Använda inkongruenta visuella taktila stimuli under objekt överföring med vibro-taktil återkoppling
Summary
Vi presenterar ett protokoll för att tillämpa inkongruenta visuella-taktila stimuli under en objekt överföring uppgift. Specifikt, under block överföringar, utförs medan handen är dold, en virtuell presentation av blocket visar slumpmässiga förekomster av false block droppar. Protokollet beskriver också lägga vibrotaktil feedback när du utför motorn uppgiften.
Abstract
Tillämpningen av inkongruenta sensoriska signaler som innebär störd taktil återkoppling är sällan utforskas, särskilt med närvaron av vibrotaktil feedback (VTF). Detta protokoll syftar till att testa effekten av VTF på reaktionen på inkongruenta visuella taktila stimuli. Den taktila återkoppling förvärvas genom att greppa ett block och flytta den över en partition. Den visuella feedback är en real tid virtuell presentation av den rörliga blocket, förvärvas med hjälp av en motion capture-system. Den kongruenta feedback är tillförlitlig presentation av förflyttning av blocket, så att motivet känns att blocket är förstått och se det röra sig längs med stigen av handen. Den inkongruenta feedback visas som förflyttning av blocket vidarekopplas från den faktiska förflyttnings vägen, så att det verkar sjunka från handen när det faktiskt fortfarande innehas av motivet, vilket motsäger den taktila feedback. Tjugo försöks personer (ålder 30,2 ± 16,3) upprepade 16 block överföringar, medan deras hand var gömd. Dessa upprepades med VTF och utan VTF (totalt 32 block överföringar). Inkongruenta stimuli presenterades slumpmässigt två gånger inom 16 repetitioner i varje tillstånd (med och utan VTF). Varje ämne ombads att betygsätta svårighets graden av att utföra uppgiften med och utan VTF. Det fanns inga statistiskt signifikanta skillnader i längden på hand banorna och varaktigheterna mellan överföringar inspelade med kongruenta och inkongruenta visuella taktila signaler – med och utan VTF. Den upplevda svårigheten nivå av utförande uppgiften med det vtf väsentligen korrelerat med det normaliserade Stig längd om kloss med vtf (r = 0,675, p = 0,002). Denna inställning används för att kvantifiera additiv eller reduktiv värdet av VTF under motorisk funktion som involverar inkongruenta visuella-taktila stimuli. Möjliga tillämpningar är proteser design, smart sport-Wear, eller andra plagg som införlivar VTF.
Introduction
Illusioner är exploateringar av begränsningarna i våra sinnen, som vi felaktigt uppfattar information som avviker från objektiva verkligheten. Vår perceptuella inferens bygger på vår erfarenhet av att tolka sensoriska data och på beräkningen av vår hjärna av den mest tillförlitliga uppskattningen av verkligheten i närvaro av tvetydig sensorisk input1.
En under kategori i forskning av illusioner är en som kombinerar inkongruenta sensoriska signaler. Illusionen som är resultatet av inkongruenta sensoriska signaler härstammar från den ständiga multisensoriska integrationen som utförs av vår hjärna. Även om det finns många studier om inkongruens i visuella auditiva signaler, incongruence i andra sensoriska par är mindre rapporterade. Denna skillnad i antalet rapporter kan hänföras till den högre enkelhet i utformningen av en installation som innehåller visuell auditiv incongruence. Men studier som rapporterar resultat som rör andra sensoriska par modaliteter, är intressanta. Till exempel studerades effekten av inkongruenta visuella-haptiska signaler på visuell känslighet2 med hjälp av ett system där de visuella och haptiska stimuli matchade i rumslig frekvens; den haptiska och visuella orienteringen var dock identisk (kongruent) eller ortogonalt (inkongruent). I en annan studie, effekten av inkongruenta visuella-taktila rörelse stimuli på den upplevda visuella rörelseriktning under Sök tes med hjälp av en visuell-taktil tvär modal integration stimulator med en upplyst panel som presenterar visuella stimuli och en taktil stimulator som presenterar taktila rörelse stimuli med godtycklig rörelse riktning, hastighet, och indrag djup i huden3. Det föreslogs att vi internt representerar både den statistiska fördelningen av uppgiften och vår sensoriska osäkerhet, kombinera dem på ett sätt som överensstämmer med en prestanda-optimera Bayesian process4.
Virtuell verklighet har gjort förmågan att lura den visuella feedback till ämnet en lätt uppgift. Flera studier används multisensorisk virtuell verklighet till misalign visuell och somatosensorisk information. Till exempel, virtuell verklighet har nyligen använts för att framkalla förkroppsligandet i ett barns kropp, med eller utan aktivering av en barnliknande röst förvrängning5. I ett annat exempel, den visuella presentationen av gång avstånd under Self-motion förlängdes och var därför inkongruenta med resor avstånd kände av kropp-baserade LED trådar6. En liknande virtuell verklighet-inställning har utformats för en cykel aktivitet7. Alla de tidigare nämnda litteraturen, dock inte kombinera en störning till en av sinnena, förutom den inkongruenta signalen. Vi valde den taktila känslan för att få en sådan störning.
