Name: tactile vibrating toolkit and driving simulation platform for driving-related research
Uploaded: 2020-12-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 15 s
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Dieses Projekt wurde von der Beijing Talents Foundation gesponsert.

Die Autoren erklärten keine finanzielle Offenlegung oder Interessenkonflikte.

Die Fahrsimulationsplattform und das vibrierende Toolkit imitierten die Anwendung potenzieller tragbarer vibrotaktiler Geräte im realen Leben und lieferten eine effektive Technik bei der Untersuchung der fahrbezogenen Forschung. Mit dieser Technologie steht nun eine sichere Versuchsumgebung mit hoher Konfigurierbarkeit und Erschwinglichkeit für die Durchführung von Forschungen zur Verfügung, die mit dem realen Fahren vergleichbar sind.
Es gibt mehrere Schritte, die mehr Aufmerksamkeit erfo...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61408">Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research</a>. The Authors section was&#160;updated.
Ao Zhu1 
Annebella Tsz Ho Choi1 
Ko-Hsuan Ma1 
Shi Cao2 
Han Yao1 
Jian Wu3 
Jibo He4,1 
1Psychology Department, School of Social Sciences, Tsinghua University 
2Department of Systems Design Engineering, University of Waterloo 
3Haier Innovation Design Center, Haier Company 
4Psychology Department, School of Education and Psychological Sciences, Sichuan University of Science and Engineering
to:
Ao Zhu1 
Annebella Tsz Ho Choi1 
Ko-Hsuan Ma1 
Shi Cao2 
Han Yao1 
Jian Wu3 
Jibo He1 
1Psychology Department, School of Social Sciences, Tsinghua University 
2Department of Systems Design Engineering, University of Waterloo 
3Haier Innovation Design Center, Haier Company

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61408">Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research</a>. The Authors section was&#160;updated.

