運動行動上のトップダウン視覚プロセスの影響を探索する方法

要約

これは、腹側ビジュアルストリームからトップダウン信号が運動にどのように影響するかは不明である。我々は、3D奥行き反転錯覚に目標に向けた運動行動をテストするためのパラダイムを開発しました。有意差は幻想と真実を告げる観察条件の下で意図的な、目標指向の動きや自動アクションの両方で報告されている。

要約

運動感覚意識を正常な環境をナビゲートすることが重要です。私たちは私たちの日常の環境と対話するとき、その他は、自然に配慮した意識の下に発生しながら、動きのいくつかの側面は意図的に、予定されています。自発的なコンポーネントは探検アンダー主としてまま、この二分法の意図的な構成要素は、いくつかの状況において広く研究されてきた。また、どのように知覚のプロセスは、これらの運動のクラスはまだ不明である変調する。特に、現在、議論の問題は、視覚運動システムは、視覚的な錯覚で生成空間知覚するか、それは錯覚に影響されないし、真実を告げる知覚によって代わりに支配されているかどうかを支配されているかどうかである。このような3D奥行き反転幻想（DIIS）などの双安定知覚は、REACHへの理解の動きと組み合わせて使用​​する場合は特に、このような相互作用とのバランスを研究するための優れたコンテキストを提供します。本研究では、方法論はクラーにDIIを使用していますが開発されている特にDII上のターゲットに向かって上げるか模索し、モーターの動作上のトップダウンプロセスの役割をIFY意図的かつ自発的の両方の動きドメインに影響を受けます。

概要

ビジョンのための知覚対ビジョンのためのアクション

正常な環境をナビゲートするために、視覚システムからの情報は、人間の動きの調整を助けるために利用される。視覚情報が選択され、モータ·アクションに影響を与えることが優先されるかは不明のままである。二つの主要な解剖学的突起が腹を形成するために、一次視覚野から起こる（「何を」、または「視力のための知覚」）経路、時間領域に拡張し、背側（ ""、または "行​​動のためのビジョン」）経路、頭頂葉^1-2。背ストリームはもっぱら作用誘導および空間認識するための信号を処理するために考えられているのに対し、腹側流は、そのような物体認識および識別などの知覚プロセスのために視覚情報を利用して関与している。尋ねた質問は、腹側流からのトップダウンプロセスは動きが実行される方法を形作るか否かである。

F1992年にグッデールとミルナーによって評価患者のDFのamousケーススタディでは、腹側と背側のストリームプロセスが認知と行動のための³分離可能であることを主張して視覚的な2ストリーム仮説のための強力な証拠とサポートを提供しました。理論的には、運動視差と両眼視差のボトムアップ信号はモータの計画は腹側ストリーム制御を通さないことを示唆し、このような正確に私たちの行動を導くために、事前知識と親しみやすさなどのトップダウンの知覚情報を上書きすることができます。二国間の腹側後頭病変に起因する視覚的なフォーム失認苦しんDFは、視覚的な2ストリーム仮説^3-4の前提をサポートする、彼女は困難の認識を持っていたオブジェクトに向けた正確な把持力を保持していた。そのため、DFのような事例は、機能的な腹背ストリームの二分法も健康で非病理個人に存在していたと仮定した。しかしながら、否かを、これらの知見は、絶対温度の証拠を提供する神経が標準的な集団における認知と行動のための労働のリュート部門は熱く、過去20年間の^5月10日にわたって議論されてきた。

知覚と行動を分離する幻想の使用

神経学的機能が正常な被験者では、視覚的2ストリームの仮説を検証するため、研究者は、環境の歪んだ知覚判断が私たちの運動の行動にどのように影響するかを調査するために視覚的な錯覚を利用している。エビングハウス/ティチェナーイリュージョンは、例えば、大きい丸で囲まれた同じ大きさの別のディスクよりも大きくなるように見える小さなディスクに囲まれたディスクターゲットを使用する;これは、サイズ、コントラスト効果¹¹によるものである。参加者は2ストリームの仮説が成立する場合には、ディスクターゲットを把握するために到達すると、ディスク·ターゲットをつかむ手のグリップ開口部は、参加者がディスクターゲットの真のジオメトリに作用させ、錯覚によって影響されない誤った知覚サイズESTIMに頼るのではなく、のATE。 Aglioti ら 。実際のレポートでこの動作は、別の視覚プロセスは熟練した行動と意識的知覚^11を支配することを推論。逆に、他のグループは、慎重にではなく分離¹²よりも視覚的なストリーム情報の統合を提案し、知覚および把握タスクのマッチングを制御する際の認識と行動のプロセスの間に解離を見つけていない、これらの結果に異議を唱えている。エビングハウス錯視を使って視覚的な2ストリームの仮説を検証したり、反論するために行われ、いくつかのフォローアップの研究にもかかわらず、引数¹³の両側を支持する証拠の競合する部分があります。

