.11.
   2. Creare o ottenere il questionario valutare senso di appartenenza e di agenzia (ad esempio, ^10,13,16). La tabella 1 mostra esempi di questo questionario utilizzato nello studio precedente ^15.
   3. Utilizzare un PC monitor o tablet per visualizzare il questionario al partecipante.

2. I partecipanti

1. Reclutare circa 10 partecipanti di mano destra con una vista normale o corretta-a-normale.
   Nota: Il numero dei partecipanti può essere regolata in base agli obiettivi sperimentali e il numero di prove ripetute per partecipformica.
2. Ottenere il consenso informato scritto per la partecipazione prima dell'inizio dell'esperimento.

3. Esperimento Procedura

1. Fase di formazione per il movimento della mano.
   1. Formare i partecipanti di toccare contemporaneamente con entrambe le mani sul specchio o lavagna ad un certo tempo con il metronomo. Indicare ai partecipanti di eseguire il movimento toccando mantenendo il tallone della mano in contatto con lo specchio o di bordo. All'inizio della formazione, avviare il metronomo ad un tempo di 60 battiti al minuto e quindi istruire il partecipante per spostare entrambe le mani sincrono secondo il suono del metronomo.
   2. Assicurarsi che i tempi del movimento della mano del partecipante è vicino a un ciclo al secondo (circa 1 Hz) e confrontarlo con il suono del metronomo diversi minuti dopo l'inizio di intercettazioni.
2. Stima della propriocettiva Drift in del Partecipante Mediosagittale Plane.
   1. Montare specchio o lavagna sul supporto sulla base delle condizioni: con feedback visivo, montare lo specchio; senza feedback visivo, montare la lavagna.
   2. Assicurarsi che partecipante è seduto molto vicino allo specchio o lavagna, il quale è posizionato lungo il piano sagittale mediano del partecipante (Figura 1).
   3. Assicurarsi che partecipante può vedere l'immagine speculare della mano sinistra, ma non può vedere la vera mano destra.
   4. Istruire partecipante a prestare attenzione all'immagine della mano sinistra nello specchio durante l'esperimento.
   5. Mettere i marcatori retroriflettenti sulla destra dito indice del partecipante e del polso.
      1. Dal momento che i marcatori sono messi solo sulla mano destra del partecipante, assicurarsi che la sensazione tattile della mano destra del partecipante a causa dei marcatori collegate non è sostanzialmente alterato rispetto alla mano sinistra interrogando ilpartecipante oralmente.
   6. Mettere le cuffie con cancellazione del rumore sopra le orecchie del partecipante.
   7. Istruire il partecipante per spostare la mano sinistra di circa 30 cm verticalmente e 30 cm in orizzontale da un angolo in basso a destra dello specchio e di mantenere questa posizione della mano sinistra durante l'esperimento. Questa posizione viene impostata come origine della superficie del piano 2D.
   8. Istruire il partecipante per posizionare la mano destra a volontà sull'altro lato dello specchio o lavagna e di mantenere la sua posizione fino alla fine del processo.
   9. Istruire il partecipante sul compito nel modo seguente:
      1. All'inizio di ogni prova, istruire il partecipante per spingere il pulsante centrale del pedale. A questo punto, il sistema emette un segnale acustico attraverso la cuffia come feedback della stampa pedale.
      2. Dopo aver sentito il segnale acustico, istruire il partecipante di iniziare a toccare con entrambe le mani in modo sincrono a 1 Hz sulla scheda, che è lo specchio inla condizione con feedback visivo o la lavagna in condizione senza feedback visivo.
      3. Dopo più di sei movimenti della mano, istruire il partecipante per arrestare il movimento al momento preferita e rispondere alla domanda circa la posizione della mano destra premendo il pulsante destro o sinistro sul pedale. Il tasto destro è un sì e la sinistra è un no. La domanda è: "Ti senti che la mano destra e sinistra sono nella stessa posizione?" In questo momento, il partecipante verrà emesso un segnale acustico come feedback per la stampa pedale di nuovo.
         NOTA: Se i partecipanti chiedono il significato della "stessa posizione," dire loro che "stessa posizione" significa che l'altezza personale e la profondità della mano destra sono equivalenti a quella della mano sinistra.
      4. Istruire il partecipante di spostare la mano destra in un'altra posizione di loro scelta. Poi, avviare di nuovo il processo. Questo ciclo continuerà fino a 200 prove per ogni condizione.
   10. Durante l'operazione, verificare che i tempi di intercettazioni del partecipante resta a circa 1 Hz visualizzando il movimento rispetto al metronomo.
       Nota: Il suono del metronomo può essere ascoltato solo dallo sperimentatore.
   11. Dopo aver terminato circa 100 prove, lasciare che il partecipante prendersi una pausa.
   12. Eseguire l'esperimento per le altre condizioni (con o senza feedback visivo) in giorni separati.
3. Stima del senso di appartenenza e l'Agenzia nella Condizione Mirror.
   1. Definire le posizioni della mano destra per raccogliere le risposte dei partecipanti al questionario sul senso di appartenenza e di agenzia. Ad esempio, in una precedente pubblicazione ^16, c'erano 13 prefisso posizioni destri. Questi punti sono stati organizzati ogni 7 cm fino a ± 21 cm dall'origine.
   2. Eseguire la stessa procedura per l'abstima ove elencate dal punto 3.2.2 al punto 3.2.7.
   3. Istruire il partecipante di mettere la mano destra seguendo la guida dello sperimentatore e mantenere la sua posizione fino a finire una prova.
   4. Istruire il partecipante sul compito nel modo seguente:
      1. All'inizio del processo, premere il tasto centrale del pedale. In questo momento, il partecipante si sente il bip come feedback della stampa pedale.
      2. Poi, iniziare a toccare le mani a destra ea sinistra in modo sincrono a 1 Hz.
      3. Dopo più di sei volte di intercettazioni, stop intercettazioni quando lo sperimentatore indica. Poi, rispondere alle domande sul senso di appartenenza e agenzia visualizzate sul monitor utilizzando una scala Likert a 7 punti con le valutazioni che variano da -3 ( "completamente in disaccordo") a +3 ( "totalmente d'accordo"), con 0 che indica né accordo né disaccordo ( "incerto").
      4. Spostare la mano destra per la posizione che lo sperimentatore indica. Quindi, avviare il processoancora. Questo ciclo continuerà fino al numero di posizioni di destra che lo sperimentatore definisce.
   5. Assicurarsi che il partecipante può comprendere il compito e chiedere al partecipante per avviare l'attività.

