Methoden om Ontdek de invloed van Top-down Visual Processen op motorisch gedrag
16 april 2014
Het is onduidelijk hoe top-down signalen van de ventrale visuele stroom beïnvloeden beweging. We ontwikkelden een paradigma motorisch gedrag naar een doel te testen op een 3D-diepte inversie illusie. Significante verschillen worden gerapporteerd in zowel bewuste, doelgerichte bewegingen en automatische acties onder illusoir en veridical kijkcondities.
Het algemene doel van deze procedure is om een methodologie te ontwikkelen die gebruikmaakt van een 3D diepte-inversie-illusie om de rol van top-down visuele processen op motorische actie te verduidelijken. Dit wordt bereikt door eerst een apparaat te bouwen dat een robuuste 3D omgekeerde perspectievenstimulus presenteert om reiken uit te voeren onder verschillende perceptuele toestanden. De tweede stap van de procedure is het opzetten van een motion capture-systeem om de interactie van een deelnemer met deze stimulus op te nemen.
De derde stap is het creëren van een platform dat deelnemers in staat stelt te reiken naar waar ze de laatste keer dachten dat een doelwit zich op de stimulus bevond, zonder online visuele correcties of haptische feedback. De laatste stap is het analyseren van zowel de voorwaartse bereikgegevens als de niet-instructieve terugtrekking van de arm om een uitgebreid model van visueel-motorisch gedrag in deze context te bouwen. Uiteindelijk kunnen resultaten veranderingen in bereikdynamiek onder verschillende perceptuele toestanden laten zien door middel van de kinematische beoordeling die in dit paradigma wordt geboden.
Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals die welke de holle gezichtsillusie gebruiken, is dat de respectieve stimulus toelaat voor bijna 90 graden maximale verschillen in oppervlakte-oriëntatie onder verticale en illusoire perceptuele toestanden. Deze nieuwe methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvraagstukken op het gebied van perceptuele wetenschap en kan bijdragen aan de ontwikkeling van een meer objectieve psychologische wetenschap met nieuwe technieken die verder gaan dan menselijke verbale zelfrapportages of toetsaanslagen. De zeer verschillende voorspellingen van de twee hypothesen. Met andere woorden, of het motorische controlesysteem al dan niet wordt beïnvloed door de illusie, stelt ons in staat om deze hypothese te testen.
De procedure wordt vandaag gedemonstreerd door Jay Val, CD Pathak en R Sadik, die onderzoeksassistenten zijn in onze laboratoria. Eerst een beweegbaar platform bouwen dat 65 bij 55 centimeter is en zich beweegt op een glijbaan van 55 centimeter lang. De verschillende stimuli worden op het platform geplaatst.
De stimuli moeten op ooghoogte worden gepresenteerd aan een zittende deelnemer, dus de baan moet op de juiste hoogte worden bevestigd. Het platform moet een intrekbaar veermechanisme hebben. Verbind dit mechanisme met een printplaat die verschillende gebeurtenissen achter de stoel van de deelnemer synchroniseert.
Lampen instellen om het platform gelijkmatig te verlichten. Verbind de lampen met dezelfde printplaat onder de handsteunen van de stoel van de deelnemer. Bevestig een schakelbox die gemakkelijk kan worden ingedrukt door de deelnemer die zijn hand optilt.
Verbind de schakelaar met de printplaat op de printplaat. Verbind de uitgangspennen met de pennen van de microcontroller voor de stimulusactivering. Het platform moet zich terugtrekken en het licht moet uitgaan wanneer de triggerbox wordt ingedrukt door de deelnemer die met zijn arm naar buiten reikt.
Gebruik MATLAB om de microcontroller te besturen om de proefsequentie op te nemen en om de experimentator te instrueren welke bekijkingscondities voor elke proef nodig zijn. Bouw nu de juiste perspectiefstimulus en bouw de omgekeerde perspectiefstimulus. Hoewel het lijkt alsof het centrale gebouw convex is, is het fysiek concaaf rechts van de middellijn op beide stimuli.
Bevestig een rode vlakke schijf. Bouw de twee trainingsstimuli van rechthoekige panelen op elk paneel. Stel een van de geïsoleerde rechteroppervlakken van het middelste gebouw voor met de rode schijf.
Eén paneel is voor de omgekeerde perspectiefstimulus en de andere voor de juiste perspectiefstimulus. Test eerst de stereopsis van de deelnemers met behulp van een Rand dot stereo test. Bepaal ook hun oogdominantie.
Stel vervolgens het motion capture-systeem op, bestaande uit 14 elektromagnetische sensoren bij 240 hertz en motion tracking-software. Plaats 12 van de 14 sensoren op de deelnemer met behulp van sportbanden. Bevestig ze aan het hoofd, de romp, de twee schouders, de bovenarmen, de onderarmen en de wijsvinger en duim van de hand die de schakelaar bedient.