さらなる行動プロセスに対する視覚の影響を調べるために、3D奥行き反転幻想（DII）も利用されてきた。 DIISは架空の運動と物理的に凹状の角が凸またはその逆¹⁴として認識されているシーンの奥行きの逆転を生成します。ホロウ顔イリュージョンは刺激が幻想知覚^15〜16を誘導するような予備知識や凸バイアスとしてトップダウンの影響の役割を暗示、物理的に凹であるものの、通常、凸面の認識を発生させるDIIの例です。うつろな顔イリュージョン上のターゲットに向けて到達してモータの動作を特徴づけるための努力にもかかわらず、証拠があいまいのまま別の^18をしませんが、ある研究では、モータ出力¹⁷への影響を報告します。これらの研究は、うつろな顔イリュージョン上にあるターゲットに手の相対的な距離計算をエンドポイント、知覚の深さの推定値を比較することに依存している。刺激のこのタイプに対して実行されるアクションに関する相反する結果が研究者によって使用される方法の変化の結果である可能性がある。腹側と背側のストリーム情報を利用した方法が議論にまで残っているので、この論争は、モータの追加の先進的な施策とのより強固な刺激策の必要性を火花behavioR。

技術は一般にDIIS ¹⁴の別のクラスを形成する「reverspectives」と呼ばれる逆透視刺激を使用して開発された理由は、正確にである。区分的3次元プレーナ表面に描かれている線遠近法の手がかりは、刺激の物理的なジオメトリと実際の塗装シーン間の競争を生み出す。視点で体験型なじみが深反転知覚（ 図1）を支持するのに対し、このような両眼視差と運動視差などのデータ駆動型の感覚信号は、物理的なジオメトリの真実を告げる知覚を好む。 reverspectiveの利点は、その錯覚空間的方向を知覚の物理的な方向からほぼ90度異なる刺激面上のターゲットの配置を可能にすることである（ 図1e及び1fに ）。この巨大な違いは大幅にリーチするため、把持運動があるかINFLないかどうかのテストを容易に錯覚によってuenced。この概念はreverspectiveに対して実行モーターアクションは腹側ストリームからのトップダウンの影響の影響を受けているかどうかを探索するための鍵となります。

感覚行動モデルにおける運動教室

reverspective刺激上のターゲットに向けて把持時に異なるモータ戦略は幻想と真実の知覚下で使用される場合、それは容易に手のアプローチの曲率を研究することによって追跡することができる。また、手の自発的な、自動後退に目標指向の動きを開始してから全体の展開の動きの解析はバックその休止状態に実際にモータ出力に対する知覚的影響に関する試験の過去の方法で検出された欠点をバイパスすることがあります。最近の研究では、これらの2つの動きクラス間のバランスだけでなく、予測的および先行コントロための神経系による自発的なセグメントの使用を研究の意義を強調L ^{19-21,23-24。}自発的な自動運動の新た統計学的に定義されたクラスは、新しいメトリックと目標指向のものが感覚運動の変化を追跡するために、自然な行動の微妙な側面を定量化するために、これまであったように重要であることが判明する機能を提供します。

我々の知る限りでは、視覚的な2ストリーム仮説上の既存の研究は、それによって視覚運動アクションループを完成させる重要な要素である自動過渡的な動きへの影響を無視して、目標指向の行為に焦点を当てています。重点は、したがって、完全に視覚·行動モデルに関する問題を明確にするために、本パラダイムにおける運動行動の両方のモードを捕捉するために、自動運動の重要性を配置する必要があります。ここでの方法は、トップダウン自発と一緒に故意、目標指向行動ドメインにおいて運動行動を調節する上で視覚腹ストリームにおけるシグナリングの役割を調査するために開発され、トランジット堅牢なDII逆透視刺激を使用してional動き。

論理的根拠

これは、完全な移動軌跡が幻想知覚下逆の視点をシーンが真実を告げる知覚（ 図1Eによって誘発されたターゲット·アプローチとは異なります3Dに埋め込 ​​ま目標に向かって、トップダウンの視覚プロセスは感覚運動系に影響を及ぼす場合には、という仮説を立てているおよび1F）。 reverspective刺激の架空の知覚は、（「強制」）適切な透視刺激によって得られたものと非常によく似ているので、、reverspectiveに埋め込まれた目標に向かって行わ達し、したがっての影響を受けて実施さに達すると特性が類似していなければならないreverspective刺激（ 図1Cおよび1F）上の錯覚。

