Frame-by-Frame-Video-Analyse von eigenwilligen Reach-Griff Bewegungen beim Menschen
Summary
Dieses Protokoll beschreibt das video Frame für Frame-Analyse verwenden, um eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen beim Menschen zu quantifizieren. Eine vergleichende Analyse der erreichte im Vergleich zu gesunden Erwachsenen ungesehen gesichtet wird verwendet, um die Technik zu demonstrieren, aber die Methode kann auch zur Erforschung der Entwicklungs- und klinischen Populationen.
Abstract
Greifprobleme, das Gesetz zu erreichen um ein Objekt zu erfassen ist von zentraler Bedeutung für die menschliche Erfahrung. Wir verwenden sie füttern uns, uns selbst zu pflegen und Gegenstände und Werkzeuge in unserer Umwelt zu manipulieren. Solche Verhaltensweisen sind durch viele sensomotorischen Störungen beeinträchtigt, doch unser gegenwärtige Verständnis der neuronalen Kontrolle ist bei weitem nicht vollständig. Aktuelle Technologien zur Untersuchung menschlicher Reichweite zu erfassen Bewegungen nutzen oft Motion-tracking-Systeme, die können teuer sein, erfordert das Anbringen von Markierungen oder Sensoren an den Händen, natürliche Bewegung und sensorisches Feedback zu behindern und kinematische Ausgabe, die schwer zu interpretieren sein kann. Während in der Regel wirksam für das Studium der Stereotypen Reichweite zu erfassen Bewegungen von gesunden Erwachsenen gesichtet, Gesicht viele dieser Technologien zusätzliche Einschränkungen, wenn Sie versuchen, die unberechenbaren und eigenwilligen Reichweite zu erfassen Bewegungen der Studie Kleinkinder und ungesehen Erwachsene Patienten mit neurologischen Erkrankungen. So präsentieren wir Ihnen eine neuartige, preiswert, und höchst zuverlässige noch flexible Protokoll zur Quantifizierung der zeitlichen und kinematischen Struktur der eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen beim Menschen. High-Speed-Video-Kameras erfassen mehrere Ansichten der Reach-Griff-Bewegung. Video-Frame-by-Frame-Analyse wird dann verwendet, um das Timing und die Größe der vordefinierten Verhalten Veranstaltungen wie Bewegung beginnen, Sammlung, maximale Höhe, Gipfel Blende, Erstkontakt und endgültige Griff zu dokumentieren. Die zeitliche Struktur der Bewegung wird durch die relative Frame-Nummer der jeweiligen Veranstaltung zu dokumentieren, während die kinematische Struktur der Hand mithilfe der Herrscher oder Maßnahme Funktion in Foto quantifiziert wird-Bearbeitungs-Software, 2-dimensionale kalibrieren rekonstruiert linear Entfernungen zwischen zwei Körperteile oder ein Körperteil und das Ziel. Video-Frame-by-Frame-Analyse kann eine quantitative und umfassende Beschreibung der eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen sorgen und Forscher ihre Untersuchung auf eine größere Palette von naturalistischen prehensile erweitern Verhaltensweisen, durch eine breitere Palette von Sinnesmodalitäten in gesunde und klinischen Populationen geführt.
Introduction
Greifprobleme, das Gesetz zu erreichen um ein Objekt zu erfassen ist für viele tägliche Funktionen einschließlich Erwerb von Lebensmitteln zum Essen, Pflege, Bearbeiten von Objekten, schwingende Werkzeuge und Kommunikation durch Gestik und geschriebene Wort. Die prominentesten Theorie über die neurologischen Kontrolle der Greifprobleme, schlägt die Visuomotor Zweikanal Theorie1,2,3,4, dieser Greifprobleme besteht aus zwei Bewegungen – eine Reichweite das transportiert die Hand an die Position des Ziels und ein Verständnis, das öffnet, Formen, und schließt die Hand, um die Größe und Form des Ziels. Die beiden Sätze sind durch Binom sondern interagierenden Nervenbahnen von visuellen, motorischen Kortex über den Scheitellappen1,2,3,4vermittelt. Verhaltens Unterstützung für die Visuomotor Zweikanal-Theorie wurde nicht eindeutig, weitgehend darauf, dass die Reichweite-Griff-Bewegung als einen einzigen nahtlosen Akt erscheint und entfaltet sich mit wenig bewusste Anstrengung. Dennoch ist Greifprobleme fast immer im Zusammenhang mit optisch geführte Greifprobleme studierte in dem gesunde Teilnehmer erreicht, um ein sichtbares Ziel-Objekt zu erfassen. Unter diesen Umständen erscheint die Aktion als eine einzige Bewegung, die in einer vorhersehbaren und stereotype Weise entfaltet. Vor Beginn der Reichweite die Augen auf das Ziel zu fixieren. Als der Arm erstreckt sich die Ziffern öffnen, preshape auf die Größe des Objekts, und anschließend starten, schließen. Die Augen vom Ziel kurz vor dem Zielkontakt zu lösen und endgültigen Verständnis des Ziels folgt fast unmittelbar danach5. Wenn Vision entfernt wird, ist jedoch die Struktur des Satzes grundlegend anders. Die Bewegung distanziert sich in seine konstituierenden Komponenten so, dass eine reichlich Reichweite zuerst verwendet wird, um das Ziel zu suchen, durch Berühren sie und dann haptische Signale Ziel Kontakt Anleitung gestalten und Schließung der Hand fassen Sie6zugeordnet.