Plaats de andere twee sensoren op de achterkant van de twee stimuli achter de rode schijven. De deelnemer mag de stimuli niet zien voorafgaand aan de test. Schakel alle lichten uit behalve de lampen die worden gebruikt om het stimulusplatform te verlichten.
Dim eventuele computerschermen en houd ze uit de buurt van de experimentele opstelling. Informeer de deelnemer over de experimentele stroom en hoe ze de schakelbox zullen activeren. Toon hoe de deelnemer alleen op het platform mag grijpen waar het zichtbaar is.
Voer nu een oefenproef uit voor een stimulus. Stuur alleen een schoolbord met een paal eromheen om objecten op te hangen. Vraag de deelnemer om naar de paal te reiken en hun hand terug te brengen om te rusten.
Doe dit drie keer in het comforttempo van de deelnemer. Begin de initiatiefproeven met de twee trainingsstimuli. Laat de deelnemer hun ogen sluiten na elke proef zodat ze de stimuli niet zien worden verwisseld.
De software stelt de volgorde van het tonen van de twee stimuli willekeurig in voor vier keer elk. Begin nu met de experimentele proeven. Deze proeven bestaan uit drie voorwaarden.
Eén is het bekijken van de omgekeerde spec onder illusoir percept. De volgende voorwaarde is het bekijken van de omgekeerde perspectief onder verticaal percept. De derde, natuurlijk, is de juiste perspectief.
Presenteer eerst de omgekeerde perspectiefstimulus en vraag of de deelnemer de illusoire perceptie van het middelste gebouw dat naar buiten komt kan stabiliseren. Als de deelnemer de illusie niet kan stabiliseren, speel een vervagende lens op het niet-dominante oog, als de lens nodig is, gebruik deze dan voor elke retrospectieve illusoire proef. De volgorde voor de resterende proeven moet willekeurig zijn.
Er worden in totaal 12 proeven voor elke voorwaarde gepresenteerd, wat resulteert in 36 experimentele proeven. Het totale aantal proeven is 47. Dit omvat de oefentraining en experimentele proeven.
Geef voor elke proef verbale instructies voor de retrospectieve illusoire proef en de juiste perspectiefproef die de deelnemer instrueert om het middelste gebouw te bekijk
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie onderzoekt hoe top-down visuele processen vanuit de ventrale visuele stroom motorische acties beïnvloeden. Met behulp van een 3D-diepte-inversie-illusie onderzoekt het onderzoek zowel bewuste als automatische bewegingen onder variërende perceptuele omstandigheden.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschap
- Gedragspsychologie
- Visuele perceptie
Achtergrond
- Top-down signalen spelen een cruciale rol bij de visuele verwerking.
- Het begrijpen van motorisch gedrag als reactie op visuele stimuli is essentieel.
- Illusies kunnen de waarneming veranderen en motorische acties beïnvloeden.
- Eerdere studies hebben uiteenlopende effecten van de visuele context op beweging aangetoond.
Doel van de studie
- Om de rol van top-down visuele processen bij motorische acties te verduidelijken.
- Om te beoordelen hoe perceptie de dynamiek van het reiken beïnvloedt.
- Om een methodologie te ontwikkelen voor het bestuderen van visueel-motorische interacties.
Gebruikte methoden
- Constructie van een apparaat voor een 3D diepte-inversie-illusie.
- Implementatie van een motion capture-systeem voor interactie met de deelnemers.
- Creatie van een platform voor reiken zonder visuele correcties.
- Analyse van reikgegevens en armretractie om visueel-motorisch gedrag te modelleren.
Belangrijkste resultaten
- Significante verschillen in bewegingen onder illusoire versus veridicale omstandigheden.
- Variaties in de reikdynamiek werden waargenomen op basis van perceptuele toestanden.
- Zowel bewuste als automatische acties werden beïnvloed door de illusie.
- De resultaten dragen bij aan het begrip van visueel-motorische integratie.
Conclusies
- Top-down visuele processen hebben een aanzienlijke invloed op motorische acties.
- Illusies kunnen inzicht bieden in visuele perceptie en motorisch gedrag.
- Toekomstig onderzoek kan voortbouwen op deze bevindingen om verdere implicaties te verkennen.