トップダウンの視覚的影響が移動軌跡に影響を与えない場合、それは行わウントに達すると仮定されるER架空の知覚はreverspective刺激（ 図1E）に真実を告げる知覚の下で行わ達すると同じ特性を示すであろう。つまり、幻想と真実を告げる両方知覚に達するには、順方向の軌道経路が刺激の真の幾何学的に作用するように、本質的に同様であろう。前進で観察された効果は、手の自動後退に変換達する方法は不明である。フル電動分析を採用することにより、我々は行動と知覚の我々の理解が手元に既存の問題を明確にするためにループを進めることを目指しています。

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プロトコル

1。刺激装置の構築

1. スライドトラックに移動可能なプラットフォームを構築します。各刺激は呼びかけ試験の種類に応じて、可動プラットフォームに配置されます。
2. テーブルの前に着座する参加者と目の高さになるように刺激プラットフォームが可能になり、適切な高さにテーブルの上にトラックを固定します。
3. 刺激プラットフォームに格納式のバネ機構を取り付けます。回路基板にバネ機構への入力を接続します。
4. 刺激プラットフォームに直面し、参加者の座席の後ろのランプのセットを配置します。不均一な照明が幻想知覚を妨害する影を落とす可能性があるため、それが均等に刺激プラットフォームを照明することが重要です。回路基板にリンクコンバータにランプのセットを接続します。
5. 参加者が着席される場所に最も近いテーブルの端にスイッチボックスを接続します。参加者は、スイッチボックスAに手を置く各試験の開始をTとするとすぐ、彼らは手の動きを実行するために彼らの手を持ち上げるようにスイッチを有効にしてください。回路基板にスイッチボックスの入力をリンクします。
6. スイッチボックスがトリガされると、スプリング機構とライトのOFFにより、移動プラットホームの後退の同時起動を制御するためのマイクロコントローラ上のピンに回路基板の各出力ピンに接続します。刺激は撤回しなければならないし、ライトが発生するすべてのオンラインの視覚的な修正や触覚フィードバックを防ぐために、各試験におけるリーチ動作開始後オフにする必要があります。刺激後退と闇の開始がこの即時リーチタスク作る動きが始まった後にのみ実行されるようにスイッチボックスが採用されている。
7. マイクロコントローラ信号を制御MATLABプログラムを書く。試験のシーケンスを格納し、各試験のために使用するものを刺激し、観察条件、実験者に指示するMATLABコードを使用してください。
8. 建設トン訓練刺激、逆透視刺激、および適正斜視刺激（ 図1,2）。トレーニング刺激は逆の視点刺激し、適切なパースペクティブ刺激に埋め込ま真ん中の建物の孤立右面壁を表す2つの長方形のパネルで構成されています。トレーニング刺激の目的は、実験手順で説明する。刺激の正中線の右側に赤い平面ディスクターゲットを固定します。

2。参加者

1. IRBの書面によるインフォームドコンセントを得る実験セッションを開始する前に、ヘルシンキ宣言を遵守したプロトコルを承認した。
2. それぞれの目での視力のための参加者、（Randotステレオテストを使用して）立体視、および目の優位性をテストします。
3. セットアップモーションキャプチャシステム。 240 Hzおよびモーショントラッキングソフトウェアで14電磁センサーを使用しています。高解像度の記録システムアル過去の研究は不足していることを、同時に14のセンサーの3次元での動きの展開の詳細な分析のための低音、。
   1. 頭、胴、左右の肩、左上腕、左前腕、左手首、右上腕、右前腕、右：身体の動きを妨げないを最適化するように設計されたスポーツのバンドを使用して、次の体節に14のセンサー12を配置手首、右手人差し指、右手親指。
   2. 訓練と実験のブロックの間に参加者に3D空間内のターゲットの正確な位置を得るために直接のターゲット位置の背後にある刺激の裏側に残った二つのセンサを配置します。

