Metodi per Esplora l'influenza di Top-down processi visivi sul comportamento motorio
16 aprile 2014
Non è chiaro come i segnali top-down dal flusso visivo ventrale influenzano il movimento. Abbiamo sviluppato un paradigma per testare il comportamento del motore verso un bersaglio su un 3D illusione di profondità inversione. Differenze significative sono riportate in entrambi i movimenti goal-directed intenzionali e le azioni automatiche in condizioni di visualizzazione illusorie e veritiere.
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di sviluppare una metodologia che utilizzi un'illusione di inversione della profondità 3D per chiarire il ruolo dei processi visivi dall'alto verso il basso sull'azione motoria. Ciò si ottiene costruendo prima un apparato che presenta un robusto stimolo prospettico 3D inverso per eseguire raggiungimenti in diversi stati percettivi. Il secondo passo della procedura consiste nell'impostare un sistema di motion capture per registrare l'interazione di un partecipante con questo stimolo.
Il terzo passo consiste nel creare una piattaforma che consenta ai partecipanti di raggiungere il punto in cui hanno percepito l'ultima volta un obiettivo situato sullo stimolo senza alcuna correzione visiva online o feedback tattile. Il passo finale consiste nell'analizzare sia i dati di portata in avanti che la retrazione non istruita del braccio per costruire un modello completo del comportamento motorio visivo in questo contesto. In definitiva, i risultati possono mostrare cambiamenti nelle dinamiche di portata in diversi stati percettivi attraverso la valutazione cinematica fornita in questo paradigma.
Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come quelli che utilizzano l'illusione della faccia cava è che il rispettivo stimolo consente differenze massime di quasi 90 gradi nell'orientamento della superficie in stati percettivi verticali e illusori. Questo nuovo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della scienza percettiva e iniziare a costruire verso una scienza psicologica più obiettiva con nuove tecniche che vanno oltre le auto-segnalazioni verbali umane o la pressione dei tasti, le previsioni molto diverse delle due ipotesi. In altre parole, se il sistema di controllo motorio è influenzato o meno dall'illusione ci permette di testare questa ipotesi.
A dimostrare la procedura oggi saranno Jay Val, CD pathak e R Sadik, che sono assistenti di ricerca nei nostri laboratori. Per prima cosa costruisci una piattaforma mobile di 65 per 55 centimetri e si muova su un binario scorrevole lungo 55 centimetri. I vari stimoli verranno posizionati sulla piattaforma.
Gli stimoli devono essere presentati all'altezza degli occhi di un partecipante seduto, quindi la pista deve essere fissata all'altezza appropriata. La piattaforma dovrebbe avere un meccanismo a molla retrattile. Collega questo meccanismo a un circuito stampato che sincronizza vari eventi dietro il sedile del partecipante.
Installa le lampade per illuminare uniformemente la piattaforma. Collegare le lampade allo stesso circuito stampato sotto i poggiamani del sedile del partecipante. Fissare una scatola dell'interruttore che venga facilmente premuta dal partecipante che solleva la mano.
Collegare l'interruttore al circuito stampato sul circuito stampato. Collegare i pin di uscita ai pin del microcontrollore per l'attivazione dello stimolo. La piattaforma dovrebbe ritrarsi e la luce dovrebbe spegnersi quando la scatola di attivazione viene premuta dal partecipante che si allunga verso l'esterno con il braccio.
Utilizza MATLAB per controllare il microcontrollore, registrare la sequenza di prova e istruire lo sperimentatore su quali condizioni di visualizzazione sono necessarie per ogni prova. Ora costruisci lo stimolo prospettico corretto e costruisci lo stimolo prospettico inverso. Anche se sembra che l'edificio centrale sia convesso, è fisicamente concavo a destra della linea mediana su entrambi gli stimoli.
Attacca un disco planare rosso. Costruisci i due stimoli di allenamento da pannelli rettangolari su ciascun pannello. Rappresenta una delle superfici destre isolate dell'edificio centrale con il disco rosso.