Erratum: Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research

Nach den Daten, die von den Global Health Estimates im Jahr 2016 enthüllt wurden, ist Verkehrsschäden die achte Ursache für weltweite Todesfälle, die zu 1,4 Millionen Todesfällen weltweit1führen. Im Jahr 2018 waren 39,2 % der Verkehrsunfälle Kollisionen mit Kraftfahrzeugen im Verkehr, 7,2 % davon Auffahrunfälle. Eine Lösung zur Erhöhung der Fahrzeug- und Straßenverkehrssicherheit ist die Entwicklung eines fortschrittlichen Fahrassistenzsystems (ADAS), um Fahrer vor potenziellen Gefahren zu warnen. Die Daten haben gezeigt, dass ADAS die Rate von Auffahrunfällen erheblich reduzieren kann, und es ist noch effektiver, wenn es mit einem Auto-Bremssystem ausgestattet ist2. Darüber hinaus wird bei der Entwicklung autonomer Fahrzeuge weniger menschliche samtische Sendekraft erforderlich sein, um das Fahrzeug zu steuern, was ein Warnsystem für die Übernahme (TOR) zu einer Notwendigkeit macht, wenn das autonome Fahrzeug sich nicht selbst reguliert. Das Design des ADAS- und TOR-Warnsystems ist nun eine wichtige Technologie für Autofahrer, um drohende Unfälle innerhalb weniger Sekunden zu vermeiden. Das exemplarische Experiment verwendete ein vibrierendes Toolkit zusammen mit einer Fahrsimulationsplattform, um zu untersuchen, welcher Standort das beste Ergebnis erzielen würde, wenn ein vibrotactile Warnsystem als potenzielles ADAS- und TOR-Warnsystem verwendet wurde.
Kategorisiert durch Wahrnehmungskanäle, gibt es in der Regel drei Arten von Warnmodalitäten, d. h. visuelle, auditive und taktile. Jede Warnmodalität hat ihre eigenen Vorzüge und Grenzen. Wenn visuelle Warnsysteme im Einsatz sind, können Fahrer unter visueller Überlastung leiden3, Beeinträchtigung der Fahrleistungen aufgrund von unaufmerksamer Blindheit4,5. Obwohl ein auditives Warnsystem das Sichtfeld der Fahrer nicht beeinflusst, hängt seine Wirksamkeit stark von der Umgebung ab, wie Hintergrundmusik und andere Geräusche in der Fahrumgebung6,7. Daher können Situationen, die andere externe Auditinformationen oder erhebliche Geräusche enthalten, zu unaufmerksamer Taubheit8,9führen, wodurch die Wirksamkeit eines auditiven Warnsystems verringert wird. Im Vergleich dazu stehen taktile Warnsysteme nicht im Wettbewerb mit der visuellen oder auditiven Verarbeitung der Fahrer. Durch das Senden von vibrotactile Warnungen an Fahrer überwinden taktile Warnsysteme die Grenzen von visuellen und auditiven Warnsystemen.
Frühere Studien zeigten, dass taktile Warnhinweise den Fahrern zugute kommen können, indem sie ihre Bremsreaktionszeit verkürzen. Es wurde auch festgestellt, dass taktile Warnsysteme in bestimmten Situationen ein effektiveres Ergebnis gegenüber visuellen10,11 und auditiven12,13,14 Warnsystemen liefern. Die begrenzte Forschung konzentrierte sich jedoch auf die Untersuchung des optimalen Standorts für die Platzierung eines taktilen Warngeräts. Nach der sensorischen Kortexhypothese15 und der sensorischen Entfernungshypothese16wählte die Exemplarstudie die Finger-, Handgelenk- und Tempelbereiche als Versuchsorte für die Platzierung eines taktilen Warngeräts. Mit dem eingeführten Protokoll können die Häufigkeit und Lieferzeit einer vibrierenden Warnung sowie Intervalle zwischen Vibrationen des vibrierenden Toolkits so konfiguriert werden, dass sie den experimentellen Anforderungen entsprechen. Dieses vibrierende Toolkit bestand aus einem Master-Chip, einem Spannungsreglerchip, einem Multiplexer, einem USB-zu-Transistor-Logic (TTL)-Adapter, einem Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) und einem Bluetooth-Modul. Die Anzahl der vibrierenden Module kann auch je nach den Bedürfnissen der Forscher variieren, wobei bis zu vier Module gleichzeitig vibrieren. Bei der Implementierung des vibrierenden Toolkits in den fahrbezogenen Experimenten kann es so konfiguriert werden, dass es an die experimentellen Einstellungen anpasst und durch Die Überarbeitung der Codes der Fahrsimulation mit Fahrleistungsdaten synchronisiert wird.
Während für Forscher, Durchführung eines Fahrexperiments auf einer virtuellen Plattform ist mehr möglich als in der realen Welt aufgrund der Risiken und Kosten beteiligt. Beispielsweise kann das Sammeln von Leistungsindikatoren schwierig sein, und es ist schwierig, die Umweltfaktoren zu kontrollieren, die bei Derversuchen in der realen Welt erforderlich sind. Infolgedessen haben viele Studien in den letzten Jahren Festnetz-Fahrsimulatoren auf PCs als Alternative zur Durchführung von Fahrstudien auf der Straße verwendet. Nachdem wir über 11 Jahre lang in der Fahrforschungsgemeinschaft gelernt, entwickelt und recherchiert haben, haben wir eine Fahrsimulationsplattform mit einem echten Auto aufgebaut, die aus einer Open-Source-Fahrsimulationssoftware und einem Hardware-Kit besteht, einschließlich Lenkrad und Getriebe, drei Pedalen, drei montierten Projektoren und drei Projektorbildschirmen. Da die Fahrsimulationssoftware nur einen einzigen Bildschirm unterstützt, verwendet das vorgestellte Protokoll nur den zentralen Projektor und Projektorbildschirm, um das Experiment durchzuführen.
Die Nutzung der vorgestellten Fahrsimulationsplattform bietet zwei große Vorteile. Ein Vorteil dieser Plattform ist, dass sie eine Open-Source-Software verwendet. Mithilfe der benutzerfreundlichen Open-Source-Plattform können Forscher das Simulations- und Vibrations-Toolkit für ihre individuellen Forschungsanforderungen anpassen, indem sie eine einfache Softwarekonfiguration ohne Codeentwicklung vornehmen. Durch die Überarbeitung der Codes können Forscher Fahrsimulationen erstellen, die eine relative Realitätstreue bieten, mit vielen Optionen für Fahrzeugtypen, Straßentypen, Widerstand des Lenkrads, seitliche und längsförmige Windturbulenzen, Zeit- und Bremsereignis-Anwendungsprogrammschnittstellen (APIs) für externe Softwaresynchronisierung und Implementierung der Verhaltensparadigmen wie Auto-Following-Task und N-Back-Task. Obwohl die Durchführung von fahrbezogenen Forschung in einem Fahrsimulator kann nicht vollständig replizieren Fahren in der realen Welt, Daten durch einen Fahrsimulator gesammelt ist vernünftig und wurde von den Forschernangenommen 17,18.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Fahrsimulators sind die niedrigen Kosten. Wie bereits erwähnt, ist die eingeführte Fahrsimulationssoftware eine Open-Source-Software, die den Nutzern kostenlos zur Verfügung steht. Darüber hinaus sind die Gesamtkosten für die gesamte Hardware-Einrichtung in diesem Protokoll niedriger im Vergleich zu typischen High-Fidelity-Werbesimulatoren. Abbildung 1 a und b zeigen die komplette Einrichtung von zwei Fahrsimulatoren mit Kosten zwischen 3000 und 30000 US-Dollar. Im Gegensatz dazu kosten typische kommerzielle High-Fidelity-Fahrsimulatoren (fixed-base) in der Regel etwa 10.000 bis 100.000 US-Dollar. Mit seinem sehr erschwinglichen Preis kann dieser Fahrsimulator nicht nur für akademische Forschungszwecke, sondern auch für die Durchführung von Fahrklassen19 und für die Demonstration fahrbezogener Technologien eine beliebte Wahl sein20,21.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61408/61408fig1v2.jpg"> Abbildung 1: Ein Bild der Fahrsimulatoren. Beide Fahrsimulatoren bestanden aus einem Lenkrad und Getriebe, drei Pedalen und einem Fahrzeug. (a) Ein Fahrsimulator-Setup im Wert von 3000 US-Dollar, das einen 80-Zoll-LCD-Bildschirm mit einer Auflösung von 3840 × 2160 verwendet hat. b) ein Fahrsimulator-Setup im Wert von 30000 USD, bei dem drei montierte Projektoren und drei Projektorbildschirme mit einer Größe von jeweils 223 x 126 cm verwendet wurden. Die Projektionswände wurden 60 cm über dem Boden und 22 cm von der Fahrzeugfront entfernt platziert. Für das aktuelle Experiment wurden nur der zentrale Projektor und die Projektorleinwand verwendet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61408/61408fig1v2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
Die Fahrsimulationssoftware und das vibrierende Toolkit in der vorgeschlagenen Methode wurden bereits in früheren Studien von unseren Forschern22,23,24,25,26,27,28,29verwendet. Dieses selbst entwickelte Vibrations-Toolkit nach ISO-Norm30 kann in verschiedenen Bereichen31,32 durch Einstellen der Schwingungsfrequenz und -intensität angewendet werden. Es ist wichtig zu beachten, dass eine neuere Version des vibrierenden Toolkits entwickelt wurde und im folgenden Protokoll eingeführt wird. Anstatt die Schwingungsfrequenz mit einem einstellbaren Spannungsadapter einzustellen, ist die neuere Version mit fünf verschiedenen Vibrationsfrequenzen ausgestattet und kann einfacher mit den Codes in Der Supplemental Coding File 1eingestellt werden. Darüber hinaus bietet der vorgestellte Fahrsimulator Forschern eine sichere, kostengünstige und effektive Möglichkeit, verschiedene Arten der fahrbezogenen Forschung zu untersuchen. Somit eignet sich dieses Protokoll für Forschungslaboratorien, die über ein begrenztes Budget verfügen und ein starkes Bedürfnis haben, experimentelle Fahrumgebungen anzupassen.