Analisi 4. I dati

1. L'analisi di propriocettiva Drift in del Partecipante Mediosagittale Plane.
   1. Ottenere lo strumento statistico che contiene l'applicazione di apprendimento automatico, in particolare il supporto Vector Machine (ad esempio, R, MATLAB). L'uso della macchina Support Vector (SVM) come il classificatore per estrarre i confini delle risposte del partecipante. Una precedente pubblicazione fornisce una spiegazione per gli algoritmi del classificatore (vedi capitolo 7) ^20. In questo articolo, vi spieghiamo il metodo utilizzando R (versione 3.1.2).
   2. Installare il pacchetto chiamato "kernlab" ^21, che contiene l'analisi utilizzando SVM nell'applicazione R.
   3. Mark l'area che mostra proprioceptive deriva della mano come segue (Figura 2 descrive la rappresentazione schematica del flusso di analisi dei dati). Vedere codice software supplementare e campione di dati per ulteriori spiegazioni di questa analisi dei dati.
      1. Calcolare le posizioni destri relative dall'origine. Eliminare i dati con errori (ad esempio, i dati di posizione mancanti o le risposte del partecipante) dall'analisi.
      2. Fare un modello probabilistico di "sì" risposte nello spazio 2D utilizzando il SVM del partecipante. Utilizzare i dati delle risposte come una descrizione simbolica del modello. Utilizzare i dati della posizione di destra come i parametri del modello. Utilizzare la funzione di kernel base radiale comunemente usato come il kernel per il SVM. Per evitare l'analisi arbitraria, calcolare sigma (ie, parametro utilizzato per cambiare il peso di ciascun punto di dati) mediante una stima automatica sigma.
      3. Assicurarsi che il modello è montato correttamente verificando che esimoerrori di formazione e del modello sono in fase di 0.2. Utilizzando il modello probabilistico, definire l'area in cui il p-value delle risposte "sì" del partecipante è stata stimata essere superiore a 0,5.
   4. La media dei dati di ogni partecipante di fare una zona che mostra deriva propriocettiva.
      NOTA: Dato che è difficile fare la media il confine del "sì" e "no" area di risposta stimato dalle p-value delle risposte nello spazio 2D, si consigliano due tipi di media. Un metodo è quello di calcolare la media dei p-value per le risposte del partecipante nello spazio 2D, che è il metodo utilizzato prima stima del confine. L'altro metodo è quello di mediare le dimensioni dell'area, che viene utilizzato dopo aver stimato il confine.
2. L'analisi della dimensione Questionario Dati e Area.
   1. Ottenere lo strumento statistico per valutare l'importanza della posizione e le categorie del questionario (per esempio, SPSS o R).
   2. Valutare normale distribution di tutti i dati utilizzando il test di Shapiro-Wilk, e applicare il test non parametrico appropriato quando una o più delle relative serie di dati non è riuscito a soddisfare i criteri per la distribuzione normale (per esempio, Wilcoxon test di ranghi, test di Friedman).
      Nota: Se un metodo non parametrico che si adatta l'esperimento è carente, utilizzare un metodo parametrico e spiegare il ragionamento. In uno studio precedente ^16, a due vie per misure ripetute ANOVA ha analizzato i dati del questionario, in quanto non vi è stato alcun sostituto non parametrica per questa analisi.

