特異な到達把持運動のフレームでビデオ分析
Summary
このプロトコルでは、特異な到達把持運動を定量化するフレームでビデオ分析を使用する方法について説明します。比較分析のテクニックを示すために使用が見えていない健康な成人と発見に到達、メソッドは発達・臨床集団の研究にも適用することができます。
Abstract
指間、オブジェクトを把握する到達法は、人間の経験の中心です。我々 は、自分自身を養う、新郎、自分自身と私たちの環境のオブジェクトとツールを操作します。このような行動には多くの感覚運動障害によって障害はまだその神経支配の私たちの現在の理解は完全でないです。調査到達把持運動の現在のテクノロジが頻繁にモーショントラッ キング、高価になることができます手にマーカーやセンサーの添付ファイルを必要とする、自然な動きと感覚フィードバック阻害、運動を提供するシステムを利用します。出力を解釈することは困難することができます。予測と特異な到達把持運動を研究しよう追加制限に直面これらの技術の多く、通常、健康な視力を持った大人のステレオタイプの到達把持運動の効果乳幼児、見えていない大人と神経疾患患者。したがって、特異な到達把持運動の時間的・運動学的構造を定量化するための小説で、安価で、高い信頼性の高いかつ柔軟なプロトコルを提案する.高速ビデオカメラは、到達把持運動の複数のビューをキャプチャします。フレームでビデオ解析、タイミングと運動開始、コレクション、高さの最大値、ピーク絞り、最初の接触の最終的な把握など行動の事前に定義されたでき事の大きさを文書化に使用されます。運動の時間構造は手の運動学的構造は、2 次元を調整する写真編集ソフトウェアで定規またはメジャーの関数を用いて定量化は、各イベントの相対的なフレーム数の文書化によって再建された線形2 つの体の部分の間または体の一部とターゲットの間の距離。フレームでビデオ解析特有の到達把持運動の定量的かつ包括的な説明を提供することができ、巻き付けるに適した自然のより広い範囲を含むように調査の彼らの領域を拡大する研究者を有効にします。動作は、幅広い健康および臨床人口の感覚モダリティによって導かれて。
Introduction
指間、オブジェクトを把握する到達法は食べる、グルーミング、オブジェクトの操作、ツールを振り回す、ジェスチャーを介して通信の食品アイテムを取得を含む多くの毎日機能の使用し、書かれた言葉。その指間から成っている 2 つの動き – リーチの把持動作の神経行動学的管理に関する最も顕著な理論、デュアルチャネル視覚運動理論1,2,3,4、提案します。それは開閉、形状、サイズとターゲットの形状に手把握とターゲットの場所を手を転送します。2 つの動きは、分離可能な相互作用する神経経路から視覚大脳皮質頭頂葉1,2,3、4を経由することによって仲介されます。デュアルチャネル視覚運動理論の行動のサポートは、主原因という事実に到達把持運動の単一のシームレスな行為として表示され、ほとんど意識的な努力を展開あいまいにされています。それにもかかわらず、鎌倉ほとんど常に健康的な参加者が表示されるターゲット オブジェクトを把握するに達する視覚誘導の把持動作のコンテキストで検討しました。このような状況下でアクションが表示される予測可能な陳腐なファッションで繰り広げられる単一の動きとして。リーチ発症する前に、目はターゲットにこだわる。腕が伸び、数字、オブジェクトのサイズに preshape を開き閉じるために開始後。目はターゲットの接触直前にターゲットから外れるし、ターゲットの最終的な把握に続くほとんどすぐにその後5。ビジョンを削除すると、ただし、運動の構造は根本的に異なります。それと整形対象コンタクト ガイドと手の閉鎖6を把握するに関連付けられているし、覚に触れることによって、ターゲットを検索する最初に物惜しみしない範囲が使用されるように、動きが、構成要素に切り離されます。
到達把持運動の定量化は、3 次元 (3 D) 運動追跡システムを使用して最もよく達成されます。これらは追跡システム、電磁波、赤外線追跡システムを含めることができます。 またはビデオ ベースの追跡システム。このようなシステムは目に見えるターゲットのオブジェクトに向かってステレオタイプ到達把持運動を実行する健康な成人参加者での把持動作の運動学的措置を取得するために効果的な彼らの欠点の数を持ってください。非常に高価なだけでなく、これらのシステムは、センサーや腕、手、および参加者の数字の上にマーカーの添付ファイルを必要があります。これらは通常、手から触覚フィードバックを妨げ、自然の運動動作を変更、参加者7をそらす医療用のテープを使用してアタッチします。これらのシステムは一般に加速、減速、速度などの異なる運動変数に関連数値の出力を生成するようもない最適です手の連絡先のターゲット方法を調査するため。とき、手のどの部分を決定する必要がこれらのシステム、追加のセンサーや機器を使用するターゲットとの接触、ターゲットの接触が発生した場所、および手の構成の変更がターゲットを操作するになります。さらに、赤外線追跡システムでは、最も一般的に使用されるが、一方で 3 D 空間6マーカーの位置を追跡する特殊なカメラを使用する必要。これはカメラと手のセンサー間の直接視界を要求します。など、運動の任意の特異性は視力のこの行を隠すし、運動の重要なデータの損失が発生する可能性があります。ただし、多数の到達把持運動の特異性が実際には標準であるインスタンスがあります。幼児だけに達するし、オブジェクトを把握する学習しているとき初期開発中に含まれますリーチと把握; のガイドとして手がかりを使用する必要がありますターゲット オブジェクトが表示され、触覚ターゲット オブジェクトが奇妙な形やテクスチャ;参加者を呈する様々 なストロークなど感覚障害のいずれかのとき、ハンチントン病、パーキンソン病、脳性麻痺、すべてのこれらのケースなど到達把持運動は、どちらも予測可能なもステレオタイプ、それは必ずしもビジョンに導かれても。その結果、確実にこれらの動きの時間的・運動学的構造を定量化する 3 D モーション トラッキング システムの機能厳しく制限されること混乱のため、データの損失、自然なモーター動作の変更の手の感覚のフィードバックでおよび/またはこれらのデバイスから特異な運動出力を解釈する難しさ。
本稿では手頃な価格です、手または自然なモーター動作からの感覚フィードバックを妨げないと信頼性が柔軟にすることができます様々 なひと集団における特異な到達把持運動の定量化手法さまざまな実験パラダイムに合わせて変更します。このテクニックは、複数の角度から到達把持運動を記録する複数の高速ビデオカメラを用いたを伴います。ビデオが一度に 1 つのビデオ フレームを進めると一緒に、把握する範囲の時間的・運動学的組織の定量化された説明を提供するドキュメント キー行動イベントに目視検査を使用してオフライン分析され、運動。本稿の比較分析視覚 – 対ヒト健常人6,8,9,10形誘導到達把持運動の有効性を実証するために技術;ただし、技術の修正版は、人間の幼児11とヒト以外の霊長類12のリーチの把握動作の定量化に使用されてが。これらの研究からフレームでビデオ分析の包括的な結果は、把持動作のデュアルチャネル視覚運動理論を支持する行動の証拠を提供するために、最初のうちは。
Protocol
Representative Results
Discussion