<table><tbody><tr><td>Logitech G29</td><td>Logitech</td><td>941-000114</td><td>Steering wheel and pedals</td></tr><tr><td>Projector screens</td><td>-</td><td>-</td><td>The projector screen for showing the simulation enivronemnt.</td></tr><tr><td>Epson CB-700U Laser WUXGA Education Ultra Short Focus Interactive Projector</td><td>EPSON</td><td>V11H878520W</td><td>The projector model for generating the display of the simlution enivronment.</td></tr><tr><td>The Open Racing Car Simulator (TORCS)</td><td>-</td><td>None</td><td>Driving simulation software. The original creators are Eric Espi&amp;eacute; and Christophe Guionneau, and the version used in experiment is modified by Cao, Shi.</td></tr><tr><td>Tactile toolkit</td><td>Hao Xing Tech.</td><td>None</td><td>This is used to initiate warnings to the participants.</td></tr><tr><td>Connecting program (Python)</td><td>-</td><td>-</td><td>This is used to connect the TORCS with the tactile toolkit to send the vibrating instruction.</td></tr><tr><td>G*power</td><td>Heinrich-Heine-Universit&amp;auml;t D&amp;uuml;sseldorf</td><td>None</td><td>This software is used to calculate the required number of participants.</td></tr></tbody></table>

