Name: visualization method for proprioceptive drift on a 2d plane using support vector machine
Uploaded: 2016-10-27T13:00:00
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This research was supported by the Center of Innovation Program from the Japan Science and Technology Agency, JST.

Tous les aspects de l&#39;expérience ont été approuvés par le Comité d&#39;éthique de l&#39;Institut de Technologie de Tokyo. 1. Configuration expérimentale <ol><li> Matériel et configuration pour la mesure de la dérive proprioceptive. <ol><li> Obtenir un support qui peut contenir une plaque cm 100 x 100 verticalement (Figure 1). </li><li> Obtenir une chaise sur laquelle le participant peut asseoir confortablement pendant l&#39;expérience. </li><li> Obtenir un miroir acrylique 100 x ...

<ol>
	<li>Alimardani, M., Nishio, S., Ishiguro, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Humanlike+robot+hands+controlled+by+brain+activity+arouse+illusion+of+ownership+in+operators.">Humanlike robot hands controlled by brain activity arouse illusion of ownership in operators.</a> Sci. Rep. 3, 2396 (2013).</li><li>Fernando, C. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+TELESAR+V+for+transferring+bodily+consciousness+in+telexistence.">Design of TELESAR V for transferring bodily consciousness in telexistence.</a> , 5112-5118 (2012).</li><li>Ramachandran, V. S., Rogers-Ramachandran, D. 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Perform. 31 (1), 80-91 (2005).</li><li>Rohde, M., Di Luca, M., Ernst, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+rubber+hand+illusion:+feeling+of+ownership+and+proprioceptive+drift+do+not+go+hand+in+hand.">The rubber hand illusion: feeling of ownership and proprioceptive drift do not go hand in hand.</a> PloS One. 6 (6), e21659 (2011).</li><li>Kalckert, A., Ehrsson, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moving+a+rubber+hand+that+feels+like+your+own:+a+dissociation+of+ownership+and+agency.">Moving a rubber hand that feels like your own: a dissociation of ownership and agency.</a> Frontiers Hum. Neurosci. 6, 40 (2012).</li><li>Holmes, N. P., Crozier, G., Spence, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=When+mirrors+lie:+'visual+capture'+of+arm+position+impairs+reaching+performance.">When mirrors lie: 'visual capture' of arm position impairs reaching performance.</a> Cog. Affect. Behav. Neurosci. 4 (2), 193-200 (2004).</li><li>Snijders, H. J., Holmes, N. P., Spence, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direction-dependent+integration+of+vision+and+proprioception+in+reaching+under+the+influence+of+the+mirror+illusion.">Direction-dependent integration of vision and proprioception in reaching under the influence of the mirror illusion.</a> Neuropsychologia. 45 (3), 496-505 (2007).</li><li>Tajima, D., Mizuno, T., Kume, Y., Yoshida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mirror+illusion:+does+proprioceptive+drift+go+hand+in+hand+with+sense+of+agency.">The mirror illusion: does proprioceptive drift go hand in hand with sense of agency.</a> Front. 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C., Fotopoulou, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Body+ownership+and+attention+in+the+mirror:+insights+from+somatoparaphrenia+and+the+rubber+hand+illusion.">Body ownership and attention in the mirror: insights from somatoparaphrenia and the rubber hand illusion.</a> Neuropsychologia. 51 (8), 1453-1462 (2013).</li></ol>

Nous démontrons une méthode pour estimer la dérive proprioceptive dans un plan 2D au cours de l&#39;illusion de miroir à l&#39;aide SVM et de comparer le résultat avec les réponses au questionnaire pour le sens de la propriété et l&#39;agence. Cette nouvelle méthode a révélé que le décalage nécessaire entre la rétroaction visuelle et proprioceptive pour maintenir la dérive proprioceptive est d&#39;environ 10 cm et que ce décalage de près chevauche le décalage nécessaire pour maintenir le sentiment de...

