Méthodes pour explorer l'influence de haut en bas Visual Processes sur le comportement du moteur

Résumé

On ne sait pas comment les signaux de haut en bas de la voie visuelle ventrale affectent mouvement. Nous avons développé un modèle pour tester le comportement du moteur vers une cible sur une profondeur 3D inversion illusion. Des différences significatives sont signalées dans les deux mouvements dirigés vers un but délibérées et les actions automatiques dans des conditions d'écoute illusoires et véridiques.

Résumé

Conscience kinesthésique est important succès pour naviguer l'environnement. Lorsque nous interagissons avec notre environnement quotidien, certains aspects du mouvement sont délibérément planifiées, tandis que d'autres se produisent spontanément ci-dessous conscience. La composante délibérée de cette dichotomie a été largement étudié dans plusieurs contextes, tandis que la composante spontanée reste largement sous-exploré. En outre, la façon dont les processus perceptifs modulent ces classes de mouvement n'est pas encore clair. En particulier, une question actuellement débattue est de savoir si le système visuo-motrice est régie par le percept spatiale produite par une illusion visuelle ou si elle n'est pas affectée par l'illusion et est régie par la place du percept véridique. Percepts bistables tels que 3D illusions profondeur d'inversion (DUS) fournissent un excellent cadre pour étudier ces interactions et de l'équilibre, en particulier lorsqu'il est utilisé en combinaison avec des mouvements portée-de-main. Dans cette étude, une méthodologie est développée qui utilise un DII à clarIFy le rôle des processus top-down sur l'action du moteur, en particulier d'explorer comment arrive vers une cible sur une DII sont affectés dans les deux domaines de déplacement délibéré et spontanées.

Introduction

Vision-pour-Perception vs Vision-pour-action

Pour réussir à naviguer de l'environnement, les informations du système visuel est utilisé pour aider à coordonner le mouvement humain. Comment l'information visuelle est sélectionné et la priorité d'influencer des actions motrices reste incertaine. Deux grandes projections anatomiques proviennent du cortex visuel primaire pour former la face ventrale («quoi», ou «vision pour la perception») voie, s'étendant à la région temporale, et la dorsale («où», ou «vision à l'action") voie , pour le lobe pariétal ^2.1. La voie ventrale est impliqué dans l'utilisation de l'information visuelle pour les processus perceptifs tels que la reconnaissance et l'identification objet, alors que la voie dorsale est pensé pour traiter exclusivement des signaux de l'action d'orientation et la conscience spatiale. La question posée est de savoir si ou non les processus top-down de la voie ventrale façonnent la manière dont les mouvements sont exécutés.

Le fétude de cas amous de patients DF, évalué par Goodale et Milner en 1992, a fourni des preuves solides et de soutien pour le visuel hypothèse de deux cours d'eau, qui prétend que les processus de flux ventrales et dorsales sont séparables de la perception et de l'action ^3. En théorie, les signaux de bas en haut de la parallaxe de mouvement et la disparité binoculaire peuvent remplacer information perceptive de haut en bas comme la connaissance préalable et la connaissance afin de guider avec précision nos actions, ce qui suggère que la planification motrice est imperméable au contrôle de la voie ventrale. DF, qui souffrait d'une forme visuelle agnosie causée par des lésions occipitales bilatérales ventrales, a conservé la capacité de préhension précise vers les objets qu'elle avait du mal à reconnaître, soutenir le principe de l'optique-deux flux hypothèse ^3-4. Parce que des études de cas comme DF, il a été supposé que le flux dichotomie ventrale-dorsale fonctionnelle existait aussi chez les individus non pathologiques sains. Cependant, si ces résultats fournissent la preuve d'une absodivision luth du travail de la perception et de l'action dans les populations neurotypiques a été vivement débattue au cours des vingt dernières années ^5-10.