tactile vibrating toolkit and driving simulation platform for driving-related research

Kollisionswarnsystem spielt eine Schlüsselrolle bei der Vermeidung von Ablenkungen und schläfrigem Fahren. Frühere Studien haben die Vorteile taktiler Warnhinweise bei der Reduzierung der Reaktionszeit des Fahrers bei der Bremsreaktion nachgewiesen. Gleichzeitig haben sich taktile Warnhinweise bei Übernahmeanträgen (TOR) für teilautonome Fahrzeuge als wirksam erwiesen.
Wie die Leistung taktiler Warnungen optimiert werden kann, ist ein aktuelles heißes Forschungsthema in diesem Bereich. So werden die vorgestellte kostengünstige Fahrsimulationssoftware und -methoden eingeführt, um mehr Forscher für die Teilnahme an der Untersuchung zu gewinnen. Das vorgestellte Protokoll ist in fünf Abschnitte unterteilt: 1) Teilnehmer, 2) Fahrsimulations-Software-Konfiguration, 3) Vorbereitung des Fahrsimulators, 4) vibrierende Toolkit-Konfiguration und -Vorbereitung und 5) Durchführung des Experiments.
In der Exemplar-Studie trugen die Teilnehmer das taktile Vibrierende Toolkit und führten eine etablierte Auto-Folgeaufgabe mit der kundenspezifischen Fahrsimulationssoftware durch. Das vordere Fahrzeug bremste zeitweise, und bei jeder Bremsung des vorderen Fahrzeugs wurden vibrationsbeschimpfungswarnungen angeliefert. Die Teilnehmer wurden angewiesen, so schnell wie möglich auf die plötzlichen Bremsen des vorderen Fahrzeugs zu reagieren. Die Fahrdynamik, wie die Bremsansprechzeit und die Bremsansprechrate, wurde von der Simulationssoftware zur Datenanalyse aufgezeichnet.
Das vorgestellte Protokoll bietet Einblicke in die Erforschung der Wirksamkeit taktiler Warnhinweise an verschiedenen Körperstandorten. Zusätzlich zu der Imobistenaufgabe, die im Beispielexperiment gezeigt wird, bietet dieses Protokoll auch Optionen, um andere Paradigmen auf die Fahrsimulationsstudien anzuwenden, indem eine einfache Softwarekonfiguration ohne Codeentwicklung erstellt wird. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass aufgrund seines erschwinglichen Preises die hier eingeführte Fahrsimulationssoftware und -hardware möglicherweise nicht in der Lage ist, mit anderen hochwertigen kommerziellen Fahrsimulatoren vollständig zu konkurrieren. Dennoch kann dieses Protokoll als erschwingliche und benutzerfreundliche Alternative zu den allgemeinen High-Fidelity-Werbesimulatoren fungieren.

Die in dieser Studie berichtete Exemplar-Studie führte die Auto-Folge-Aufgabe mit dem Fahrsimulator und dem vibrierenden Toolkit durch, das zuvor auch in einer wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht wurde22. Bemerkenswert ist, dass die ältere Version des vibrierenden Toolkits bei der Durchführung der Exemplarstudie verwendet wurde, während eine neue Version des vibrierenden Toolkits im obigen Protokoll eingeführt wurde. Die Studie war ein versuchsweises Designexperiment mit vibrierend...