Vår taktila sensoriska system ger direkta bevis på om ett objekt är att gripa. Vi förväntar oss därför att när direkt visuell återkoppling är förvrängd eller otillgänglig, den roll som den taktila sensoriska systemet i objekt manipulation uppgifter kommer att vara framträdande. Men vad skulle hända om den taktila sensoriska kanalen också stördes? Detta är ett möjligt resultat av att använda vibrotaktil feedback (VTF) för sensoriska augmentation, eftersom det fångar uppmärksamheten hos de enskilda8. Idag används förstärkt återkoppling av olika modaliteter som ett externt verktyg, avsett att förbättra vår interna sensoriska återkoppling och förbättra prestandan under Motorisk inlärning, inom idrott och i rehabiliterings miljöer9.
Studiet av inkongruenta visuella-taktila stimuli kan öka vår förståelse om perception av sensorisk input. I synnerhet kan kvantifiering av tillsatsen eller reduktivt värde av VTF under motorisk funktion som involverar inkongruenta visuella-taktila stimuli, bistå i framtida proteser design, smart sport-Wear, eller andra plagg som införlivar VTF. Eftersom amputerade berövas taktila stimuli vid den distala aspekten av deras residuum, deras dagliga användning av VTF, inbäddade i protetiska att förmedla kunskap om gripa, till exempel, kan påverka hur de uppfattar visuell feedback. Förståelse av mekanismen för perception under dessa förhållanden, kommer att tillåta ingenjörer att perfekt VTF modaliteter för att minska den negativa effekten på VTF användare.
Vi syftade till att testa effekten av VTF på svaret på inkongruenta visuella-taktila stimuli. I den presenterade setup, den taktila feedback förvärvas genom att greppa ett block och flytta den över en partition; den visuella feedbacken är en virtuell real tids presentation av det rörliga blocket och partitionen (förvärvad med ett rörelse fångst system). Eftersom motivet hindras från att se den faktiska hand rörelse, den enda visuella feedback är den virtuella en. Den kongruenta feedback är tillförlitlig presentation av förflyttning av blocket, så att motivet känns att blocket är förstått och ser det röra sig längs med stigen av handen. Den inkongruenta feedback visas som förflyttning av blocket vidarekopplas från den faktiska förflyttnings vägen, så att det verkar sjunka från handen när det faktiskt fortfarande innehas av motivet, vilket motsäger den taktila feedback. Tre hypoteser testades: när man flyttar ett objekt från en plats till en annan med hjälp av virtuell visuell återkoppling, (i) kommer sökvägen och varaktigheten för objektets överförings rörelse att öka när inkongruenta visuella taktila stimuli presenteras, (II) denna förändring ökning när inkongruenta visuella-taktila stimuli presenteras och VTF aktive ras på den rörliga armen, och (III) en positiv korrelation kommer att hittas mellan den upplevda svårighets graden av utförandet av uppgiften med VTF aktive ras och sökvägen och varaktigheten av objektets överförings rörelse. Den första hypotesen härstammar från tidigare nämnda litteratur som rapporterar att olika former av inkongruenta återkoppling påverkar våra svar. Den andra hypotesen gäller de tidigare rönen att VTF fångar individens uppmärksamhet. För den tredje hypotesen, antog vi att ämnen som var mer störd av VTF, kommer att lita på den virtuella visuella feedback mer än sin taktila känsla.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denna studie presenterades ett protokoll som kvantifierar effekten av att lägga till VTF på objektöverföringkinematiken i närvaro av inkongruenta visuella taktila stimuli. Såvitt vi vet är detta det enda protokoll som finns tillgängligt för att testa effekten av VTF på svaret på inkongruenta visuella-taktila stimuli. De flera kritiska steg som ingår i tillämpningen av inkongruenta visuella-taktila stimuli vid objekt överföring med VTF inkluderar följande: fästa VTF systemet till motivet, aktivera VTF, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie finansierades inte.
Materials
| 3D printer | Makerbot | https://www.makerbot.com/ | |
| Box and Blocks test | Sammons Preston | https://www.performancehealth.com/box-and-blocks-test | |
| Flexiforce sensors (1lb) | Tekscan Inc. | https://www.tekscan.com/force-sensors | |
| JASP | JASP Team | https://jasp-stats.org/ | |
| Labview | National Instruments | http://www.ni.com/en-us/shop/labview/labview-details.html | |
| Micro Arduino | Arduino LLC | https://store.arduino.cc/arduino-micro | |
| Motion capture system | Qualisys | https://www.qualisys.com | |
| Shaftless vibration motor | Pololu | https://www.pololu.com/product/1638 | |
| SPSS | IBM | https://www.ibm.com/analytics/spss-statistics-software |
References
- Aggelopoulos, N. C. Perceptual inference. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 55, 375-392 (2015).
