Методы Изучить влияние сверху вниз визуальных процессов на автосалоне поведения

Резюме

Непонятно, как сверху вниз сигналы от брюшной визуального потока влияет движение. Мы разработали парадигму для проверки поведения двигателя к цели на 3D-инверсии глубина иллюзии. Значительные различия представлены в обоих преднамеренных, целенаправленных движений и автоматических действий под иллюзорных и правдивом условиях просмотра.

Аннотация

Кинестетическая осознание важно успешно ориентироваться в окружающей среде. Когда мы взаимодействуем с нашей повседневной обстановке, некоторые аспекты движения сознательно запланировано, а другие спонтанно возникать ниже сознания. Умышленное компонентом этой дихотомии широко изучалась в нескольких контекстах, в то время как спонтанное компонент остается изучить под-многом. Кроме того, как перцептивных процессов модулировать эти классы движения до сих пор неясно. В частности, обсуждается в настоящее время вопрос, является ли система visuomotor регулируется пространственной восприятием производимого визуального иллюзии или это не зависит от иллюзии и регулируется вместо по правдивом восприятием. Бистабильные перцепты такие как 3D-инверсии глубина иллюзий (ДИМИ) предоставит прекрасную контекст для изучения таких взаимодействий и баланс, особенно при использовании в сочетании с выдвижения для восприятия движений. В этом исследовании, методология разработана, который использует DII и экспезать роль процессов сверху вниз на двигательных действий, в частности, изучение того, как достигает к цели на DII страдают в обоих преднамеренных и спонтанных доменов движения.

Введение

Видение-для-восприятия против Видение-для-действий

Для того чтобы успешно ориентироваться в окружающей среде, информация от зрительной системы используется для помощи в координации движения человека. Как выбирается визуальной информации и приоритеты влиять двигательным действиям, остается неясным. Два основных анатомических прогнозы возникают из первичной зрительной коры, чтобы сформировать брюшного ("что", или "видение для восприятия") путь, распространяется на височную область и спинной ("где", или "видение действий") путь , в теменной доле ^1-2. Брюшной поток вовлечены в использование визуальной информации для восприятия процессов, таких как распознавания и идентификации объектов, в то время как поток спинной, как полагают, исключительно обрабатывать сигналы для действий руководства и пространственной осведомленности. Вопрос, заданный является ли или не сверху вниз процессы от брюшной потоке формы, как, в котором движения выполняются.

ЕAmous тематическое исследование пациентов DF, оценивается Goodale и Милнер в 1992 году, предоставили убедительные доказательства, и поддержку визуального двух потоков гипотезы, которая утверждает, что брюшной и спинной процессы поток отделимы для восприятия и действия ^3. В теории, снизу вверх сигналы параллакса движения и бинокулярного несоответствия можно переопределить сверху вниз восприятия информация, такая как предварительного знания и знакомство с тем, чтобы точно направлять наши действия, предполагая, что планирование двигателя невосприимчив к вентральной контроля потока. DF, кто пострадал от визуальной форме агнозии, вызванной двусторонним брюшных поражениях затылочных, сохранил точную способность рукоятки, к объектам, которые она имела трудности с распознаванием, поддерживая предпосылки визуального двух потоков гипотезы ^3-4. Из-за тематических исследований, как DF, предполагалось, что функционал брюшной спинной поток дихотомия также существовали в здоровых, непатологических лиц. Тем не менее, действительно ли эти данные предоставить доказательства абсолютнойлютня разделение труда для восприятия и действия в neurotypical населения была горячо обсуждается на протяжении последних двадцати лет ^5-10.

Использование иллюзий отделить восприятия и действия

Чтобы проверить визуально двух потоков гипотезу в neurotypical субъектов, исследователи используют визуальные иллюзии, чтобы исследовать, как перекос восприятия суждения окружающей среды влияют на наши двигательным действиям. Ebbinghaus / Титченер Иллюзия, например, использует целевой диск, окруженный небольших дисков, которые, как представляется, больше, чем другой диск такого же размера, окруженный большим кругом; это связано с эффектом размер контрастности ^11. Когда участники достигают понять целевой диск, если два-потоки гипотеза верна, то сцепление апертура стороны захвата в цель диска не повлияет иллюзии, в результате чего участник действовать от истинной геометрии целевой диск а не полагаться на неправильной восприятия размера EstimАтеш. Aglioti др.. на самом деле доклад такое поведение, рассуждения, что отдельные визуальные процессы регулируют квалифицированных действий и сознательное восприятие ^11. С другой стороны, другие группы оспорили эти результаты, не находя диссоциации между восприятием и действием процессов, когда тщательно контролируя совмещение восприятия и цепких задач, предлагая интеграцию визуальной информации потока, а не разделения ^12. Несмотря на несколько последующих исследований, проведенных для проверки или опровергнуть визуальные двух потоков гипотезу с помощью Illusion Ebbinghaus, существуют конкурирующие улики в поддержку обеих сторон аргумента ^13.