Au cours des dernières années, la recherche sur le sens ou l&#39;expérience de l&#39;auto-corps, qui est, de son propre corps, a augmenté dans le contexte de réalisation. La forme de réalisation se réfère à l&#39;idée ou le concept d&#39;avoir un corps physique ou virtuel qui peut interagir avec l&#39;environnement, tels que les atteindre, saisir, et touchante. Par exemple, les humains peuvent toucher un objet ou un autre humain positionné dans l&#39;environnement en déplaçant leur propre corps, dans ce cas, leur propre bras et la main. De nos jours, cette interaction ou de communication ne se limite pas à l&#39;utilisation de son propre corps naturel. En raison des inventions et le développement de robots ressemblant à des humains ou des avatars dans le monde virtuel, le corps humain naturel peut être substitué par un organisme artificiel, comme un humanoïde, un robot de contrôle à distance, prothèse électrique ou infographie avatar dans la réalité virtuelle. Par exemple, les chercheurs ont développé un robot dont l&#39;opérateur peut &quot;saisir&quot; un objet placé devant le robot via son corps mécanique, même si le robot est placé loin de la position du corps de 1,2 de l&#39;opérateur. Semblable à cet exemple, si un être humain pourrait effectuer une action par l&#39;intermédiaire d&#39;un organe artificiel, quel organisme serait maintenir l&#39;attribution de l&#39;auto-corps de l&#39;opérateur? Nous pouvons facilement trouver des sujets liés à cette discussion sur l&#39;attribution ou la projection de «soi» de notre propre corps naturel, un organisme non-chair et d&#39;os artificiel. Un exemple peut être trouvé dans le domaine médical; par exemple, dans le domaine de la réadaptation médicale, les traitements qui &quot;truc&quot; la sensation d&#39; auto-corps du patient en utilisant des miroirs sont explorées pour réduire la douleur et l&#39; amélioration de la fonction motrice d&#39;un membre manquant ou paralysé, appelé thérapie par le miroir 3-6. Dans cette thérapie, l&#39;image en miroir de l&#39;insensible partie du corps ou d&#39;un membre peut induire en erreur le cerveau du patient à croire que le membre manquant ou paralysé correspond à celle affichée dans le miroir et conduire à la sensation qu&#39;il est encore en elles état antérieur (avant l&#39;accident). Il est encore en discussion comment cette illusion affecte la résilience du cerveau liées à la représentation du corps. En plus de ce type de discussion sur notre corps naturel, nous pouvons trouver des discussions similaires sur mode de réalisation, en particulier des problèmes de conception interaction-système humain dans le domaine de l&#39;ingénierie. Le sens de soi pour un corps artificiel ou virtuel a été bien étudiée dans le contexte de la téléprésence, interface cerveau-machine, interface cerveau-ordinateur 1,2,7-9. Certains chercheurs ont rapporté qu&#39;un robot humanoïde, qui peut transférer la sensation tactile de sa main de robot à la main de l&#39;opérateur, peut capturer le sens de l&#39;opérateur d&#39;auto-corps du robot, ainsi que le sentiment d&#39;être à un endroit où le robot est positionné plutôt que là où l&#39;opérateur existe réellement, appelé télé-existence 1. D&#39;autres chercheurs ont rapporté qu&#39;un avatar virtuel qui reflète les mouvements du corps de l&#39;opérateur fortely transfère le sens de l&#39;opérateur d&#39;auto-corps à partir de son propre corps de l&#39;opérateur au corps virtuel 9. Ces résultats indiquent comment les utilisateurs peuvent projeter leur sens de l&#39;auto-corps dans un corps artificiel, comme un humanoïde, un robot de contrôle à distance, prothèse électrique ou infographie avatar dans la réalité virtuelle, même si le corps artificiel ne soit pas directement liée à leur cerveau et le corps. La recherche fondamentale scientifique sur ce type de sensation d&#39; auto-corps pour non-chair et de sang, des objets du corps comme artificiels a examiné les mécanismes cérébraux sous - jacents pour l&#39;expérience de l&#39; auto-corps en utilisant l&#39;illusion de la main en caoutchouc (RHI) 10-13 et miroir illusion (MI) 14-16 dans les domaines médicaux et d&#39; ingénierie, ainsi que dans la psychophysique et de la neuropsychologie. La RHI est la sensation qu&#39;une main en caoutchouc appartient à son propre corps et est évoqué en caressant simultanément une main en caoutchouc visible et la main obscurcie du participant. Dans le MI, une ima de la mainge dans un miroir positionné le long de l&#39;axe sagittal médian capture visuellement la position perçue du participant de la main opposée invisible. En outre, les mouvements synchrones de la main réfléchie et invisible évoquent la sensation forte comme si l&#39;image de la main réfléchie était la main opposée invisible. Selon la recherche sur ces illusions, la cohérence entre l&#39;information multimodale et la prédiction et la rétroaction sensorielle sur les mouvements du corps semble jouer un rôle important pour le jugement d&#39;attribution auto-corps. Ainsi, ces deux illusions peuvent avoir des preuves et des outils simples mais puissants pour les scientifiques d&#39;étudier les mécanismes cérébraux qui sous-tend notre sensation d&#39;être trompé ou de croire que certains objet artificiel ou de l&#39;image peuvent subjectivement être notre propre partie du corps, et que notre sensation d&#39;auto-corps fait ne pas avoir à être lié à notre corps physique naturel. Dans toutes ces études indiquées ci-dessus, l&#39;analyse est basée sur le concept de consisti &quot;auto&quot;ng de deux types de sensation proposés par le philosophe Gallagher 17: le sentiment d&#39;appartenance et le sens de l&#39; agence. Le sentiment d&#39;appartenance se réfère à la sensation qu&#39;une partie du corps observé est la sienne. Le sens de l&#39;agence correspond à la sensation que le mouvement du corps est auto-causé. Ces deux sensations sont définies comme l&#39;auto minimal, qui est, un sens immédiat de soi 16. Selon ce concept, l&#39;attribution du «soi» pour les corps naturels, endommagés, virtuels et mécaniques peut être évalué par les mêmes indices: le sens de la propriété et l&#39;agence. Pour utiliser cette sensation d&#39;une évaluation scientifique, la question se pose de savoir comment mesurer le sens de la propriété et l&#39;agence robuste. Actuellement, l&#39;estimation du sentiment d&#39;appartenance et l&#39; agence repose principalement sur des questionnaires, initialement proposées par Botvinick 9. En plus des questionnaires, on peut tenter de les mesurer de manière