Un pannello è per lo stimolo prospettico inverso e l'altro per lo stimolo prospettico corretto. Innanzitutto, testa la stereopsi dei partecipanti utilizzando un test stereo a punti Rand. Determina anche la loro dominanza oculare.
Successivamente, configura il sistema di motion capture composto da 14 sensori elettromagnetici a 240 hertz e un software di tracciamento del movimento. Posiziona 12 dei 14 sensori sul partecipante utilizzando i cinturini sportivi. Attaccali alla testa, al tronco, alle due spalle, alla parte superiore delle braccia, agli avambracci e all'indice e al pollice della mano che aziona l'interruttore.
Posiziona gli altri due sensori sul retro dei due stimoli dietro i dischi rossi. Il partecipante non dovrebbe vedere gli stimoli prima del test. Spegnere tutte le luci tranne le lampade utilizzate per illuminare la piattaforma di stimolo.
Oscura gli schermi dei computer e tienili lontani dalla configurazione sperimentale. Informa il partecipante sul flusso sperimentale e su come attiverà la scatola dell'interruttore. Dimostrare come il partecipante dovrebbe aggrapparsi solo alla piattaforma dove è visibile.
Ora, conduci una prova pratica per uno stimolo. Invia solo una lavagna con un palo per appendere gli oggetti. Chiedi al partecipante di raggiungere il palo e di riportare la mano a riposare.
Fallo tre volte al ritmo confortevole del partecipante. Inizia le prove di iniziazione utilizzando i due stimoli di allenamento. Chiedi al partecipante di chiudere gli occhi dopo ogni prova in modo che non veda gli stimoli scambiati.
Il software imposta in modo casuale l'ordine di visualizzazione dei due stimoli quattro volte ciascuno. Ora iniziano le prove sperimentali. Queste prove consistono in tre condizioni.
Si sta osservando la spec inversa sotto una percezione illusoria. La condizione successiva è la visualizzazione della prospettiva inversa sotto la percezione verticale. Il terzo, ovviamente, è la prospettiva corretta.
Presenta prima lo stimolo della prospettiva inversa e chiedi se il partecipante può stabilizzare la percezione illusoria dell'edificio centrale che salta fuori. Se il partecipante non riesce a stabilizzare l'illusione riproducendo una lente di sfocatura sull'occhio non dominante, se la lente è necessaria, usala per ogni prova illusoria retrospettiva. L'ordine per il resto degli studi deve essere randomizzato.
Vengono presentati un totale di 12 studi per ogni condizione, che hanno portato a 36 studi sperimentali. Il numero totale di prove è di 47. Ciò include la formazione pratica e le prove sperimentali.
Dare istruzioni verbali per ogni prova per la prova illusoria retrospettiva e la corretta prova prospettica istruisce il partecipante a vedere l'edificio centrale come spuntare fuori per la prospettiva. Le prove verticali istruiscono il partecipante a vedere l'edificio centrale come un crollo. Chiedi sempre al partecipante di allungare la mano solo una volta che la percezione si è stabilizzata.
La parte più critica del protocollo è garantire che il partecipante mantenga la percezione illusoria o verticale per tutta la durata dello studio. Permettiamo al partecipante di prendersi il suo tempo per raggiungere questo obiettivo e, in caso di dubbio, la prova viene ripetuta. La statistica del test Wilkes Lambda è una metrica utilizzata per l'analisi.
Dati del percorso della mano per un rappresentante. Il soggetto ha mostrato differenze significative nei profili di traiettoria del percorso della mano per i raggi del soggetto eseguiti sotto il percetto verticale in verde e il percetto illusorio in blu del rispettivo stimolo. Questa differenza nella curvatura del percorso della mano sotto la verticale e nell'illusoria percettiva si vede anche nella retrazione non istruita delle braccia.