Для дальнейшего изучения влияния визуального восприятия на процессы действий, 3D инверсии глубина иллюзии (DII) также были использованы. ДИМИ производить иллюзорное движение и воспринимается глубина разворот сцен, в которых физически вогнутые углы воспринимается как выпуклые и наоборот ^14. The HollowЛицо Иллюзия пример DII, который генерирует восприятие нормальной, выпуклой поверхности хотя стимулом физически вогнутая, вовлекая роль нисходящих влияний, таких как предварительных знаний и выпуклости предвзятости выпытать иллюзорную Percept ^15-16. Несмотря на усилия по характеризуют поведение двигателя в достижении целевых показателей, на Hollow Face Иллюзии, свидетельство остается двусмысленным: одно исследование сообщает влияние на выходе ¹⁷ двигателя, а другой не ^18. Эти исследования опираются на сравнении восприятия оценки глубины до конечной точки расстояния расчеты руки по отношению к целям, расположенным на Hollow Face Иллюзии. Противоречивые результаты по действиям, совершенным на этом типе стимулов может быть результатом изменений в методах, используемых исследователями. Потому что то, каким образом используется вентральной и дорсальной поток информации еще до обсуждения, эта полемика искры необходимость более надежной стимула с дополнительными расширенными мерами двигателя behavioр.

Именно поэтому была разработана методика с использованием обратного перспективные стимулы, как правило, называют "reverspectives", которые образуют другой класс ДИМИ ^14. Линейная перспектива сигналы, которые нарисованы на кусочно 3D плоских поверхностей производить конкуренции между физической геометрии стимула и фактическим окрашенные сцены. Управляемые данными сенсорные сигналы, такие как бинокулярного несоответствия и параллакс движения способствуют правдивом воспринимать физической геометрии, в то время как на основе опыта знакомство с точки зрения способствует глубины инверсии Percept (рис. 1). Преимущество reverspective является то, что она позволяет для размещения цели при стимула поверхности которого воспринимается пространственную ориентацию в иллюзии отличается почти на 90 градусов от ее физической ориентации (Цифры 1е и 1f). Это огромная разница значительно облегчает тестирование ли являются длинна-на-цепляния движения или не Влиянuenced иллюзией. Это понятие является ключом к исследовать или нет моторные действия, выполняемые на reverspective страдают от нисходящих влияний от брюшной потока.

Движение Занятия в Восприятие-действий Модели

Если различные стратегии двигателя работают под иллюзорных и правдивом восприятий, захватывая к цели на reverspective стимул, то он может быть легко отслеживаются, изучая кривизну подхода руки. Более того, анализ всей разворачивающейся движения от начала целенаправленного движения к спонтанному, автоматическое втягивание руки обратно в состоянии покоя может на самом деле обхода любые недостатки обнаружили в последние методов тестирования для восприятия влияния на мощность двигателя. Последние исследования подчеркивают важность изучения баланса между этими двумя классами движения, а также использование спонтанных сегментов со стороны нервной системы для интеллектуального и досрочном Controл ^19-21,23-24. Недавно статистически определенный класс спонтанных автоматическая движений обеспечивает новые метрики и функции, которые оказываются такими же важными, как целенаправленные те были до сих пор, чтобы отслеживать изменения сенсорно-моторные и количественно тонкие аспекты природных поведения.

Насколько нам известно, существующие исследования по визуальной гипотезы двух потоков сосредотачивается только на целенаправленных действиях, тем самым игнорируя любые последствия для автоматических переходных движений, которые являются важными компонентами в завершении цикла visuomotor действий. Акцент, следовательно, должны быть размещены на важности автоматических движений для того, чтобы полностью захватить оба режима поведения двигателя в настоящем парадигмы уточнить вопросы, касающиеся визуальных моделей восприятия-действия. Здесь будут разработаны методы, чтобы исследовать роль сигнализации сверху вниз в визуальном брюшной потока на модуляции поведение двигателя в преднамеренном, целенаправленной области действий в связи со спонтанным, транзитадвижения Рациональная используя надежную DII обратной перспективе стимул.