quantitative. Par exemple, le con de la peauRéponse de conductance (SCR) a été utilisé comme un indice physiologique de la propriété dans les cas où la main en caoutchouc est soudainement coupée par un couteau 18. Le SCR est calculé en mesurant les caractéristiques électriques de la peau et est un indicateur sensible et valable pour 19 l&#39; excitation. Étant donné que cette méthode est généralement appliquée pour les essais individuels par participant, SCR mesure ne convient pas comme un indice physique pendant psychophysique expériences qui nécessitent des mesures répétitives au sein des participants. L&#39; un des indices de comportement les plus efficaces pour le sentiment d&#39;appartenance est la dérive proprioceptive. Dérive proprioceptive est le changement dans la position perçue de la main réelle invisible vers la position d&#39;un objet qui ressemble à une main, comme la prothèse constituée de caoutchouc ou infographie 10-13. Depuis ce changement peut être estimé de façon répétitive et robuste en mesurant la distance entre la main réelle invisible et l&#39;image visuelle de la main, la dérive proprioceptive isa index physique approprié pour les mesures psychophysiques. Toutefois, cette utilisation doit être évaluée avec soin, parce que les discussions récentes ont demandé si la dérive proprioceptive peut toujours être utilisé comme un indice de comportement de la propriété 12. Typiquement, la dérive proprioceptive est mesurée dans une seule des trois directions, telles que la hauteur, la largeur ou la profondeur. la dérive proprioceptive a rarement été mesurée dans de multiples directions en raison de la difficulté d&#39;estimer et de visualisation de données multidimensionnelles. Cette limitation métrologique est pas critique pour la recherche fondamentale explorant les mécanismes qui traitent des informations multisensorielle, parce que les conditions expérimentales peuvent être facilement conçues et contrôlées pour limiter les dimensions mesurées. Cependant, dans la vie quotidienne, nos mains se déplacent librement en 3D pour suivre nos intentions. Dans cette situation, il est difficile et insuffisante pour mesurer le comportement d&#39;un participant avec des questionnaires, qui limite sévèrement le mouvement et positions des mains. Ainsi, compte tenu des applications potentielles pour le sens de la propriété et l&#39;agence dans l&#39;ingénierie et la réhabilitation, une mesure qui comprend de multiples directions et permet le mouvement de la main libre est nécessaire pour évaluer la relation spatiale entre la rétroaction visuelle et proprioceptive dans des situations de la vie quotidienne. Si une telle mesure était possible, la distance mesurée entre les mains réelles et observées pourrait être utilisé comme un guide pour le sens de l&#39;auto-corps. Cela pourrait non seulement devenir un indicateur pour le progrès de la réadaptation, mais aussi un critère pour le décalage entre la cible manipulée à l&#39;écran et la main d&#39;exploitation spatiale. La question reste de savoir comment cette mesure peut être réalisée de manière fiable et efficace. Pour répondre à cette question, nous introduisons une nouvelle méthode pour estimer la dérive proprioceptive, ce qui correspond au passage de la position de la main réelle invisible du participant à celle d&#39;un o comme à la main visiblebjet, sur un plan 2D en utilisant l&#39;illusion de miroir en combinant une procédure psychophysique et d&#39;une analyse à l&#39;aide d&#39;apprentissage de la machine. Par rapport à une main en caoutchouc, l&#39;image de la main dans un miroir capte fermement la position perçue du participant de la main réelle invisible. De plus, une image en miroir reflète immédiatement les mouvements volontaires de la main pour le placement de la main. Par conséquent, une image en miroir a été choisie comme une rétroaction visuelle de la part des participants. En outre, pour mesurer la dérive proprioceptive semblable à des situations de la vie quotidienne, les participants placés leur procès par procès main cachée à leur gré, et le nombre d&#39;essais a été augmenté. Bien que toute combinaison de directions aurait pu être utilisé, la combinaison de la hauteur et de la profondeur a été choisie en raison de la facilité de passer à la verticale du miroir. Pour vérifier la cohérence entre notre méthode et de la recherche précédente 13, deux conditions visuelles ont été mises en œuvre: avec et sans rétroaction visuelle. Dans la condition de rétroaction visuelle, le miroir wcomme positionné le long du plan sagittal médian pour créer une image réfléchie de la main gauche, comme si elle était considérée comme la main droite. Dans la condition sans rétroaction visuelle, un tableau noir mat a été utilisé afin de cacher la main droite réelle du participant. Nous avons évalué l&#39;efficacité de cette nouvelle méthode en comparant les résultats à ceux obtenus avec un questionnaire sur le sentiment d&#39;appartenance et l&#39;agence.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1020">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:224px;">Acric mirror</td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:275px;"></td>
			<td style="width:423px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Matte blackboard</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">custom-made stand</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>e.g. wood pole or PVC(poly vinyl chloride) pipe&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Chair</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Foot pedal</td>
			<td>P.I. Engineering</td>
			<td>Classic X-keys USB, and PS/2 Foot Pedals</td>
			<td>Other response device can be avaliable.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Position sensor</td>
			<td>CyVerse</td>
			<td>SLC-C02</td>
			<td>Other position sensor can be avaliable.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="2" height="20" style="height:20px;">Custom-made retroreflectivemarker</td>
			<td></td>
			<td>The marker provided by the motion capture vendor can be available.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Noise canselling head phone</td>
			<td>bose</td>
			<td>Quiet Comfort 3</td>
			<td>Other head phone can be avaliable.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PC</td>
			<td>Mouse computer</td>
			<td>NG-N-i300GA</td>
			<td>Other PC can be available.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visualization method for proprioceptive drift on a 2d plane using support vector machine