Confrontando la prospettiva verticale prospettica corretta, i dati hanno rivelato differenze significative attese sia per l'estensione della portata in avanti che per le discussioni sulla retrazione della mano sulle statistiche sono dettagliate nel protocollo di testo quando si esamina l'orientamento della mano durante l'approccio agli stimoli. I vettori di avvicinamento della mano sotto lo stimolo verticale prospettico inverso in verde differivano dalle altre due condizioni di stimolo. Vettori di avvicinamento mano in mano.
Gli orientamenti erano marcatamente simili. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in circa un'ora se eseguita correttamente. Durante questa procedura, è molto importante ricordare di registrare un movimento completo continuo del braccio, compreso sia il movimento della mano in avanti che si allunga verso il bersaglio che la retrazione spontanea della mano.
La scala è stata eseguita automaticamente senza alcuna istruzione dopo il suo sviluppo. Questa tecnica può aprire la strada ai ricercatori nel campo delle neuroscienze per esplorare la relazione tra il controllo dall'alto verso il basso e l'elaborazione motoria sensoriale sia nelle popolazioni in via di sviluppo tipico che in quelle patologiche.
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Panoramica
Questo studio analizza in che modo i processi visivi top-down del flusso visivo ventrale influenzano le azioni motorie. Utilizzando un'illusione di inversione della profondità 3D, la ricerca esamina movimenti sia deliberati che automatici in condizioni percettive variabili.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Psicologia del comportamento
- Percezione visiva
Sfondo
- I segnali top-down svolgono un ruolo cruciale nell'elaborazione visiva.
- Comprendere il comportamento motorio in risposta a stimoli visivi è essenziale.
- Le illusioni possono alterare la percezione e influenzare le azioni motorie.
- Studi precedenti hanno mostrato effetti variabili del contesto visivo sul movimento.
Scopo dello studio
- Chiarire il ruolo dei processi visivi top-down sull'azione motoria.
- Valutare come la percezione influisca sulla dinamica del raggiungimento.
- Sviluppare una metodologia per lo studio delle interazioni visuo-motorie.
Metodi Utilizzati
- Costruzione di un apparato per l'illusione di inversione della profondità 3D.
- Implementazione di un sistema di motion capture per l'interazione del partecipante.
- Creazione di una piattaforma per il raggiungimento senza correzioni visive.
- Analisi dei dati di raggiungimento e ritrazione del braccio per modellare il comportamento motorio visivo.
Risultati principali
- Differenze significative nei movimenti in condizioni illusorie rispetto a quelle veridiche.
- Sono state osservate variazioni nella dinamica del raggiungimento in base agli stati percettivi.
- Sia le azioni deliberate che quelle automatiche sono state influenzate dall'illusione.
- I risultati contribuiscono alla comprensione dell'integrazione visuomotoria.
Conclusioni
- I processi visivi top-down influenzano in modo significativo le azioni motorie.
- Le illusioni possono fornire spunti utili per comprendere la percezione visiva e il comportamento motorio.
- Ricerche future possono basarsi su questi risultati per esplorare ulteriori implicazioni.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questa metodologia consente una riduzione dei rischi meccanicistici nella validazione degli obiettivi isolando le influenze visive discendenti sul comportamento motorio, fornendo letture quantitative dell'integrazione percettivo-motoria. Supporta una previsione affidabile nella fase iniziale di scoperta modellando come gli stati percettivi alterino azioni spontanee e deliberate, orientando la progettazione di saggi per il coinvolgimento degli obiettivi in neuroscienze. L'approccio migliora l'allineamento traslazionale dei biomarcatori attraverso una valutazione cinetica oggettiva, riducendo la dipendenza da resoconti soggettivi nella validazione preclinica.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Verifica ipotesi terapeutiche testando se l'output motorio sia guidato da un'illusione percettiva o da una percezione veridica, chiarificando i meccanismi di coinvolgimento del bersaglio.
- Valore operativo: Consente la riduzione del rischio biologico mediante l'isolamento standardizzato di variabili percettive nei saggi di risposta motoria.