L'utilisation des Illusions de séparer perception et l'action

Pour tester l'hypothèse visuelle de deux cours d'eau dans les sujets neurotypiques, les chercheurs emploient des illusions visuelles pour étudier comment les jugements de perception biaisée de l'environnement affectent nos actions motrices. L'illusion d'Ebbinghaus / Titchener, par exemple, utilise un disque cible entouré de petits disques qui semble être plus grand que l'autre disque de la même taille entourée par des cercles plus larges; cela est dû à un effet de taille contraste ^11. Lorsque les participants arrivent à saisir le disque cible, si l'hypothèse de deux flux est vrai, alors l'ouverture de la poignée de la saisie à la cible de disque main ne serait pas affectée par l'illusion, provoquant le participant d'agir sur la véritable géométrie du disque cible plutôt que de compter sur la taille incorrecte perceptive estimAtes. Aglioti et al. dans le rapport de fait ce comportement, le raisonnement que les processus visuels distincts régissent les actions qualifiés et la perception consciente ^11. A l'inverse, d'autres groupes ont contesté ces résultats, ne trouvant pas de dissociation entre les processus de perception et d'action lors du contrôle soigneusement l'appariement des tâches de perception et de préhension, de proposer une intégration des informations de flux visuel plutôt qu'une séparation ^12. Malgré plusieurs études de suivi menées pour valider ou réfuter l'hypothèse visuelle de deux cours d'eau en utilisant l'illusion d'Ebbinghaus, il ya des morceaux concurrents de preuve à l'appui des deux côtés de l'argument ^13.

Pour explorer davantage l'influence de la perception visuelle des processus d'action, 3D illusions profondeur d'inversion (DII) ont également été utilisés. DIIS produisent mouvement illusoire et l'inversion de profondeur perçue de scènes dans lesquelles les angles concaves physique sont perçus comme convexe et vice versa ^14. The HollowVisage Illusion est un exemple de DII qui génère la perception de, une face convexe normale même si la relance est physiquement concave, impliquant le rôle des influences descendantes comme la connaissance préalable et biais de convexité pour obtenir le percept illusoire ^15-16. Malgré les efforts déployés pour caractériser le comportement du moteur à atteindre vers les objectifs sur l'illusion de visage creux, la preuve reste équivoque: une étude rapporte une incidence sur la puissance du moteur ¹⁷ tandis que l'autre ne le fait pas ^18. Ces études reposent sur la comparaison des estimations de profondeur de perception au point final des calculs de distance de la main par rapport à des cibles situées sur l'illusion de visage creux. Des résultats contradictoires sur les actions effectuées sur ce type de stimuli peuvent être le résultat des variations dans les méthodes utilisées par les chercheurs. Parce que la manière dont les informations ventrale et voie dorsale est utilisé est encore à débattre, cette controverse suscite la nécessité d'une relance plus robuste avec des mesures avancées supplémentaires de moteur behavior.

C'est précisément pourquoi une technique a été développée en utilisant des stimuli inverse perspective, communément appelés "reverspectives", qui forment une autre classe de DIIS ^14. Indices de perspective linéaire qui sont peints sur des surfaces planes par morceaux 3D produisent concurrence entre la géométrie physique du stimulus et la scène peinte réelle. Signaux sensoriels pilotés par les données, telles que la disparité binoculaire et le mouvement de parallaxe favorisent le percept véridique de la géométrie physique, alors que la connaissance fondée sur l'expérience avec la perspective favorise le percept profondeur inversion (figure 1). L'avantage de la reverspective est qu'elle permet la mise en place d'une cible sur une surface de stimulus perçu dont l'orientation spatiale dans l'illusion diffère de près de 90 degrés par rapport à son orientation physique (figures 1e et 1f). Cette énorme différence facilite grandement tester si portée-de-préhension mouvements sont ou ne sont pas influencées par l'illusion. Cette notion est essentielle pour explorer ou non des actions motrices effectuées sur la reverspective sont affectés par de haut en bas influences de la voie ventrale.

Classes de mouvement dans les modèles de perception-action

Si les stratégies de moteur différents sont utilisés sous percepts illusoires et véridiques lors de l'acquisition vers une cible sur un stimulus reverspective, alors il peut être facilement suivis par l'étude de la courbure de l'approche de la main. En outre, une analyse de l'ensemble du mouvement déroulement de l'initiation du mouvement dirigé vers un but à l', rétraction spontanée automatique de la main à son état de repos peut en fait contournement des déficiences constatées dans les méthodes passées de test pour l'influence de perception sur la puissance du moteur. Des études récentes mettent en évidence l'importance de l'étude de l'équilibre entre ces deux classes de mouvements, ainsi que l'utilisation des segments spontanés par les systèmes nerveux et pour contro prédictif anticipél ^19-21,23-24. La classe nouvellement défini statistiquement de mouvements spontanés automatique fournit de nouveaux paramètres et de fonctionnalités qui s'avèrent être aussi importante que celles dirigées vers un but ont été à ce jour pour suivre l'évolution sensori-motrices et de quantifier les aspects subtils de comportements naturels.