Proprioceptive drift, which is a perceptual shift in body-part position from the unseen real body to a visible body-like image, has been measured as the behavioral correlate for the sense of ownership. Previously, the estimation of proprioceptive drift was limited to one spatial dimension, such as height, width, or depth. As the hand can move freely in 3D, measuring proprioceptive drift in only one dimension is not sufficient for the estimation of the drift in real life situations. In this article, we provide a novel method to estimate proprioceptive drift on a 2D plane using the mirror illusion by combining an objective behavioral measurement (hand position tracking) and subjective, phenomenological assessment (subjective assessment of hand position and questionnaire) with a sophisticated machine learning approach. This technique permits not only an investigation of the underlying mechanisms of the sense of ownership and agency but also assists in the rehabilitation of a missing or paralyzed limb and in the design rules of real-time control systems with a self-body-like usability, in which the operator controls the system as if it were part of his/her own body.

Les résultats représentatifs d&#39;une étude précédente sont présentés pour illustrer la méthode 16. La figure 3A montre que les formes de la région où le participant n&#39;a pas pu détecter le décalage entre la position de la main gauche et à droite spatiale différaient entre les conditions avec (miroir) et sans (tableau noir) visuel . rétroaction Figure 3B montre que la taille de la zone dans l&#39;état avec un retour visuel ...