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Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research

Dieses Protokoll beschreibt eine Fahrsimulationsplattform und ein taktiles Vibrieren-Toolkit für die Untersuchung der fahrbezogenen Forschung. Ein Beispielexperiment zur Erforschung der Wirksamkeit taktiler Warnhinweise wird ebenfalls vorgestellt.

Tactile Vibrating Toolkit und Driving Simulation Platform für fahrbezogene Forschung

Collision warning system plays a key role in the prevention of driving distractions and drowsy driving. Previous studies have proven the advantages of ...

tactile-vibrating-toolkit-driving-simulation-platform-for-driving

Research

JoVE Journal

Behavior

4.4K Aufrufe.  Tsinghua University. Dieses Protokoll beschreibt eine Fahrsimulationsplattform und ein taktiles Vibrieren-Toolkit für die Untersuchung der fahrbezogenen Forschung. Ein Beispielexperiment zur Erforschung der Wirksamkeit taktiler Warnhinweise wird ebenfalls vorgestellt.

Serie: Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research

Haptic/Graphic Rehabilitation: Integrating a Robot into a Virtual Environment Library and Applying it to Stroke Therapy

Recent research that tests interactive devices for prolonged therapy practice has revealed new prospects for robotics combined with graphical and other forms of biofeedback. Previous human-robot interactive systems have required different software commands to be implemented for each robot leading to unnecessary developmental overhead time each time a new system becomes available. For example, when a haptic/graphic virtual reality environment has been coded for one specific robot to provide haptic feedback, that specific robot would not be able to be traded for another robot without recoding the program. However, recent efforts in the open source community have proposed a wrapper class approach that can elicit nearly identical responses regardless of the robot used. The result can lead researchers across the globe to perform similar experiments using shared code. Therefore modular "switching out"of one robot for another would not affect development time. In this paper, we outline the successful creation and implementation of a wrapper class for one robot into the open-source H3DAPI, which integrates the software commands most commonly used by all robots.

Recently, a vast amount of prospects have come available for human-robot interactive systems. In this paper we outline the integration of a new robotic device with open source software that can rapidly make possible a library of interactive functionality. We then outline a clinical application for a neurorehabilitation application.

Haptische / Graphic Rehabilitation: Integration eines Roboters in einer virtuellen Umgebung Bibliothek und ihre Anwendung auf die Therapie von Schlaganfällen

Recent research that tests interactive devices for prolonged therapy practice has revealed new prospects for robotics combined with graphical and other ...

Forschung

Biotechnik

Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about mechanosensory function that are relevant for clinical diagnosis as well as for basic research. Here, we describe two psychophysical tests designed to determine the vibration detection threshold (automated system) and tactile spatial acuity (handheld device). Both procedures implement a two-interval forced-choice and a transformed-rule up and down experimental paradigm. These tests have been used to obtain mechanosensory profiles for individuals from distinct human cohorts such as twins or people with sensorineural deafness.

Here, we present protocols to determine vibration detection thresholds and tactile acuity using psychophysical methods in man.

Die Messung der Schwingungserfassungsschwelle und Tactile Spatial Acuity in Human Subjects

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about ...

Verhalten

Testing Tactile Masking between the Forearms

Masking, in which one stimulus affects the detection of another, is a classic technique that has been used in visual, auditory, and tactile research, usually using stimuli that are close together to reveal local interactions. Masking effects have also been demonstrated in which a tactile stimulus alters the perception of a touch at a distant location. Such effects can provide insight into how components of the body's representations in the brain may be linked. Occasional reports have indicated that touches on one hand or forearm can affect tactile sensitivity at corresponding contralateral locations. To explore the matching of corresponding points across the body, we can measure the spatial tuning and effect of posture on contralateral masking. Careful controls are required to rule out direct effects of the remote stimulus, for example by mechanical transmission, and also attention effects in which thresholds may be altered by the participant's attention being drawn away from the stimulus of interest. The use of this technique is beneficial as a behavioural measure for exploring which parts of the body are functionally connected and whether the two sides of the body interact in a somatotopic representation. This manuscript describes a behavioural protocol that can be used for studying contralateral tactile masking.