Veelgestelde Vragen
Industriële Relevantie voor Management
Deze methodologie maakt mechanische risicoreductie van targetvalidatie mogelijk door top-down visuele invloeden op motorisch gedrag te isoleren, waardoor kwantitatieve readouts voor perceptueel-motorische integratie worden verkregen. Het ondersteunt voorspellend vertrouwen in de vroege ontdekkingsfase door te modelleren hoe perceptuele toestanden spontane en bewuste acties veranderen, wat bijdraagt aan het ontwerp van assays voor target engagement binnen de neurowetenschappen. De benadering verbetert de translationele uitlijning van biomarkers via objectieve kinematische beoordeling, waardoor de afhankelijkheid van subjectieve rapportages bij preklinische validatie wordt verminderd.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Onderzoekt therapeutische hypothesen door te testen of motorische output wordt aangestuurd door een perceptuele illusie of een veridiek percept, waardoor mechanismen van target engagement worden verduidelijkt.
- Operationele waarde: Maakt biologische risicoreductie mogelijk door gestandaardiseerde isolatie van perceptuele variabelen in assays voor motorische respons.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt portfolio-triage door te kwantificeren hoe top-down processen de reikdynamiek moduleren onder gecontroleerde perceptuele toestanden.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream-workflows door reproduceerbare reach-to-grasp-paradigma's vast te stellen onder gedefinieerde perceptuele omstandigheden.
- Kwantitatieve outputs: Levert kinematische metrieken (handpadkromming, benaderingsvectoren) die vergelijking van het effect van verbindingen over verschillende perceptuele toestanden mogelijk maken.
- Hergebruik van het platform: Een schaalbaar motion capture-framework ondersteunt high-throughput screening van neuromodulatoren die gericht zijn op visueel-motorische banen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor ziekten: Modelleert perceptuele vervormingen bij neuropsychologische stoornissen, in overeenstemming met translationele biomarkerstrategieën voor aandoeningen zoals schizofrenie of Parkinson.
- Preklinische continuïteit: Slaat een brug van ontdekking naar validatie door zowel doelbewuste als spontane motorische componenten vast te leggen onder perceptuele manipulatie.
- Risico-gecorrigeerde vooruitgang: Informeert go/no-go-beslissingen door perceptuele confounders te onthullen die de interpretatie van motorische eindpunten in vivo kunnen vervormen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Plaatst de methode binnen de fase van vroege ontdekking tot aan de identificatie van lead-verbindingen, waarbij perceptuele storende factoren in motorische assays moeten worden geëlimineerd voordat de screening van verbindingen plaatsvindt.
- Ontdekkingsbiologie: Test de hypothese dat motorisch gedrag de perceptuele toestand weerspiegelt in plaats van een reflexmatige reactie, waardoor mechanistische ambiguïteit bij doelvalidatie wordt verminderd.
- Screening: Waarborgt de gereedheid van de assay door de fasen van reikinitiatie en retractie te standaardiseren zonder online visuele correctie, wat de betrouwbaarheid van de gegevens verbetert.
- Analytiek: Maakt gebruik van de Wilkes Lambda-toetsstatistiek en kinematische profilering om condities te vergelijken, wat statistische strengheid mogelijk maakt bij het detecteren van perceptueel-motorische effecten.
- Translationeel onderzoek: Legt een verbinding met preklinisch werk door te modelleren hoe perceptuele veranderingen in ziektemodellen de naturalistische motorische output beïnvloeden.
- Hergebruik binnen de organisatie: Vestigt een herbruikbaar platform voor neuromotorische beoordeling dat aanpasbaar is voor verschillende ziektebeelden waarbij sprake is van tekorten in de sensorische integratie.
Operationele en bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen door perceptuele bijdragen aan actie te scheiden van motorische bijdragen, waardoor foutieve doelsignalen worden verminderd.
- Operationele waarde: Levert standaardisatie via een vaste platformgeometrie, gesynchroniseerde stimulus-timing en motion capture-protocollen.
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door perceptueel verwarrende assays vroegtijdig te identificeren, waardoor uitval in een laat stadium door niet-gemodelleerde cognitieve biases wordt voorkomen.
- Impact op de portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van verbindingen mogelijk op basis van de robuustheid van het effect over verschillende perceptuele toestanden.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in de perceptuele neurowetenschap, motion capture-systemen en experimentele psychologische paradigma's.
- Afhankelijk van de infrastructuur voor elektromagnetische bewegingstracking en hardware voor stimuluspresentatie (platform, verlichting, schakelsynchronisatie).
- Vereist cross-team standaardisatie van de verificatie van de perceptuele toestand (bijv. rapportage van de deelnemer, lenscorrectie) om de validiteit van de trials te waarborgen.
- Adaptatie naar verschillende modelsystemen kan wijzigingen in reiktaken en perceptuele induceerders vereisen, waarbij de dissociatie tussen bewuste en spontane componenten behouden moet blijven.
- Praktische beperking: De vatbaarheid van de deelnemer voor de illusie moet worden gescreend, wat mogelijk de cohortgrootte vermindert en de overhead voor screening verhoogt.