Representative Results

I risultati rappresentativi da un precedente studio vengono presentati per illustrare il metodo di ^{16 anni.} La figura 3A mostra che le forme della zona in cui il partecipante non ha potuto rilevare l'offset tra la posizione della mano sinistra e destra spaziale differivano tra le condizioni con (specchio) e senza (lavagna) visivo . commenti figura 3B mostra che le dimensioni dell'area nella condizione con feedback visivo sono significativamente più grandi rispetto alla condizione senza feedback visivo (Wilcoxon Test: Z = -2,803, p = 0,005). Questi risultati suggeriscono che il richiesto scostamento tra il feedback visivo e propriocettivo per mantenere la deriva propriocettiva è di circa 10 cm e questo valore cambia di direzione (figure 3 e 4). Offset verticale è apparso più grande orizzontale compensato. Nella figura 5, la distribuzione spaziale verticale e orizzontale del punteggio questionario fo di proprietà organismo e agenzia hanno mostrato una distribuzione unimodale. I loro picchi erano all'origine, dove la mano destra del partecipante era quasi nella stessa posizione come quella dell'immagine speculare mano. Al contrario, la distribuzione spaziale per il punteggio delle istruzioni di controllo era quasi piatta e sotto -1. A due vie per misure ripetute ANOVA ha rivelato i principali effetti per le categorie e le posizioni che i partecipanti indicate nei questionari (orizzontale: Categoria: F (3,27) = 11.12, p <0.001; Posizione: F (6,54) = 10.27, p <0.001; verticale: Categoria: F (3,27) = 24.21, p <0.001, Posizione: F (6,54) = 7,298, p <0.001). Le interazioni tra categoria e posizione sono state significative (orizzontale: F (18.162) = 9.42, p <0.001; verticale: F (18.162) = 8.00, p <0.001). Questi risultati implicano che il senso di appartenenza e agenzia diminuita quando lo scostamento tra vero e proprio del partecipante spaziale oscurato mano destra e la mano immagine speculare aumentato. in Figura 6, il confronto tra la visualizzazione di deriva e questionari risultati propriocettivi per senso di appartenenza e l'agenzia indica che le aree di compensazione per mantenere questi fenomeni sono concentrici e quasi si sovrappongono.