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Visualization Method for Proprioceptive Drift on a 2D Plane Using Support Vector Machine

Cet article décrit une nouvelle méthode pour estimer la dérive proprioceptive sur un plan 2D en utilisant l&#39;illusion de miroir et en combinant une procédure psychophysique avec une analyse en utilisant l&#39;apprentissage machine.

Méthode de visualisation pour Drift proprioceptive sur un plan 2D Utilisation Support Vector Machine

Proprioceptive drift, which is a perceptual shift in body-part position from the unseen real body to a visible body-like image, has been measured as the ...

The overall goal of this procedure is to estimate and visualize proprioceptive drift in 2D with free selection of the participant's hand position. This method can help answer key questions in psychophysics, engineering, and rehabilitation health, by exploring the method to operate a sense of self body. The main advantage of this technique is to estimate and visualize proprioceptive drift in 2D under the situation where the participant can select their hand locations.Sense of self is originally discussed in the body rehabilitation research field. But now it's expanded to the engineering in the context of embodiment, such as virtual avatar and the artificial bodies. Begin by instructing the participant to perform a tapping movement by keeping the heel of their hand in contact with the mirror.Then start the metronome at a tempo of 60 beats per minute. Instruct the participant to move both hands synchronously according to the sound of the metronome. Ensure that the timing of the participant's hand movements are close to one cycle per second by comparing it to the sound of the metronome several minutes after the tapping begins.Begin by mounting a mirror or blackboard on the stand based on the condition. Use a mirror for the visual feedback condition and a blackboard for a counterbalanced condition without visual feedback. Sit the participant close to the mirror that is positioned along their mid-sagittal plane.Ensure that the participant can only see the mirror image of their left hand and cannot see their real right hand. Next, instruct the participant to pay attention to the image of their left hand in the mirror during the experiment. Put retroreflective markers on the participant's right index fingertip and wrist.Confirm with the participant that the haptic sensation of their right hand is not substantially altered by the markers compared to the left. Next, place noise canceling headphones over the participant's ears so that they will not hear the metronome. Instruct the participant to move their left hand 30 centimeters vertically and 30 centimeters horizontally from the lower right corner of the mirror, and to maintain this left hand position during the experiment.Set this position as the origin of the surface of the 2D plane. Finally, instruct the participant to place their right hand on the other side of the mirror at any position and maintain its position until the end of the trial. At the beginning of a trial, instruct the participant to push the middle button of the foot pedal, which causes a beep through the headphone as feedback of the pedal press.After the beep, instruct the participant to start tapping with both hands synchronously at one hertz on the mirror. After the participant completes six hand movements, instruct them to stop and answer a question about whether they feel the right and left hand are in the same position. Use the right foot pedal for yes, and the left foot pedal for no.Then instruct the participant to move their right hand to another position of their choice. Then start the trial again as practiced. Ensure the participant understands the task, then begin the experiment.Throughout the experiment, check that the timing of the participant's tapping stays at approximately one hertz by viewing the movements compared to the metronome. Allow a break after 100 trials and complete the experiment for the other condition on a separate day. Begin by defining 13 right hand positions for response collection on a questionnaire about sense of ownership and agency.Inform the participant that they will complete the same procedure as before. After synchronously tapping the right and left hands six times, instruct them to orally answer questions about sense of ownership and agency using a seven-point Likert scale. Fill out the questionnaire's scores based on their responses.Show ratings from negative three, meaning totally disagree, to positive three, meaning totally agree, with zero indicating neither agreement nor disagreement or uncertain. Ensure that the participant understands the task. Finally, move the participant's right hand to the next position and have them complete the trial again.The area shapes where the participant could not detect the spacial offset between left and right hand position differ between the conditions. Furthermore, the area sizes and the condition with visual feedback are significantly larger than in the condition without visual feedback, suggesting that the required offset between visual and proprioceptive feedback to maintain proprioceptive drift is approximately 10 centimeters. Here the comparison between visualization of proprioceptive drift and questionnaire results for sense of ownership and agency shows that the offset areas to maintain these phenomena are concentric and almost overlap.This technique can be completed in one hour if it is performed properly. Why attempting this procedure it is important to remember to check whether the participant's performed the task correctly. After it's development this technique pave the way for researchers in the field of psychophysics, engineering, and rehabilitation to explore this dimension method for sense of ownership and agency in multiple dimensions.After watching this video you should have a good idea of how to estimate and human behavior during this experiment of the participant's right hand movement.

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