研究人员调查了交互作用力在人类如何感知手的所有权和手的代理中的作用

研究人员调查了交互作用力在人类如何感知手的所有权和手的代理中的作用
研究人员使用的实验装置。(A)研究一的实验装置包括一个由LabVIEW通过USB数据采集卡控制的机器人手指机械手。该装置被放置在参与者腹部的支撑结构上。受试者的右手放在一块木块上。参与者戴着头戴式显示器(图中未显示)。该机器人装置可以通过食指对拇指移动来进行主动或被动的捏捏动作。它由一个固定的拇指插座、一个连接在直线导轨上的可移动食指插座、一个通过电缆/滑轮传动驱动食指插座的电机、一个角度位置编码器和一个力传感器组成。(B)虚拟环境显示一个虚拟角色正在进行捏捏动作。同步(同步vs异步)和一致性(左手vs右手虚拟手移动)可以在计算机控制下进行操作。(C)主动试验(即受试者移动)和被动试验(即机器人移动)的位置和力痕迹示例。 (D) The experimental setup of Study II consisted of an MR-compatible robot controlled with LabVIEW. The output of the device is attached to the scanner bed with an adjustable mount. The forearm of the subject rests on foam pads. The participant wears MR-compatible goggles (not shown). The robotic device is equipped with a fiber-optic force sensor and an electro-optical encoder, and allows performing a pinching movement either actively or passively by moving the index finger against the thumb. A DC motor actuates a linear drive through a spindle, to which a hydraulic piston was fixed and remotely controlled the slave module inside the scanner room through a hydrostatic transmission. (E) A virtual environment displays an avatar performing a pinching movement. The synchrony (synchronous vs asynchronous) and the congruency (left vs right virtual hand moving) can be manipulated under computer control. (F) Examples of position and force traces for an active trial (i.e. the subject moves) and a passive trial (i.e. the robot moves). Credit:科学报告(2021)。DOI: 10.1038 / s41598 - 021 - 97540 - 9。

当人类在周围环境中进行运动和动作时,他们通常会觉得自己拥有和控制身体的不同部位。过去的理论研究表明,身体所有权的感觉来自于大脑中相干的多感官信号的整合。另一方面,身体能动性被认为来自于一个人行为的预期结果和感知结果之间的一致性。

过去的神经科学研究发现所有权和身体代理可以通过有趣的方式进行“调整”,只需向人们提供相互冲突的感官刺激。虽然这些感觉错觉的影响已被广泛记录,但身体运动产生对这两种感觉的可能影响仍然知之甚少。

苏黎世联邦理工学院康复工程实验室、EPFL认知神经科学实验室和CHUV MySpace实验室的研究人员最近进行了一项研究,旨在调查代理与周围环境之间的相互作用力对代理感知的贡献所有权(SO)和手权意识(SA)。他们的论文发表在科学报告,概述了一种新的错觉,通过这种错觉,SO和SA可以联系起来。

“这项研究的最初动机是,我们观察到现有文献中关于主观身体体验的两个重要组成部分之间关系的空白,即手的所有权感(SO,‘这是我的手’)和手的代理感(SA,‘我在控制这只手’)和人类/环境互动的特征之间的关系,”进行这项研究的研究人员之一米歇尔·阿克塞罗德(Michel Akselrod)告诉医学快报。欧宝娱乐地址“我们希望通过结合三个实验室的专业知识来为这个主题做出贡献:康复工程实验室,机器人和人/机器人交互方面的专家(ETHZ,瑞士),认知神经科学实验室(EPFL,瑞士)和MySpace实验室(CHUV,瑞士),两者都是脑-体交互和主观身体体验方面的专家。”

过去,其他几组研究人员研究了SO和SA之间的关系。然而,Akselrod和他的同事们的研究引入了一个新的视角,可以帮助我们进一步了解哪些低层次的感觉运动特征有助于主观的手部体验,以及它们是如何促成这些体验的。

为了进行实验,研究人员开发了一种结合了机器人技术和虚拟现实(VR)的设备。使用这种设备,他们能够创造一种错觉,即人类代理人“拥有”和“控制”一只手,但这只手实际上不是他们自己的,而是通过VR头显在虚拟环境中呈现给他们的。

阿克塞罗德解释说:“这种类型的身体错觉经常被用于研究操纵和研究主观手的经验,最著名的是‘橡胶手错觉’。”“通过结合机器人技术和虚拟现实技术,我们获得了测量运动特性的能力,比如用户和设备之间的作用力,并以前所未有的方式控制视觉反馈。”

在他们的实验中,Akselrod和他的同事们收集了一系列有趣的发现。最值得注意的是,他们观察到人类代理和周围环境之间的相互作用力参数化地调节SA,而不是SO。此外,他们能够证明,代理人的SO和SA的相互作用超出了他们共同的多感官特征。

这些结果可能对探索代理/环境相互作用和主观体验的几个领域产生重要影响。这些领域包括机器人、神经义肢和物理治疗。

阿克塞罗德补充说:“在未来,我们的工作可以帮助设计更好的设备,提高用户的控制感和接受感,例如使用假肢的截肢者。”“继续这一研究方向,我们目前感兴趣的是哪些大脑区域参与了SO和SA,以及它们如何与其他区域相互作用处理代理/环境相互作用的低级感觉运动特征来解释我们的行为结果。”


进一步探索

使用VR训练来增强代理感,改善运动控制

更多信息:Michel Akselrod等,交互作用力对手的所有权意识和手的能动性的贡献,科学报告(2021)。DOI: 10.1038 / s41598 - 021 - 97540 - 9
期刊信息: 科学报告

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引用:研究人员调查了相互作用力在人类如何感知手的所有权和手的代理中的作用(2021年9月27日),检索自2022年6月26日//www.puressens.com/news/2021-09-role-interaction-human-ownership-agency.html
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