À notre connaissance, la recherche existante sur le visuel hypothèse de deux cours d'eau se concentre uniquement sur les actes dirigés vers un but, ignorant ainsi les effets sur les mouvements transitoires automatiques qui sont des éléments importants pour compléter la boucle d'action visuo-motrice. L'accent doit donc être mis sur l'importance des mouvements automatiques afin de saisir pleinement les deux modes de comportement moteur dans le paradigme actuel de clarifier les questions concernant les modèles de perception-action visuelle. Voici méthodes sont développées pour étudier le rôle de la signalisation de haut en bas dans la voie ventrale visuel sur moduler le comportement du moteur dans le, domaine d'action orientée vers un but délibéré en conjonction avec spontanée, de transitmouvements ional l'aide d'un robuste DII inverse perspective de relance.

Raisonnement

On suppose que, si top-down processus visuels influencent le système sensori-moteur, les trajectoires de mouvement complet vers la cible embarquée dans la 3D inverse perspective scène sous le percept illusoire diffère de l'approche de la cible provoquée par le percept véridique (figures 1e et 1f). En outre, depuis le percept illusoire du stimulus reverspective est très similaire à celle obtenue par un stimulus approprié ("forcée") en perspective, atteigne effectué vers une cible embarquée sur un reverspective devrait donc être similaire dans les caractéristiques de tronçons menées sous l'influence de la illusion sur la relance reverspective (figures 1c et 1f).

Si top-down influences visuelles n'ont pas d'impact de la trajectoire de mouvement, il est supposé que fait atteint under le percept illusoire présenterait les mêmes caractéristiques que portées en vertu de la percept véridique sur la relance reverspective (figure 1e). En d'autres termes, atteint percept fois illusoires et véridiques seraient de même nature, tels que les chemins de trajectoire avant agiraient sur la véritable géométrie du stimulus. Comment les effets observés chez l'avant atteignent traduire dans la rétraction automatique de l'aiguille est inconnu. En utilisant une analyse complète du moteur, nous cherchons à approfondir notre compréhension de l'action et de la perception des boucles de clarifier les problèmes existants à portée de main.

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Protocole

1. Construire l'appareil de stimulation

1. Construire une plate-forme mobile sur un rail coulissant. Chaque stimulus sera placé sur la plate-forme mobile en fonction du type d'essai appelé.
2. Fixez la piste sur une table à une hauteur appropriée qui permet de la plate-forme de relance pour être au niveau des yeux avec le participant d'être assis en face de la table.
3. Attacher un mécanisme à ressort rétractable à la plate-forme de relance. Connectez l'entrée du mécanisme de ressort à une carte de circuit imprimé.
4. Placer un ensemble de lampes derrière le siège du participant, faisant face à la plate-forme de stimulus. Il est important pour éclairer la plate-forme de stimulation uniforme parce que l'éclairage inégal peut projeter des ombres qui interfèrent avec le percept illusoire. Connectez l'ensemble des lampes à un convertisseur qui la relie à la carte de circuit imprimé.
5. Fixez une boîte de commutation au bord de la table la plus proche de la où le participant sera en place. Les participants placent leur main sur la boîte de commutation unt le début de chaque essai et activer l'interrupteur dès qu'ils lèvent la main pour exécuter le mouvement de la main. Relier l'entrée de la boîte de commutation à la carte de circuit imprimé.
6. Connectez chaque broche de sortie de la carte de circuit à une broche sur le microcontrôleur pour contrôler l'activation simultanée de la rétraction de la plate-forme mobile via le mécanisme à ressort et l'éteindre les lumières une fois la boîte de commutation est déclenchée. Le stimulus doit se rétracter et les lumières doit s'éteindre après le début du mouvement de portée à chaque essai afin d'éviter les corrections visuelles en ligne et le retour haptique de se produire. Le boîtier de commande est utilisé de telle sorte que le retrait de relance et l'obscurité apparition sont effectuées uniquement après le mouvement commence, ce qui en fait une tâche immédiate de portée.
7. Ecrire un programme MATLAB qui contrôle les signaux du microcontrôleur. Utilisez le code MATLAB pour stocker une séquence d'essais et d'instruire l'expérimentateur ce stimuli et des conditions d'observation à utiliser pour chaque essai.
8. Constructionstimuli t de formation, la relance inverse la perspective et la stimulation adéquate-perspective (figures 1 et 2). stimuli de formation se composent de deux panneaux rectangulaires représentant la paroi isolé de la surface droite du bâtiment milieu noyé dans la relance inverse la perspective et la stimulation adéquate-perspective. Le but des stimuli d'entraînement sera discuté dans la procédure expérimentale. Apposer des cibles planes de disque rouge à droite de la ligne médiane des stimuli.