Обоснование

Предполагается, что, если сверху вниз визуальные процессы влияют на сенсорно-моторную систему, полные траекторий движения по направлению к встроенной цели в 3D обратной перспективе сцене под иллюзорным восприятием будет отличаться от целевого подхода, вызываемый в правдивом восприятием (рис. 1д и 1е). Поэтому Более того, поскольку иллюзорная перцепции из reverspective стимула очень похож на что получен надлежащий ("вынуждены") перспективного стимула, достигает выполняется к встроенной цели на reverspective должен быть похож по характеристикам с течении проводимых под влиянием иллюзия на reverspective стимула (рис. 1с и 1е).

Если сверху вниз визуальные влияния не оказывают влияния на траекторию движения, то предположение, что достигает сделал ундэ иллюзорная перцепции бы обладают теми же характеристиками, что и течения, сделанных под правдивом восприятием на reverspective стимула (рис. 1д). Другими словами, оба иллюзорным и достоверные воспринимать достигает будут аналогичны по своей природе, так, что обе передние пути траектории будет действовать на реальной геометрии стимула. Как эффекты, наблюдаемые в прямом достичь перевести в автоматическом втягивания руки, неизвестно. Используя полный анализ двигателя, мы стремимся продвигать наше понимание действий и восприятия петли уточнить существующие проблемы под рукой.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

1. Построение Стимул Аппарат

1. Построить подвижной платформе по скользящей дорожке. Каждый стимул будет сделан на подвижной платформе в зависимости от типа суда призвал.
2. Закрепите трек на стол на соответствующей высоте, что позволяет стимул платформы, чтобы быть на уровне глаз с участником быть сидя перед столом.
3. Прикрепите выдвижной пружинный механизм для стимула платформы. Подключите вход к пружинным механизмом к печатной плате.
4. Поместите набор огней позади сиденья участника, с видом на стимул платформу. Важно, чтобы осветить стимул платформу неравномерно, поскольку неравномерно освещение может отбрасывать тени, которые мешают иллюзорной восприятием. Подключение набор ламп к преобразователю, который связывает его к печатной плате.
5. Прикрепите распределительной коробки к краю стола, ближайшего к где участник будет сидеть. Участники разместить свои силы на переключатель ящикт в начале каждого судебного разбирательства и активировать переключатель, как только они поднимают руку, чтобы выполнить движение досягаемости. Ссылка вход электрического щитка к печатной плате.
6. Подключите каждый выходной контакт печатной платы на внешний вывод микроконтроллера для управления одновременной активации втягивание движущейся платформе через пружинным механизмом и отключение огней, как только окно кнопку запуска. Стимул должен отказаться и огни должны выключить после начала движения досягаемости в каждом испытании, чтобы предотвратить любые онлайн визуальные исправления и тактильную обратную связь возникновения. Переключатель коробки используется таким образом, что стимулом отвода и тьма начала выполняются только после начала движения, что делает это немедленно выдвижения задачей.
7. Напишите программу MATLAB, который управляет микроконтроллер сигналы. Используйте код MATLAB для хранения последовательность испытаний и поручить экспериментатору, что стимулы и условия просмотра, чтобы использовать для каждого испытания.
8. Возраст зданият учебные стимулы, обращенной перспективе стимулом, и собственно-перспектива стимул (рис. 1 и 2). Обучение стимулы состоят из двух прямоугольных панелей, представляющих изолированный правый поверхности стенки средней здания, встроенного в обратной перспективе стимула и собственно-перспективного стимула. Цель учебных стимулов будет обсуждаться в опытном порядке. Прикрепите красный диск плоских задач справа от средней линии раздражителей.

2. Участники

1. Получить письменное информированное согласие IRB утвержден протокол в соответствии с Хельсинкской декларацией перед началом экспериментальной сессии.
2. Проверьте участника для остроты зрения в каждом глазу, стереоскопического (с использованием Randot-Stereo Test), и глаз господства.
3. Настройка системы захвата движения,. Используйте четырнадцать электромагнитные датчики на 240 Гц и программного обеспечения слежения за перемещением. Высокого разрешения система записи др.минимумы для углубленного анализа раскрытие движения в трех измерениях четырнадцати датчиков одновременно, что прошлые исследования не хватает.
   1. Наведите двенадцать из четырнадцати датчиков на следующих сегментов тела с использованием спортивных полос, предназначенных для оптимизации свободное движение тела: голова, туловище, правый и левый плечи, левое плечо, левое предплечье, левое запястье правой верхнего рычага, правого предплечья, правой запястья, правой рукой указательный палец, и большой палец правой руки.
   2. Положите оставшиеся два датчика на спинках стимулов непосредственно за целевое расположение для достижения точной положение цели в 3D пространстве относительно участника во время обучения и экспериментальных блоков.