Quantifizierung der Reach-Griff-Bewegung wird in den meisten Fällen durch eine 3 dimensionale (3D) Motion-Tracking-System erreicht. Dazu zählen Infrarot-Tracking-Systeme, elektromagnetische tracking-Systeme, oder videobasiertes Tracking-Systeme. Während solcher Systeme effektiv für den Erwerb der kinematischer Maßnahmen der Greifprobleme in gesunde Erwachsene Teilnehmer Stereotype zu erreichen, Griff Bewegungen in Richtung sichtbar Zielobjekte durchzuführen sind, haben sie eine Reihe von Nachteilen. Diese Systeme erfordern nicht nur sehr teuer, die Befestigung der Sensoren oder Markierungen auf dem Arm, Hand und Ziffern des Teilnehmers. Diese sind in der Regel angebracht, mit medizinischen Klebeband, das taktile Rückmeldung aus der Hand zu behindern, natürliche motor Verhalten ändern und Teilnehmer7ablenken. Da diese Systeme in der Regel numerischen Ausgabe im Zusammenhang mit verschiedenen kinematische Variablen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung zu erzeugen sind sie auch nicht ideal für die Untersuchung, wie die Hand das Ziel Kontakte. Wenn diese Systeme, zusätzliche Sensoren oder Ausrüstung sind erforderlich, um festzustellen, welcher Teil der Hand macht, wenden Sie sich an mit dem Ziel, wo auf dem Ziel Kontakt kommt, und wie die Konfiguration der Hand in ändern könnte um das Ziel zu manipulieren. Darüber hinaus erfordern Infrarot-Tracking-Systeme, die die am meisten verwendeten sind, die Verwendung einer speziellen Kamera um den Standort der Marker auf der Seite im 3D-Raum6verfolgen. Dies erfordert eine direkte Sichtverbindung zwischen der Kamera und Sensoren auf der Hand. Als solche dürften alle Eigenheiten in der Bewegung dieser Blickrichtung zu verschleiern und führen zum Verlust der kritischen kinematische Daten. Allerdings gibt es eine große Anzahl von Instanzen, in denen Eigenheiten in der Reach-Griff-Bewegung tatsächlich die Norm sind. Dazu gehören während der frühen Entwicklung bei Säuglingen nur lernen zu erreichen und für Objekte zu erfassen; Wenn das Zielobjekt nicht sichtbare und fühlbare müssen Hinweise verwendet werden, um die Reichweite und der Griff zu führen; Wenn das Zielobjekt eine seltsame Form oder Textur ist; und wenn die Teilnehmer mit einem von einer Vielzahl von sensomotorischen Störungen wie ein Schlaganfall stellt Huntington-Krankheit, Morbus Parkinson, Zerebralparese, etc. In allen diesen Fällen die Reach-Griff-Bewegung ist weder vorhersehbar noch Stereotype, noch ist es unbedingt von Vision geleitet. Infolgedessen kann die Fähigkeit des 3D Motion-tracking-Systeme, die zeitliche und kinematische Struktur dieser Bewegungen zuverlässig zu quantifizieren stark eingeschränkt durch Störungen in sensorisches Feedback aus der Hand, Änderungen im natürlichen motor Verhalten, Verlust von Daten, und/oder Schwierigkeiten die eigenwillige kinematische Ausgabe von diesen Geräten zu interpretieren.
Der vorliegende Beitrag beschreibt eine neuartige Technik zur Quantifizierung der eigenwilliger Reichweite zu erfassen Bewegungen in verschiedenen menschlichen Populationen, die ist erschwinglich, sensorisches Feedback aus der Hand oder natürliche motor Verhalten nicht behindert und ist zuverlässig aber kann flexibel sein eine Vielzahl von experimentellen Paradigmen angepasst. Bei dieser Technik wird mit mehrere High-Speed-Videokameras um die Reichweite zu greifen-Bewegung aus verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen. Das Video wird dann offline analysiert, indem Sie voran durch die video-Frames eine zu einem Zeitpunkt und Sichtprüfung, Dokument Verhaltens Schlüsselereignisse, die zusammen eine quantifizierte Beschreibung der zeitlichen und kinematische Organisation der Reichweite zu Grasp bieten Bewegung. Der vorliegende Beitrag beschreibt eine vergleichende Analyse der optisch – im Vergleich zu nonvisually geführt zu erreichen, Griff Bewegungen bei gesunden erwachsenen Menschen6,8,9,10 um die Wirksamkeit zu demonstrieren der Technik; modifizierte Versionen der Technik haben jedoch auch verwendet worden, um die Reichweite zu greifen-Aktionen der menschliche Säuglinge11 und nicht-menschlichen Primaten12zu quantifizieren. Die umfassenden Ergebnisse der Frame-by-Frame-Videoanalyse aus diesen Studien gehören zu den ersten, zur Unterstützung der Visuomotor Zweikanal-Theorie des Greifprobleme Verhaltens nachzuweisen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der vorliegende Beitrag beschreibt das video Frame für Frame-Analyse verwenden, um die zeitliche Organisation, kinematische Struktur und eine Teilmenge der topographischen Merkmale menschlicher Reichweite zu erfassen Bewegungen zu quantifizieren. Die Technik kann verwendet werden, um typische optisch geführte Reichweite zu erfassen Bewegungen, sondern auch eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen zu studieren. Solche Bewegungen sind schwierig zu studieren, mit traditionellen 3D Motion-tracking-Systeme, jedoch hä…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchten Alexis M. Wilson und Marisa E. Bertoli für ihre Unterstützung bei Dreharbeiten und bereitet das Video für dieses Manuskript danken. Diese Forschung wurde von den Naturwissenschaften und Engineering Research Council of Canada (JMK, JRK, IQW), Alberta Innovates-Health-Lösungen (JMK) und der kanadischen Institute der Gesundheit Forschung (IQW) unterstützt.
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 |
References
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