2. Participants

1. Obtenir le consentement éclairé de la CISR protocole approuvé en conformité avec la Déclaration d'Helsinki avant de commencer la session expérimentale.
2. Testez le participant pour l'acuité visuelle de chaque œil, la vision stéréoscopique (en utilisant un test Randot-stéréo), et la domination de l'œil.
3. Mise en place du système de capture de mouvement. Utilisez quatorze capteurs électro-magnétique à 240 Hz et un logiciel de suivi de mouvement. Le système d'enregistrement à haute résolution albas pour l'analyse approfondie du déroulement du mouvement en trois dimensions de quatorze capteurs simultanément, que les études antérieures n'ont pas.
   1. Placez douze des quatorze capteurs sur les segments du corps suivantes en utilisant des bandes de sport conçus pour optimiser libre circulation du corps: tête, tronc, à droite et à gauche les épaules, bras gauche, l'avant-bras gauche, poignet gauche, bras droit, bras droit, le droit poignet, juste l'index de la main, et le pouce de la main droite.
   2. Placer les deux capteurs restants sur le côté arrière des stimuli directement derrière l'emplacement de la cible à atteindre une position précise de la cible dans l'espace 3D par rapport au participant au cours de la formation des blocs et expérimentales.

3. Procédure expérimentale

1. Placez tous les stimuli de vue du participant à cette époque. Éteindre toutes les lumières sauf pour les lampes utilisées pour éclairer la plate-forme de relance. Dim des écrans d'ordinateur qui sont utilisés pour exécuter l'expertiseréalisation de sorte que leurs lumières n'interfèrent pas avec le même éclairage projeté sur l'appareil.
2. Avant de commencer tous les essais, informer le participant de l'écoulement de l'expérience. Les informer de la rétraction de relance et à éteindre les lumières une fois qu'ils initient le mouvement en levant leur main sur le boîtier de commande. Rappelez-leur de ne pas essayer de suivre la plate-forme de retrait, mais seulement à saisir où la cible était la dernière fois. Démontrer comment récupérer à où ils se souviennent de voir enfin la cible en l'approchant la normale à la surface perçue.
3. Commencer les essais pratiques. Ces essais permettent au participant de devenir à l'aise avec la configuration. Il n'ya pas de stimulus de test sur la plate-forme - seulement un tableau noir avec une saillie de pôle central utilisé pour fixer stimuli. Demandez aux participants de rejoindre au pôle de centre et de mettre la main arrière pour se reposer après avoir terminé la portée, à sa / son propre rythme; répéter pour trois essais. Remarque: Il est important de ne pas donner des instructions sur la façon de rétractiont la main; cette composante devrait être automatique et ci-dessous un contrôle conscient.
4. Lancer des essais de formation. Demandez au participant de fermer son / ses yeux après chaque essai pour le reste de l'expérience. Alors que les yeux du participant sont fermés, apposer le stimulus d'entraînement prévu dans le programme MATLAB pour le pôle central; l'ordre de la formation la présentation du stimulus est aléatoire par le programme MATLAB pour un total de huit essais, dont quatre pour chaque stimulus. stimuli de formation contribuent à démontrer la courbure de la portée quand on lui demande de saisir des cibles sur des surfaces physiques représentant des cibles utilisées dans les stimuli expérimentaux.
5. Commencer les essais expérimentaux. Il ya trois conditions de relance pour les essais expérimentaux: (1) reverspective sous percept illusoire, comme dans (REV-ILLU) de figure, (2) reverspective sous percept véridique, comme dans la figure 1e (REV-VER), et (3) bon-perspective (PRO), comme dans la figure 1c. Rappelons que conditiontions (1) et (2) utilisent le même stimulus reverspective physique.
   1. Présenter le premier stimulus reverspective. Demandez au participant s'il / elle peut stabiliser le percept illusoire du bâtiment du milieu "popping out" vers lui / elle. Si le participant a du mal à stabiliser le percept illusoire, placez une lentille de focalisation sur l'œil non dominant d'affaiblir la vision stéréoscopique afin de préserver le percept illusoire tout en maintenant atteindre la distance de la cible ^18. Si le participant exige le de-lentille de focalisation, alors assurez-vous de demander à lui / elle de les mettre sur avant chaque essai REV-ILLU.
   2. Après le premier procès REV-ILLU, le programme MATLAB aléatoire l'ordre des essais. Pour chaque essai, donner les instructions suivantes en fonction de l'état de relance:
      REV-ILLU: "Afficher le bâtiment du milieu comme sauter vers vous."
      REV-VER: "Afficher le bâtiment du milieu comme la spéléologie en loin de vous."
      PRO: "Afficher le bâtiment du milieu comme popping out vers you. "
      Une fois que le participant confirme un percept stable, demandez-leur de prendre à la cible. Effectuer douze essais pour chaque condition pour un total de 36 essais expérimentaux.