Here we explore contralateral tactile masking between the forearms in which tactile detection thresholds are modulated by vibration applied to a remote site. The details of which remote sites have an effect can tell us about how the body is represented in the brain.

Testing Tactile Maskierung zwischen den Unterarmen

Masking, in which one stimulus affects the detection of another, is a classic technique that has been used in visual, auditory, and tactile research, ...

Simulation of Human-induced Vibrations Based on the Characterized In-field Pedestrian Behavior

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With designs governed by the dynamic performance under human-induced loads, a strong demand exists for the verification and refinement of currently available load models. The present contribution uses a 3D inertial motion tracking technique for the characterization of the in-field pedestrian behavior. The technique is first tested in laboratory experiments with simultaneous registration of the corresponding ground reaction forces. The experiments include walking persons as well as rhythmical human activities such as jumping and bobbing. It is shown that the registered motion allows for the identification of the time variant pacing rate of the activity. Together with the weight of the person and the application of generalized force models available in literature, the identified time-variant pacing rate allows to characterize the human-induced loads. In addition, time synchronization among the wireless motion trackers allows identifying the synchronization rate among the participants. Subsequently, the technique is used on a real footbridge where both the motion of the persons and the induced structural vibrations are registered. It is shown how the characterized in-field pedestrian behavior can be applied to simulate the induced structural response. It is demonstrated that the in situ identified pacing rate and synchronization rate constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads. The main potential applications of the proposed methodology are the estimation of human-structure interaction phenomena and the development of suitable models for the correlation among pedestrians in real traffic conditions.

A protocol is presented for the characterization of the in-field pedestrian behavior and the simulation of the resulting structural response. Field-tests demonstrate that the in situ identified pacing rate and synchronization rate among the participants constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads.

Simulation von Menschen verursachte Schwingungen Basierend auf dem Gekennzeichnet In-Bereich Fußgängerverhalten

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With ...

Ingenieurwesen

Driving Simulation in the Clinic: Testing Visual Exploratory Behavior in Daily Life Activities in Patients with Visual Field Defects

Patients suffering from homonymous hemianopia after infarction of the posterior cerebral artery (PCA) report different degrees of constraint in daily life, despite similar visual deficits. We assume this could be due to variable development of compensatory strategies such as altered visual scanning behavior. Scanning compensatory therapy (SCT) is studied as part of the visual training after infarction next to vision restoration therapy. SCT consists of learning to make larger eye movements into the blind field enlarging the visual field of search, which has been proven to be the most useful strategy1, not only in natural search tasks but also in mastering daily life activities2. Nevertheless, in clinical routine it is difficult to identify individual levels and training effects of compensatory behavior, since it requires measurement of eye movements in a head unrestrained condition. Studies demonstrated that unrestrained head movements alter the visual exploratory behavior compared to a head-restrained laboratory condition3. Martin et al.4 and Hayhoe et al.5 showed that behavior demonstrated in a laboratory setting cannot be assigned easily to a natural condition. Hence, our goal was to develop a study set-up which uncovers different compensatory oculomotor strategies quickly in a realistic testing situation: Patients are tested in the clinical environment in a driving simulator. SILAB software (Wuerzburg Institute for Traffic Sciences GmbH (WIVW)) was used to program driving scenarios of varying complexity and recording the driver's performance. The software was combined with a head mounted infrared video pupil tracker, recording head- and eye-movements (EyeSeeCam, University of Munich Hospital, Clinical Neurosciences).
The positioning of the patient in the driving simulator and the positioning, adjustment and calibration of the camera is demonstrated. Typical performances of a patient with and without compensatory strategy and a healthy control are illustrated in this pilot study. Different oculomotor behaviors (frequency and amplitude of eye- and head-movements) are evaluated very quickly during the drive itself by dynamic overlay pictures indicating where the subjects gaze is located on the screen, and by analyzing the data. Compensatory gaze behavior in a patient leads to a driving performance comparable to a healthy control, while the performance of a patient without compensatory behavior is significantly worse. The data of eye- and head-movement-behavior as well as driving performance are discussed with respect to different oculomotor strategies and in a broader context with respect to possible training effects throughout the testing session and implications on rehabilitation potential.