- Valore predittivo: Supporta la selezione del portafoglio quantificando in che modo i processi top-down modulano la dinamica del raggiungimento in condizioni percettive controllate.
Sviluppo di screening e saggi
- Prontezza del saggio: Prepara sistemi biologici validati per flussi di lavoro successivi, stabilendo paradigmi riproducibili di afferramento in condizioni percettive definite.
- Risultati quantitativi: Fornisce metriche cinematiche (curvatura del percorso della mano, vettori di avvicinamento) che consentono il confronto degli effetti di composti in diversi stati percettivi.
- Riutilizzo della piattaforma: Un framework scalabile di acquisizione del movimento supporta lo screening ad alto rendimento di neuromodulatori mirati alle vie visuo-motorie.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Rilevanza per le Malattie: Modella le distorsioni percettive nei disturbi neuropsicologici, in linea con le strategie traslazionali di biomarcatori per condizioni come la schizofrenia o il morbo di Parkinson.
- Continuità Preclinica: Collega la scoperta alla validazione catturando sia i componenti motori intenzionali sia quelli spontanei sotto manipolazione percettiva.
- Progressione Basata sul Rischio: Guida le decisioni di avanzamento o interruzione rivelando confondenti percettivi che potrebbero alterare l'interpretazione degli endpoint motori in vivo.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Posiziona il metodo nella fase iniziale della scoperta fino all'identificazione dei composti guida, in cui i fattori di confusione percettivi nei saggi motori devono essere eliminati prima dello screening dei composti.
- Biologia della scoperta: Verifica l'ipotesi secondo cui il comportamento motorio riflette lo stato percettivo piuttosto che una risposta riflessiva, riducendo l'ambiguità meccanicistica nella validazione degli obiettivi.
- Screening: Garantisce la prontezza del saggio standardizzando le fasi di inizio e ritrazione del movimento senza correzione visiva in tempo reale, migliorando l'affidabilità dei dati.
- Analisi: Utilizza la statistica test di Wilks Lambda e il profilo cinematico per confrontare le condizioni, consentendo un rigore statistico nel rilevamento degli effetti percettivo-motori.
- Ricerca traslazionale: Si collega ai lavori preclinici modellando come le alterazioni percettive nei modelli di malattia influenzino l'output motorio naturalistico.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma di valutazione neuromotoria riutilizzabile, adattabile a diverse aree di malattia che coinvolgono deficit nell'integrazione sensoriale.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva dissociando i contributi percettivi da quelli motori all'azione, riducendo i segnali falsi dei bersagli.
- Valore operativo: Garantisce standardizzazione attraverso una geometria della piattaforma fissa, una temporizzazione sincronizzata degli stimoli e protocolli di acquisizione del movimento.
- Valore strategico: Migliora l'efficienza del capitale identificando precocemente i saggi confusi a livello percettivo, prevenendo l'abbandono in fasi avanzate dovuto a bias cognitivi non modellati.
- Impatto sul portafoglio: Permette la priorizzazione dei composti aggiustata per il rischio, in base alla robustezza dell'effetto attraverso diversi stati percettivi.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in neuroscienze percettive, sistemi di cattura del movimento e paradigmi di psicologia sperimentale.
- È dipendente da infrastrutture per il tracciamento elettromagnetico del movimento e da hardware per la presentazione degli stimoli (piattaforma, illuminazione, sincronizzazione degli interruttori).
- Necessita di una standardizzazione intersettoriale della verifica dello stato percettivo (ad esempio, resoconto del partecipante, correzione delle lenti) per garantire la validità delle prove.
- L'adattamento attraverso diversi sistemi modello potrebbe richiedere modifiche ai compiti di afferramento e agli induttori percettivi, mantenendo al contempo la dissociazione tra componenti deliberate e spontanee.
- Limitazione pratica: la suscettibilità del partecipante all'illusione deve essere verificata, riducendo potenzialmente la dimensione del gruppo e aumentando il carico relativo alla selezione.