Figura 1:. Presentazione del programma di installazione Il setup sperimentale include un supporto che tiene sia lo specchio o la lavagna, una sedia, un dispositivo di risposta (pedale), e dispositivi di registrazione per la posizione della mano del partecipante. La figura in alto mostra la rappresentazione schematica della configurazione dalla direzione in cui il partecipante può vedere l'immagine speculare del suo / la sua mano sinistra. La figura in basso mostra la vista del retro dello specchio. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2:. Analisi dei dati di flusso (A) Un esempio di risposta del partecipante e le posizioni della mano destra. (B) Rappresentazione schematica del "sì" modello di risposta stimato da SVM. (C) Risultato dell'analisi confine. (D) le aree media di partecipanti. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Confronto di Area forme e dimensioni tra le condizioni con e senza Feedback visivo (A) Confronto di forme zona.. L'origine del grafico è la posizione della mano sinistra, che è, la posizione del miimmagine mano rrored nella condizione di feedback visivo. Gli assi verticali e orizzontali mostrano la posizione della mano destra del partecipante come feedback propriocettivo della mano. (B) Confronto di dimensioni dell'area. asse verticale mostra le dimensioni dell'area in cui i partecipanti non hanno potuto rilevare l'offset tra la posizione della mano sinistra e destra spaziale. Ad asse orizzontale mostra la condizione con o immagine speculare mano senza come feedback visivo (a destra: con feedback visivo, a sinistra: senza feedback visivo). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4:. Dati individuali per maggior parte dei partecipanti, la forma del bordo nella condizione specchio era più grande nella condizione lavagna. Questo suggerisce che il metodo di visualizzazione utilizzandoSVM riuscito a dimostrare l'effetto di cattura visivo dell'immagine del corpo nello specchio. Al contrario, per i partecipanti D, H, J e, c'erano poche differenze tra le condizioni, indicando che ci potrebbero essere differenze individuali per l'effetto di cattura visivo. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Questionario Risultati (A) Distribuzione spaziale del punteggio questionario lungo l'asse verticale.. (B) la distribuzione spaziale del punteggio questionario lungo l'asse orizzontale. Proprietà e agenzia punteggi sono stati più alti all'origine relativi alle posizioni verticali e orizzontali. Please clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Confronto tra classificazione e Questionario (A) la distribuzione spaziale dei punteggi questionario per la proprietà e agenzia lungo l'asse orizzontale.. (B) la distribuzione spaziale dei punteggi questionario per la proprietà e agenzia lungo l'asse verticale. (C) area in cui i partecipanti non potevano rilevare l'offset immagine Mano a specchio e oscurato vera mano destra fra stimato. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Categoria
Proprietà	1. Mi sono sentito come se fossi stato looking alla mia mano destra.
	2. Mi sono sentito come se la mano nello specchio era parte del mio corpo.
	3. Sembrava come se stessi rilevamento del movimento della mia mano destra nella posizione in cui la mano nello specchio spostato.
	4. Mi sentivo come se la mano nello specchio era la mia mano.
Proprietà controllo	5. Mi sentivo come se la mia mano destra reale si stava trasformando in mano allo specchio.
	6. Sembrava come se avessi più di una mano destra.
	7. Sembrava come se la mano nello specchio stava andando alla deriva verso la mia vera mano.
	8. Mi sentivo come se non avevo più una mano destra, come se la mia mano destra era scomparso.
Agenzia	9. La mano nello specchio spostato proprio come volevo la mia mano destra per, come se fosse obbedendo la mia volontà.
	10. Mi sentivo come se mi è stato controllare il movimento della mano nello specchio come vorrei controllare che la mia mano destra.
	11. Mi sentivo come se mi è stato la causa del movimento creato dalla mano che vedevo come la mia mano destra.
	12. Ogni volta che ho spostato la mia mano destra, mi aspettavo la mano nello specchio di muoversi nello stesso modo.
Agenzia controllo	13. Mi sentivo come se la mano nello specchio stava controllando la mia volontà.
	14. Mi sentivo come se la mano nello specchio stava controllando i miei movimenti.
	15. Ho potuto percepire il movimento da qualche parte tra la mia mano destra e la mano reale nello specchio.
	16. Sembrava come se la mano nello specchio aveva una volontà propria.

1:. questionario composto da 16 Bilancio classificati in quattro categorie Questo questionario è stato adattato e tradotto in giapponese da questionari utilizzati negli esperimenti illusione di gomma a mano ^10,13.

File supplementari. Codice di esempio e set di dati per il metodo di analisi utilizzando SVM. Questo codice può essere effettuata utilizzando R (versione 3.1.2) e condurre la stessa analisi, come nel documento corrente. Si prega di cliccare qui per scaricare questo file.