4. Analyse des données

1. Pour analyser les mouvements en termes de portée orientée vers un but et rétractations automatiques, d'abord décomposer les données en deux classes de mouvement en détectant le moment où la vitesse du mouvement, après son initiation, se rapproche de la vitesse instantanée zéro.
2. Pour rechercher des différences dans la courbure des trajectoires de chemin de main pour chaque condition de stimulation, effectuer Lambda Statistique de test de Wilk sur l'ensemble de données en 3 dimensions à chaque moment au cours de la trajectoire. Lambda test de Wilk réduit le critère de la probabilité statistique Λ pour une valeur scalaire par des déterminants de nous aider à en déduire si oui ou non le vecteur trajectoire moyenne pour REV-ILLU est similaire à REV-VER ou PRO ^22.
3. Pour étudier l'orientationtion de la main vers la cible à la fin de la portée orientée vers un but, comparer l'angle formé entre le vecteur d'approche unitaire généré par les positions des capteurs pouce, l'index et le poignet par rapport à la vecteur unitaire de la cible normale à la surface (figures 5a et 5b).

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Résultats

1. Trajectoires main Path

Les résultats sont présentés pour Représentant Objet VT. Lambda test statistique de la Wilk permet la réduction de l'espace des données en trois dimensions en une valeur scalaire par l'utilisation de déterminants. Lambda la statistique de la Wilk utilise le test du rapport de vraisemblance , Dans laquelle la somme «dans» des places et des produits forment...

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Discussion

Nos méthodes fournissent une plate-forme pour tester la validité des modèles d'action perception par l'analyse de l'ensemble du déroulement du mouvement par rapport à la tâche expérimentale. Le paradigme peut être modifié pour tester d'autres types de stimuli visuels d'élargir cette zone de recherche. Par exemple, l'autre DIIS 3D peut être testée sur l'appareil pour voir comment les interactions entre les processus top-down et bottom-up se traduisent par divers stimuli. Les procé...

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matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Laboratory bench
Slidable Track with Retractable Spring			built in-house
Retractable Spring
Adjustable Lamps
Switch Box
Circuit Board
Arduino	Smart Projects, Italy
MATLAB	The MathWorks Inc., Natick, MA, USA
Randot-dot Stereo Test
Reverse-Perspective Stimulus			built in-house
Proper-Perspective Stimulus			built in-house
Training Stimuli			built in-house
Polhemus Motion Capture System	Liberty, Colchester, VT, USA
The Motion Monitor Motion-Tracking Software	Innovative Sports Training, Inc., Chicago, IL
Sport Sweatbands
De-Focusing Lens