Analisi Video frame-by-Frame di idiosincratici Reach da afferrare movimenti in esseri umani

Prensione, l’atto di raggiungere per afferrare un oggetto, è utilizzato per molte funzioni quotidiane, tra cui l’acquisizione di prodotti alimentari per mangiare, toelettatura, manipolazione di oggetti, armati di strumenti e di comunicare attraverso il gesto e parola scritta. La teoria più importante relative al controllo di neurobehavioral di prensione, il Dual Channel Visuomotor teoria^1,2,3,4, propone tale prensione è costituita da due movimenti – una portata che trasporta la mano nella posizione del bersaglio e una conoscenza che apre, forme e chiude la mano alle dimensioni e alla forma del bersaglio. I due movimenti sono mediati dai percorsi neurali dissociabili ma interagenti da visual alla corteccia di motore tramite il lobo parietale^1,2,3,4. Supporto comportamentale per la teoria di Visuomotor Dual Channel è stato ambiguo, in gran parte a causa del fatto che il movimento di portata da afferrare appare come un unico atto senza giunte e si svolge con poco sforzo cosciente. Ciò nonostante, prensione è quasi sempre studiato nel contesto della prensione visivamente guidati in cui un partecipante sano raggiunge per afferrare un oggetto di destinazione visibile. In queste circostanze l’azione visualizzata come un singolo movimento che si svolge in modo prevedibile e stereotipata. Prima dell’inizio di raggiungere gli occhi fissano sul bersaglio. Come il braccio si estende le cifre aprire, preshape alla dimensione dell’oggetto e successivamente iniziano a chiudere. Gli occhi disinserire dalla destinazione appena prima del contatto con destinazione e stretta finale del target segue quasi immediatamente in seguito⁵. Quando viene rimossa la visione, tuttavia, la struttura del movimento è fondamentalmente diversa. Il movimento si dissocia nei suoi componenti costitutivi, tale che una portata a mano aperta viene utilizzata innanzitutto per individuare la destinazione toccando esso e poi aptici spunti associati guida contatto destinazione sagomatura e chiusura della mano per afferrare il⁶.

Quantificazione del movimento portata da afferrare più spesso è ottenuta utilizzando un sistema di rilevamento di moto tridimensionale (3D) 3. Questi possono includere sistemi di rilevamento a raggi infrarossi, elettromagnetici, sistemi di monitoraggio, o dei video basato su sistemi di tracciamento. Mentre tali sistemi sono efficaci per l’acquisizione di misure cinematiche di prensione a partecipanti adulti sani eseguendo movimenti stereotypical portata da afferrare verso gli oggetti di destinazione visibili, hanno una serie di svantaggi. Oltre ad essere molto costosi, questi sistemi richiedono il collegamento di sensori o marker sul braccio, mano e cifre del partecipante. Questi sono solitamente fissati utilizzando nastro medico, che può ostacolare il feedback tattile dalla mano, alterare il naturale comportamento motorio e distrarre i partecipanti⁷. Come questi sistemi generalmente producono output numerici relazionati a diverse variabili cinematiche come accelerazione, decelerazione e velocità anche non sono l’ideale per indagare come la mano contatti il bersaglio. Quando utilizzando questi sistemi, sensori aggiuntivi o attrezzature sono necessari per determinare quale parte della mano rende il contatto con il bersaglio, dove sul bersaglio avviene il contatto, e come potrebbe cambiare la configurazione della mano ordine di manipolare l’obiettivo. Inoltre, sistemi di rilevamento a raggi infrarossi, che sono il più comunemente impiegate, richiedono l’utilizzo di una macchina fotografica specializzata per monitorare la posizione dei marcatori sulla mano in uno spazio 3D⁶. Ciò richiede una linea diretta di vista tra la fotocamera e i sensori sulla mano. Come tale, qualsiasi idiosincrasie nel movimento rischiano di oscurare questa linea di vista e causare la perdita di dati critici di cinematici. Esistono, tuttavia, un numero elevato di istanze in cui idiosincrasie nel movimento portata da afferrare sono in realtà la norma. Questi includono durante lo sviluppo iniziale, quando i bambini stanno imparando a raggiungere e afferrare oggetti; Quando l’oggetto di destinazione non è visibile e tattile stecche devono essere utilizzati per guidare la portata e la stretta; Quando l’oggetto di destinazione è un forma strana o texture; e quando il partecipante si presenta con uno qualsiasi di una varietà di disturbi sensitivo-motorie come un ictus, malattia di Huntington, morbo di Parkinson, paralisi cerebrale, ecc In tutti questi casi, il movimento di portata da afferrare non è né prevedibile né stereotipo, né è necessariamente guidati da visione. Di conseguenza, la capacità di movimento 3D sistemi di monitoraggio per quantificare in modo affidabile la struttura temporale e cinematica di questi movimenti può essere fortemente limitata a causa di interruzioni in feedback sensoriale dalla mano, cambiamenti nel comportamento del motore naturale, perdita di dati, e/o difficoltà di interpretazione dell’output cinematica idiosincratico da questi dispositivi.

L’articolo attuale descrive una nuova tecnica per quantificare idiosincratici portata da afferrare movimenti nelle diverse popolazioni umane che è conveniente, non ostacolano il feedback sensoriale dalla mano o il naturale comportamento del motore ed è affidabile ma può essere flessibilmente modificato per soddisfare una varietà di paradigmi sperimentali. La tecnica prevede l’utilizzo di più videocamere ad alta velocità per registrare il movimento di portata da afferrare da più angolazioni. Il video viene poi analizzato offline progredendo attraverso i fotogrammi video uno alla volta e utilizzando ispezione visiva per eventi comportamentali chiave documento che, insieme, forniscono una descrizione quantificata della organizzazione temporale e cinematico del reach-a-stretta movimento. L’articolo attuale descrive un’analisi comparativa di visivamente – versus nonvisually-Guida di movimenti di portata da afferrare in soggetti adulti sani^6,8,9,10 , al fine di dimostrare l’efficacia della tecnica; Tuttavia, le versioni modificate della tecnica sono state utilizzate anche per quantificare le azioni di portata da afferrare dei neonati umani¹¹ e¹²di primati non umani. I risultati completi di analisi video frame-by-frame da questi studi sono tra i primi a fornire prove comportamentali a sostegno della teoria di Visuomotor Dual Channel di prensione.