Discussion

Dimostriamo un metodo per stimare la deriva propriocettiva in un piano 2D durante l'illusione specchio utilizzando SVM e per confrontare il risultato con risposte al questionario per il senso di appartenenza e di agenzia. Questo nuovo metodo ha rivelato che il richiesto scostamento tra il feedback visivo e propriocettivo per mantenere la deriva propriocettiva è di circa 10 cm di lunghezza e che questo offset da vicino si sovrappone con l'offset tenuti a mantenere la sensazione di proprietà e agenzia.

Si noti che la fase più critica di questo metodo è descritto sotto 3.2.5, un'istruzione per i partecipanti circa la loro attenzione. Nello studio pilota precedente ^16, l'effetto della cattura visiva da un'immagine speculare mano è stata raramente osservata quando i partecipanti soggettivamente riferito che prestassero più attenzione al loro corpo. Non è ancora chiaro se l'attenzione contribuisce a questo fenomeno. Il rapporto tra l'attenzione e il senso di appartenenza e agenzia ha raramentestato discusso per la difficoltà di controllare o misurare l'attenzione dei partecipanti. A nostra conoscenza, c'è solo studio ²² che ha indagato direttamente l'effetto di attenzione il senso di proprietà. Per evitare discussioni complesse su come controllare e misurare l'attenzione, è necessaria l'istruzione attenti per quanto riguarda l'attenzione dei partecipanti.

L'altro punto critico è che i partecipanti possono scegliere la posizione della mano per la prova successiva a proprio piacimento nella sessione di misura deriva propriocettiva. In psicofisica tradizionali, il grado di libertà del comportamento dei partecipanti tende ad essere limitato e controllato per rendere l'esperimento più robusto e riproducibile. Ad esempio, negli esperimenti di misura deriva propriocettiva e senso di appartenenza e l'agenzia utilizzando il paradigma di gomma mano illusione ^10-13, i punti di campionamento della posizione della mano dei partecipanti sono stati pre-definite lungo uno dei tre regias, come altezza, larghezza, o la profondità, per evitare difficoltà di misurazione e visualizzazione dei dati multi-dimensionali. Tanto più che i questionari prendono tempo per ogni punto di prelievo a causa del numero di categorie (ad esempio, le dichiarazioni di proprietà, di agenzia e di controllo), il numero di punti di campionamento sono più limitate rispetto ai metodi di registrazione comportamenti umani. In questo metodo, al fine di assicurare la coerenza con altri studi, la misura del senso di appartenenza e l'agenzia attraverso un questionario è stato limitato e prefissato pure. Questa limitazione relative al comportamento dei partecipanti non è critico per la ricerca di base esplorare il meccanismo cervello del senso di proprietà e agenzia, perché è possibile progettare e controllare le condizioni sperimentali preciso e riproducibile includendo queste limitazioni nelle condizioni sperimentali. Tuttavia, considerando le potenziali applicazioni per senso di appartenenza e di agenzia in ingegneria e la riabilitazione, questa limitazionepuò essere fondamentale per stimare il comportamento umano in 3D in condizioni di vita quotidiana. In queste circostanze, in cui i partecipanti possono muoversi loro mano e scegliere la posizione più liberamente, è difficile stimare la deriva propriocettiva con metodi psicofisici tradizionali. Per superare questo problema, un SVM, un tipo di apprendimento automatico, è stato adottato per la stima e la visualizzazione di deriva propriocettiva. Questa tecnica può raccogliere e analizzare i dati di massa, come i dati multidimensionali che contiene le risposte dei partecipanti e posizioni delle mani in 2D con la selezione libera. Utilizzando questa tecnica, le risposte dei partecipanti campionati a varie posizioni delle mani sono stati classificati e l'area in cui i partecipanti hanno analizzato non hanno notato la distanza tra l'immagine speculare della mano sinistra e la mano destra reale nascosto.

Questo metodo ha una limitazione critica, che è che la superficie media che mostra la deriva propriocettiva tra i partecipanti al momento non visualizza indivdifferenze idual. Ciò è dovuto alla limitazione del metodo di visualizzazione per visualizzare i dati più tridimensionali su una superficie 2D. I dati per l'area media che mostra la deriva propriocettiva avrebbero contenere i dati 2D di posizione, la probabilità di risposta del partecipante, e la differenza individuale. Per includere le differenze individuali, un metodo di visualizzazione in grado di mostrare i dati quadridimensionali sarebbe necessario.