Patients with visual deficits after stroke report about different constraints in daily life most likely due to variable compensatory strategies, which are difficult to differentiate in clinical routine. We present a clinical set-up which allows measurement of different compensatory head- and eye-movement-strategies and evaluating their effects on driving performance.

Fahrsimulation in der Klinik: Testen von Visual Exploratory Behavior in Aktivitäten des täglichen Lebens bei Patienten mit Gesichtsfeldstörungen

Patients suffering from homonymous hemianopia after infarction of the posterior cerebral artery (PCA) report different degrees of constraint in daily ...

Medizin

A Simple Non-invasive Method for Temporary Knockdown of Upper Limb Proprioception

Proprioception may be the least well measured of all contributors to the neural control of movement. New precise, reliable measures of proprioception are needed for clinical diagnosis of impairment, and to measure outcomes of proprioceptive training. The purpose of this simple, non-invasive method is to temporarily knockdown upper limb proprioception in healthy adults, to an extent that would be useful in the development and testing of upper limb proprioception measures. Knockdown models have two main advantages over studying humans with impaired proprioception: participant availability and the ability to control the extent of impairment across participants. Current published methods of temporary proprioception knockdown of the upper limb, such as ischemic nerve blocks and cryotherapy, are invasive, impractical, or uncomfortable for the participant. Here, vibration over the ulnar groove was used to reduce upper limb proprioception. High frequency vibration may reduce proprioceptive acuity by inhibiting pacinian corpuscle-induced input. The effect of vibration used in this protocol was confirmed using two quantitative measures. This method was simple to administer, comfortable for participants, and practical.

The goal of this protocol is to demonstrate a practical method to temporarily interfere with proprioception in the upper limb of healthy humans.

Eine einfache nicht-invasive Methode für temporäre Knockdown von Propriozeption der oberen Extremität

Proprioception may be the least well measured of all contributors to the neural control of movement. New precise, reliable measures of proprioception are ...

A Vibrotactile Feedback Device for Seated Balance Assessment and Training

Postural perturbations, motion tracking, and sensory feedback are modern techniques used to challenge, assess, and train upright sitting, respectively. The goal of the developed protocol is to construct and operate a sitting platform that can be passively destabilized while an inertial measurement unit quantifies its motion and vibrating elements deliver tactile feedback to the user. Interchangeable seat attachments alter the stability level of the device to safely challenge sitting balance. A built-in microcontroller allows fine-tuning of the feedback parameters to augment sensory function. Posturographic measures, typical of balance assessment protocols, summarize the motion signals acquired during timed balance trials. No dynamic sitting protocol to date provides variable challenge, quantification, and sensory feedback free of laboratory constraints. Our results demonstrate that non-disabled users of the device exhibit significant changes in posturographic measures when balance difficulty is altered or vibrational feedback provided. The portable, versatile device has potential applications in rehabilitation (following skeletal, muscular, or neurological injury), training (for sports or spatial awareness), entertainment (via virtual or augmented reality), and research (of sitting-related disorders).

A sitting platform has been developed and assembled that passively destabilizes sitting posture in humans. During the user&#39;s stabilizing task, an inertial measurement unit records the device&#39;s motion, and vibrating elements deliver performance-based feedback to the seat. The portable, versatile device may be used in rehabilitation, assessment, and training paradigms.

Ein Vibrotactile Feedback-Gerät für sitzende Balance Assessment und Training

Postural perturbations, motion tracking, and sensory feedback are modern techniques used to challenge, assess, and train upright sitting, respectively. ...