3. Процедура Экспериментальная

1. Поместите все стимулы вне поля зрения от участника в это время. Выключите все огни для ламп, используемых для освещения стимул платформу исключением. Dim любые компьютерные экраны, которые используются для запуска EXPERiment так, чтобы их огни не мешали четной освещения, проецируемого на аппарате.
2. Перед началом любые испытания, информирует участника потока эксперимента. Сообщите им о стимула втягивания и выключение огней, как только они инициировать движение, подняв руку от распределительной коробке. Напомните им, не пытаться следовать втягивания платформу, но только захватить на то, где в последний раз видели цель была. Продемонстрируйте, как захватить на то, где они в последний раз помню цель, приближаясь его нормально воспринимается поверхности.
3. Начните практики испытаний. Эти испытания позволяют участник привыкнуть к установке. Там нет тест стимулом на платформе - только черная доска с центром полюса выступом используется для крепления стимулы. Поручить участника для достижения на центральной полюса и довести руку, чтобы отдохнуть после завершения охвата, по его / ее собственном темпе; повторить в течение трех испытаний. Примечание: Важно не давать указания о том, как retracт руку; этот компонент должен быть автоматическим и ниже сознательного контроля.
4. Инициировать учебные испытания. Попросите участников закрыть его / ее глаза после каждого испытания на оставшуюся часть эксперимента. В то время как глаза Участника закрыты, закрепите учебный стимул, предусмотренную в программе MATLAB к центральной полюса; порядок подготовки стимула презентации рандомизированы программой MATLAB для в общей сложности восемь испытаний, четыре для каждого стимула. Учебные стимулы помочь продемонстрировать кривизну досягаемости, когда его спросили, чтобы захватить по мишеням на физические поверхностей представителя задач, используемых в экспериментальных стимулов.
5. Начните экспериментальные испытания. Есть три условия стимулирования для экспериментальных испытаний: (1) reverspective под иллюзорной восприятием, как показано на рисунке 1F (REV-иллюзию), (2) reverspective под правдивом восприятием, как показано на рис 1е (REV-ПР), и (3) собственно-перспектива (PRO), как показано на рис 1c. Напомним, что Кондиусловиям (1) и (2) используют тот же физический стимул reverspective.
   1. Во-первых представить reverspective стимул. Спросите участника, если он / она может стабилизировать иллюзорную воспринимать Ближнего здание "выкатились" к нему / ней. Если участник имеет проблемы стабилизирующую иллюзорную воспринимать, место де-фокусирующей линзы на недоминантной глаза ослабить бинокулярное зрение, чтобы сохранить иллюзорную воспринимать сохраняя достижения расстояние до цели ^18. Если участник требует де-фокусирующей линзы, то убедитесь, что поручить ему / ей, чтобы положить их на перед каждым испытанием REV-иллюзию.
   2. После первого судебного разбирательства REV-иллюзию, программа MATLAB будет в случайном порядке испытаний. Для каждого испытания, дают следующие инструкции в зависимости от состояния стимула:
      REV-Illu: "Просмотр средний здание как выкатились к вам."
      REV-VER: "Просмотр средний здание как обрушения от вас."
      PRO: "Просмотр средний здание как выкатились к уНУ ".
      После того, как участник подтверждает стабильную воспринимать, попросите их, чтобы захватить в цель. Выполните двенадцать испытаний для каждого условия в общей сложности 36 экспериментальных испытаний.

4. Анализ данных

1. Для анализа движения с точки зрения целенаправленного охвата и автоматических отводов, сначала разложить данные на два класса движения, обнаруживая точку, в которой скорость движения, после его возбуждения, приближается мгновенное нулевую скорость.
2. Чтобы найти различия в кривизне рук траекторий пути для каждого условия стимула, выполните Лямбда тестовой статистики в Wilk по 3-мерном набора данных в каждый момент времени, в течение траектории. В Wilk в Лямбда Тест снижает статистики Λ тест вероятность до скалярного значения путем детерминант, чтобы помочь нам вывести или нет среднее траектория вектор REV-Illu похож на REV-VER или PRO ^22.
3. Для изучения ORIENтации от руки по направлению к цели в конце целенаправленного досягаемости, сравнить угол, образованный между вектором блок подход, порожденной большой, указательный и запястья позиций датчиков относительно орта мишени нормали к поверхности (рис. 5а и 5b).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

1. Ручные Путь Траектории

Результаты показаны на представителя Тема VT. Лямбда-Тест Статистика в Wilk позволяет для сокращения наших трехмерных космических данных в значение скалярного по использованию детерминант. Лямбда статистики в Wilk использует тест отношения правд...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Наши методы предоставляют платформу для проверки обоснованности моделей восприятия-действия на основе анализа всей раскрытие движения по отношению к экспериментальной задачи. Парадигма может быть изменен, чтобы проверить другие виды зрительных стимулов для расширения этой области ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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