La direzione futura di questo metodo è quello di ampliare le dimensioni da 2D a 3D e per includere le caratteristiche temporali. Anche se ci sono ancora alcune difficoltà nel metodo di visualizzazione per i dati di più di tre dimensioni, queste espansioni con dimensioni aiuterà a comprendere come il cervello elabora le informazioni multisensoriali da più modalità, come la visione e la propriocezione. Per realizzare questa espansione, sono necessarie ulteriori ricerche.

Dal punto di vista delle applicazioni, questo metodo potrebbe aiutare a Engigneri a strategicamente progettazione sistemi di realtà virtuale usabilità o sensazione di controllo per i sistemi di controllo in tempo reale, come i robot, sistemi di robot chirurgico, e. In questi sistemi, la sensazione per l'utente durante il funzionamento è spesso stimata questionari ex post facto. Pertanto, è difficile attuare la sensazione dell'utente durante il funzionamento quando si effettua un prototipo di sistema. Se potessimo rivelare la limitazione della discrepanza spazio-temporale tra un feedback multisensoriale per mantenere il senso di appartenenza e di agenzia, sarebbe utile per fornire le regole circa il feedback multisensoriale da sistemi di macchine per mantenere l'usabilità auto-corpo-like, in cui gli operatori controllano il sistemi come se volessero controllare il proprio corpo. Questo metodo rivela l'offset tra il feedback visivo e propriocettivo per mantenere un senso di appartenenza e l'agenzia spaziale. Sulla base di questo risultato, sentimenti del partecipante verso la mano immagine speculare può essere controllata manipolandola distanza immagine mano e nascosto la mano reale tra. Modifica del rapporto spazio-temporale attraverso il feedback multisensoriale da varie azioni sarebbe il primo passo per controllare strategicamente sensazione per l'utente durante il funzionamento.

Questa idea può essere adottata non solo per l'ingegneria, ma anche per la riabilitazione. Diversi sforzi di ricerca sono volti a migliorare le funzioni motorie e il dolore nelle persone con arti mancanti o paralizzati. Tuttavia, dato che il tema principale della riabilitazione tradizionale è per i pazienti a riconquistare la funzione nella loro vita quotidiana, poco di questa ricerca è riuscito a migliorare i sentimenti dei pazienti in un arto mancante o paralizzato. Considerando l'impatto sulla qualità della vita dei pazienti, il miglioramento delle loro sensazioni è fondamentale per vivere con un arto mancante o paralizzato. Questo metodo può fornire una stima quantitativa circa il senso di appartenenza e di agenzia in un arto mancante o paralizzati misurando lo scostamento tra do 'i pazientiposizione arto BIETTIVO e la posizione dell'arto reale o visibile. Questo aiuterebbe il fisioterapista di stimare quantitativamente sensazione di loro arti dei pazienti.

Per concludere, questo lavoro fornisce un nuovo metodo per visualizzare la compensazione tra il feedback visivo e propriocettivo per mantenere la deriva propriocettiva lungo il piano sagittale mediano spaziale. Sulla base di ricerche precedenti utilizzando questo metodo ^15, la spaziale compensato che i partecipanti non potevano rilevare estesa per circa 10 cm. Inoltre, questo valore corrisponde l'intervallo in cui i partecipanti si sentono un senso di appartenenza e di agenzia per la mano a specchio. Questi risultati aiuteranno ad approfondire i meccanismi alla base del senso di appartenenza e l'agenzia in una prospettiva multimodale delle informazioni sensoriali. Inoltre, questo metodo può fornire uno strumento per la riabilitazione di arti mancanti o paralizzati e per la progettazione di sistemi di controllo in tempo reale, come indicated quantitativaR indica la compensazione tra il feedback visivo e propriocettivo per mantenere sensazione o usabilità auto-corpo-come spaziale. In questo modo, lo sviluppo di tecniche computazionali, quali l'apprendimento della macchina, rende possibile la costruzione di stima e di visualizzazione metodi che erano impossibili a causa dei limiti statistici convenzionali. Questo tipo di progresso metrologica potrebbe rivelare il comportamento umano e meccanismi cerebrali che producono il senso di sé nelle situazioni più naturali.

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.