Applying Incongruent Visual-Tactile Stimuli during Object Transfer with Vibro-Tactile Feedback

The application of incongruent sensory signals that involves disrupted tactile feedback is rarely explored, specifically with the presence of vibrotactile feedback (VTF). This protocol aims to test the effect of VTF on the response to incongruent visual-tactile stimuli. The tactile feedback is acquired by grasping a block and moving it across a partition. The visual feedback is a real-time virtual presentation of the moving block, acquired using a motion capture system. The congruent feedback is the reliable presentation of the movement of the block, so that the subject feels that the block is grasped and see it move along with the path of the hand. The incongruent feedback appears as the movement of the block diverts from the actual movement path, so that it seems to drop from the hand when it is actually still held by the subject, thereby contradicting the tactile feedback. Twenty subjects (age 30.2 &#177; 16.3) repeated 16 block transfers, while their hand was hidden. These were repeated with VTF and without VTF (total of 32 block transfers). Incongruent stimuli were presented randomly twice within the 16 repetitions in each condition (with and without VTF). Each subject was asked to rate the difficulty level of performing the task with and without the VTF. There were no statistically significant differences in the length of the hand paths and durations between transfers recorded with congruent and incongruent visual-tactile signals &#8211; with and without the VTF. The perceived difficulty level of performing the task with the VTF significantly correlated with the normalized path length of the block with VTF (r = 0.675, p = 0.002). This setup is used to quantify the additive or reductive value of VTF during motor function that involves incongruent visual-tactile stimuli. Possible applications are prosthetics design, smart sport-wear, or any other garments that incorporate VTF.

We present a protocol to apply incongruent visual-tactile stimuli during an object transfer task. Specifically, during block transfers, performed while the hand is hidden, a virtual presentation of the block shows random occurrences of false block drops. The protocol also describes adding vibrotactile feedback while performing the motor task.

Anwendung der indikierten visuellen Stimuli während der Objektübertragung mit Vibro-Taktile Feedback

The application of incongruent sensory signals that involves disrupted tactile feedback is rarely explored, specifically with the presence of vibrotactile ...

A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator (TAPS)

Although tactile spatial acuity tests are used in both neuroscience research and clinical assessment, few automated devices exist for delivering controlled spatially structured stimuli to the skin. Consequently, investigators often apply tactile stimuli manually. Manual stimulus application is time consuming, requires great care and concentration on the part of the investigator, and leaves many stimulus parameters uncontrolled. We describe here a computer-controlled tactile stimulus system, the Tactile Automated Passive-finger Stimulator (TAPS), that applies spatially structured stimuli to the skin, controlling for onset velocity, contact force, and contact duration. TAPS is a versatile, programmable system, capable of efficiently conducting a variety of psychophysical procedures. We describe the components of TAPS, and show how TAPS is used to administer a two-interval forced-choice tactile grating orientation test.
Corresponding Author: Daniel Goldreich

A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator TAPS

We describe a computer-controlled device for investigating the sense of touch: the Tactile Automated Passive-finger Stimulator (TAPS). We describe the components of TAPS, and show how TAPS is used to administer a two-interval forced-choice tactile grating orientation test.

Ein taktiles Automated Passive-Finger-Stimulator (TAPS)

Although tactile spatial acuity tests are used in both neuroscience research and clinical assessment, few automated devices exist for delivering ...

Biologie

A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments. Effective design of these ASF systems requires an in-depth understanding of how the parameters of specific feedback mechanism affect user perception and reaction to stimuli. This article presents a method for applying vibrotactile stimuli to human participants and measuring their response. Rotating mass vibratory motors are placed at pre-defined locations on the participant's thigh, and controlled through custom hardware and software. The speed and accuracy of participants' volitional responses to vibrotactile stimuli are measured for researcher-specified combinations of motor placement and vibration frequency. While the protocol described here uses push-buttons to collect a simple binary response to the vibrotactile stimuli, the technique can be extended to other response mechanisms using inertial measurement units or pressure sensors to measure joint angle and weight bearing ratios, respectively. Similarly, the application of vibrotactile stimuli can be explored for body segments other than the thigh.

This article describes a technique for applying vibrotactile stimuli to the thigh of a human participant, and measuring the accuracy and reaction time of the participant&#39;s volitional response for various combinations of stimulation location and frequency.

Ein Verfahren zur Bewertung der Rechtzeitigkeit und Genauigkeit der Volitionale Motor Responses to vibrotaktilen Stimuli

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments.  Effective design ...