本稿では、時空間の組織の運動学的構造と到達把持運動における地形のサブセットを定量化するフレームでビデオ分析を使用する方法について説明します。技術を使用して、典型的な視覚誘導到達把持運動、また特異な到達把持運動を勉強できます。そのような動きは追跡システム、従来の 3 D モーションを使用しての勉強は難しいが、発展途上の幼児、参加者変更された感覚情報処理、視?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、撮影とビデオのこの原稿準備、援助のアレクシス ・ m ・ ウィルソンと魔理沙 e. Bertoli を感謝したいです。この研究は、自然科学と工学研究評議会カナダの JMK、JRK (IQW)、アルバータ州 Innovates 健康ソリューション (JMK)、カナダ保健研究所 (IQW) によって支えられました。
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
- Karl, J. M., Whishaw, I. Q. Different evolutionary origins for the Reach and the Grasp: an explanation for dual visuomotor channels in primate parietofrontal cortex. Front Neurol. 4 (208), (2013).
- Whishaw, I. Q., Karl, J. M. The contribution of the reach and the grasp to shaping brain and behaviour. Can J Exp Psychol. 68 (4), 223-235 (2014).
- Jeannerod, M., Long, J., Badeley, A. Intersegmental coordination during reaching at natural visual objects. Attention and Performance IX. , 153-169 (1981).
- Arbib, M. A., Brooks, V. B. Perceptual structures and distributed motor control. Handbook of Physiology. 2, 1449-1480 (1981).
- De Bruin, N., Sacrey, L. A., Brown, L. A., Doan, J., Whishaw, I. Q. Visual guidance for hand advance but not hand withdrawal in a reach-to-eat task in adult humans: reaching is a composite movement. J Mot Behav. 40 (4), 337-346 (2008).
- Karl, J. M., Sacrey, L. A., Doan, J. B., Whishaw, I. Q. Hand shaping using hapsis resembles visually guided hand shaping. Exp Brain Res. 219 (1), 59-74 (2012).
- Domellöff, E., Hopkins, B., Francis, B., Rönnqvist, L. Effects of finger markers on the kinematics of reaching movements in young children and adults. J Appl Biomech. 23 (4), 315-321 (2007).
- Karl, J. M., Sacrey, L. A., Doan, J. B., Whishaw, I. Q. Oral hapsis guides accurate hand preshaping for grasping food targets in the mouth. Exp Brain Res. 221 (2), 223-240 (2012).
- Karl, J. M., Schneider, L. R., Whishaw, I. Q. Nonvisual learning of intrinsic object properties in a reaching task dissociates grasp from reach. Exp Brain Res. 225 (4), 465-477 (2013).
- Hall, L. A., Karl, J. M., Thomas, B. L., Whishaw, I. Q. Reach and Grasp reconfigurations reveal that proprioception assists reaching and hapsis assists grasping in peripheral vision. Exp Brain Res. 232 (9), 2807-2819 (2014).
- Karl, J. M., Whishaw, I. Q. Haptic grasping configurations in early infancy reveal different developmental profiles for visual guidance of the Reach versus the Grasp. Exp Brain Res. 232 (9), 3301-3316 (2014).
- Whishaw, I. Q., Karl, J. M., Humphrey, N. K. Dissociation of the Reach and the Grasp in the destriate (V1) monkey Helen: a new anatomy for the dual visuomotor channel theory of reaching. Exp Brain Res. 234 (8), 2351-2362 (2016).
- Timmann, D., Stelmach, G. E., Bloedel, J. R. Grasping component alterations and limb transport. Exp Brain Res. 108 (3), 486-492 (1996).
- Saling, M., Mescheriakov, S., Molokanova, E., Stelmach, G. E., Berger, M. Grip reorganization during wrist transport: the influence of an altered aperture. Exp Brain Res. 108 (3), 493-500 (1996).
- Whishaw, I. Q., Faraji, J., Kuntz, J., Mirza Ahga, B., Patel, M., Metz, G. A. S., et al. Organization of the reach and grasp in head-fixed vs freely-moving mice provides support for multiple motor channel theory of neocortical organization. Exp Brain Res. 235 (6), 1919-1932 (2017).