- van der Groen, O., van der Burg, E., Lunghi, C., Alais, D. Touch influences visual perception with a tight orientation-tuning. PloS One. 8 (11), e79558 (2013).
- Pei, Y. C., et al. Cross-modal sensory integration of visual-tactile motion information: instrument design and human psychophysics. Sensors. 13 (6), 7212-7223 (2013).
- Kording, K. P., Wolpert, D. M. Bayesian integration in sensorimotor learning. Nature. 427 (6971), 244-247 (2004).
- Tajadura-Jimenez, A., Banakou, D., Bianchi-Berthouze, N., Slater, M. Embodiment in a Child-Like Talking Virtual Body Influences Object Size Perception, Self-Identification, and Subsequent Real Speaking. Scientific Reports. 7 (1), (2017).
- Campos, J. L., Butler, J. S., Bulthoff, H. H. Multisensory integration in the estimation of walked distances. Experimental Brain Research. 218 (4), 551-565 (2012).
- Sun, H. J., Campos, J. L., Chan, G. S. Multisensory integration in the estimation of relative path length. Experimental Brain Research. 154 (2), 246-254 (2004).
- Parmentier, F. B., Ljungberg, J. K., Elsley, J. V., Lindkvist, M. A behavioral study of distraction by vibrotactile novelty. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 37 (4), 1134-1139 (2011).
- Sigrist, R., Rauter, G., Riener, R., Wolf, P. Augmented visual, auditory, haptic, and multimodal feedback in motor learning: a review. Psychonomic Bulletin & Review. 20 (1), 21-53 (2013).
- Hebert, J. S., Lewicke, J., Williams, T. R., Vette, A. H. Normative data for modified Box and Blocks test measuring upper-limb function via motion capture. Journal of Rehabilitation Research and Development. 51 (6), 918-932 (2014).
- Raveh, E., Portnoy, S., Friedman, J. Adding vibrotactile feedback to a myoelectric-controlled hand improves performance when online visual feedback is disturbed. Human Movement Science. 58, 32-40 (2018).
- Raveh, E., Friedman, J., Portnoy, S. Evaluation of the effects of adding vibrotactile feedback to myoelectric prosthesis users on performance and visual attention in a dual-task paradigm. Clinical Rehabilitation. 32 (10), 1308-1316 (2018).
- Raveh, E., Portnoy, S., Friedman, J. Myoelectric Prosthesis Users Improve Performance Time and Accuracy Using Vibrotactile Feedback When Visual Feedback Is Disturbed. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. , (2018).
- Raveh, E., Friedman, J., Portnoy, S. Visuomotor behaviors and performance in a dual-task paradigm with and without vibrotactile feedback when using a myoelectric controlled hand. Assistive Technology: The Official Journal of RESNA. , 1-7 (2017).
- Dienes, Z. Using Bayes to get the most out of non-significant results. Frontiers in Psychology. 5, 781 (2014).
- Shams, L., Murray, M. M., Wallace, M. T. Early Integration and Bayesian Causal Inference in Multisensory Perception. The Neural Bases of Multisensory Processes. , (2012).
- D’Amour, S., Pritchett, L. M., Harris, L. R. Bodily illusions disrupt tactile sensations. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 41 (1), 42-49 (2015).
- Tidoni, E., Fusco, G., Leonardis, D., Frisoli, A., Bergamasco, M., Aglioti, S. M. Illusory movements induced by tendon vibration in right- and left-handed people. Experimental Brain Research. 233 (2), 375-383 (2015).
- Fuentes, C. T., Gomi, H., Haggard, P. Temporal features of human tendon vibration illusions. The European Journal of Neuroscience. 36 (12), 3709-3717 (2012).
- de Vignemont, F., Ehrsson, H. H., Haggard, P. Bodily illusions modulate tactile perception. Current Biology. 15 (14), 1286-1290 (2005).
- Marotta, A., Tinazzi, M., Cavedini, C., Zampini, M., Fiorio, M. Individual Differences in the Rubber Hand Illusion Are Related to Sensory Suggestibility. PloS One. 11 (12), e0168489 (2016).
- Stevenson, R. A., Zemtsov, R. K., Wallace, M. T. Individual differences in the multisensory temporal binding window predict susceptibility to audiovisual illusions. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 38 (6), 1517-1529 (2012).
- Maravita, A., Spence, C., Driver, J. Multisensory integration and the body schema: close to hand and within reach. Current Biology. 13 (13), R531-R539 (2003).
- Carey, D. P. Multisensory integration: attending to seen and felt hands. Current Biology. 10 (23), R863-R865 (2000).
- Tsakiris, M., Haggard, P. The rubber hand illusion revisited: visuotactile integration and self-attribution. Journal of Experimental Psychology, Human Perception, and Performance. 31 (1), 80-91 (2005).