3。実験方法

1. この時点では参加者からのビューの外に全ての刺激を配置します。刺激プラットフォームを照明するために使用されるランプを除くすべてのライトをオフにします。 experを実行するために使用されている任意のコンピュータの画面を暗く形態彼らのライトが装置上に投影されても、照明に干渉しないようにします。
2. いずれの試験を開始する前に、実験の流れの参加者に通知する。刺激後退を通知し、それらがスイッチボックスから手を持ち上げて移動を開始したら、ライトの消灯。後退プラットフォームに従うことをしようとしないようにそれらを思い出させるが、ターゲットが最後に見られた場所でのみつかむために。彼らは最後に認識される表面に垂直に近づいてターゲットを見て覚えてどこでつかむ方法を示しています。
3. 練習試行を開始します。参加者は、セットアップに慣れるようにするために、これらの試験は許可。刺激を取り付けるために使用センターポール突起を持つ唯一の黒板 - プラットフォームにはテスト刺激はありません。センターポールに到達するために、参加者に指示し、彼/彼女の自身のペースで、リーチを完了すると、背もたれに手を持って; 3試験のために繰り返します。注：RETRACする方法について指示を与えないことが重要ですハンドT;このコンポーネントは、自動および意識的な制御の下でなければなりません。
4. 訓練試行を開始します。実験の残りのための各試行の後に彼/彼女の目を閉じて、参加者に依頼してください。参加者の目が閉じている間に、センターポールにMATLABプログラムに呼びかけ、訓練刺激を貼る。トレーニング刺激提示の順番は8試行、各刺激のための4つの合計は、MATLABプログラムによってランダム化されます。トレーニング刺激は、実験の刺激で使用されるターゲットの物理的な面を代表上のターゲットにつかむために要求されたとき手の曲を証明助ける。
5. 実験的試行を開始します。 図1F（REV-ILLU）のような架空の知覚の下で（1）reverspective、真実を告げる知覚下（2）reverspective、 図1E（REV-VER）のように、そして（3）：3刺激の実験試験のための条件があります適切なパースペクティブ（PRO）、 図1cのように。その条件を思い出すtions（1）、（2）同一の物理reverspective刺激を利用する。
   1. 最初reverspective刺激を提示する。彼/彼女が彼/彼女の方に「飛び出し」真ん中の建物の架空の知覚を安定させることができれば、参加していません。参加者は、トラブル幻想知覚を安定されている場合は、ターゲット¹⁸に到達した距離を維持しながら、架空の知覚を維持するために立体視を弱める非優位眼の上にデフォーカスレンズを配置。参加者がデフォーカスレンズを​​必要とする場合には、各REV-ILLUトライアルの前にそれらを置くために彼/彼女に指示することを確認してください。
   2. 最初のREV-ILLU試行の後、MATLABプログラムは試験の順序をランダム化します。各試行では、刺激条件に応じて、次の指示を与える。
      REV-ILLU：「あなたに向かって飛び出すように中央の建物を表示します。 "
      REV-VER： "あなたから離れて内洞窟探検などの中間の建物を表示します。"
      プロ：「Yの方に飛び出るように中央の建物を見るOU。 "
      参加者は、安定した知覚を確認した後、ターゲットにつかむためにそれらを求める。 36の実験的試行の合計各条件について12試験を行う。

4。データ解析

1. 目標指向範囲と自動撤回の面での動きを分析するために、最初の移動速度は、その開始後に、瞬間的な速度ゼロに近づく時点を検出することにより、2動きのクラスにデータを分解する。
2. 各刺激条件のハンドパスの軌道の曲率の違いを探すために、軌道の間、各時点で3次元データセットにウィルクのラムダテスト統計を行う。ウィルクのラムダのテストは、私たちは、REV-ILLUの平均軌道ベクトルは、REV-VERまたはPRO ²²に似ているかどうかを推測助けるために決定を経て、スカラー値に尤度検定統計Λを低減します。
3. ORIENを研究するために、目標指向範囲の最後にターゲットに向かって手をテーション、表面に垂直なターゲットの単位ベクトル（ 図5aに比べて親指、人差し指、手首センサ位置で生成された単位のアプローチベクトルとのなす角度を比較および5b）。

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結果

1。ハンドパスの軌跡

結果は代表件名のVTのために示されている。ウィルクのラムダテスト統計を決定基の使用によりスカラー値への我々の三次元空間データの縮小を可能にする。ウィルクのラムダ統計は、尤度比検定を使用しています 、ここで正方形や製品の「内」の和は、行列E、四角や製品の「?...

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ディスカッション

私たちの方法は、実験タスクに関連して運動の展開全体を分析することによって、感覚行動モデルの妥当性をテストするためのプラットフォームを提供します。パラダイムは、この研究領域を広げるために視覚刺激の他のタイプをテストするために修飾することができる。例えば、他の3D DIISは、トップダウンおよびボトムアッププロセス間の相互作用が様々な刺激に変換する方法については...

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資料

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