Análise de vídeo quadro-a-quadro de movimentos de alcance de compreender idiossincráticos em seres humanos

Preensão, o ato de alcançar para agarrar um objeto, é usado para muitas funções diárias incluindo adquirir itens de comida para comer, aliciamento, manipulando objetos, empunhando ferramentas e se comunicando através de gestos e escrita a palavra. A teoria mais proeminente respeitantes ao controlo Neurocomportamentais de preensão, o Dual Channel Visuomotor teoria^1,2,3,4, propõe essa preensão consiste em dois movimentos – um alcance que transporta a mão para a localização do alvo e uma compreensão que abre, formas e fecha a mão para o tamanho e a forma do alvo. Os dois movimentos são mediados por vias neurais dissociável mas interagindo de visual para o córtex motor através do lobo parietal^1,2,3,4. Suporte comportamental para a teoria de Dual Channel Visuomotor tem sido ambígua, em grande parte devido ao fato de que o movimento alcance de compreender aparece como um simples ato sem costura e desenrola-se com pouco esforço consciente. Não obstante, preensão quase sempre é estudado no contexto da preensão visualmente orientada, em que um participante saudável atinge para agarrar um objeto alvo visível. Nestas circunstâncias, a ação aparecem como um único movimento que se desenrola de forma estereotipada e previsível. Antes do aparecimento do alcance dos olhos se fixam no alvo. Como o braço estende os dígitos abrir, preshape para o tamanho do objeto e posteriormente começarem a fechar. Os olhos desencaixem do alvo apenas antes do contato com alvo e aperto final do alvo segue quase imediatamente depois⁵. Quando a visão é removido, no entanto, a estrutura do movimento é fundamentalmente diferente. O movimento dissocia-se em seus componentes constituintes, tais que uma mão aberto alcance primeiro é usado para localizar o alvo tocando isso e então háptica cues associados contato guia de destino moldar e fechamento da mão para agarrar a⁶.

Quantificação do movimento de alcance de compreender mais frequentemente é conseguida usando um sistema de rastreamento de movimento tridimensional (3D) 3. Estes podem incluir sistemas de rastreamento infravermelho, eletromagnéticos, monitoramento de sistemas, ou sistemas de controle baseados em vídeo. Embora tais sistemas são eficazes para a aquisição de medidas cinemáticas de preensão em participantes adultos saudáveis, realizando movimentos estereotipados de alcance de compreender para objetos alvo visível, eles têm uma série de inconvenientes. Além de ser muito caro, estes sistemas exigem a fixação de sensores ou marcadores para o braço, mão e dígitos do participante. Estes geralmente são ligados usando fita adesiva médica, que pode impedir o feedback tátil da mão, alterar o comportamento motor natural e distrair os participantes⁷. Como esses sistemas geralmente produzem saída numérica relacionada com diferentes variáveis cinemáticas como aceleração, desaceleração e velocidade eles também não são ideais para investigar como a mão entra em contato com o alvo. Quando usando esses sistemas, sensores adicionais ou equipamentos são necessários para determinar qual parte da mão faz contato com o alvo, onde o alvo contato ocorre, e como a configuração da mão pode ser alterado em ordem para manipular o destino. Além disso, sistemas de rastreamento infravermelho, que são os mais comumente empregados, requerem o uso de uma câmara especializada para controlar a localização dos marcadores na mão no espaço 3D⁶. Isto requer uma linha direta de visão entre a câmera e os sensores na mão. Como tal, qualquer idiossincrasias do movimento são propensos a obscurecer esta linha de visão e resultar em perda de dados críticos de cinemáticas. Há, no entanto, um grande número de instâncias em que idiossincrasias no movimento de alcance de compreender são na verdade a norma. Estes incluem durante o desenvolvimento precoce quando crianças estão aprendendo a alcançar e agarrar para objetos; Quando o objeto de destino não é visível e tátil pistas devem ser usadas para orientar o alcance e a compreensão; Quando o objeto de destino é uma forma estranha ou textura; e quando o participante apresenta-se com qualquer um de uma variedade de distúrbios sensório-motor, como um acidente vascular cerebral, doença de Huntington, doença de Parkinson, Paralisia Cerebral, etc. em todos estes casos, o movimento de alcance de compreender não é nem previsível, nem estereotipada, nem é necessariamente guiada pela visão. Consequentemente, a capacidade de movimento 3D sistemas de rastreamento confiável quantificar a estrutura temporal e cinemática destes movimentos pode ser severamente limitada devido a interrupções em feedback sensorial da mão, mudanças no comportamento motor natural, perda de dados, e/ou dificuldades de interpretar a saída de cinemática idiossincrática destes dispositivos.

O presente trabalho descreve uma técnica nova para quantificação dos movimentos de alcance de compreender idiossincráticos em diversas populações humanas que é acessível, não impede o feedback sensorial da mão ou comportamento motor natural e é confiável, mas pode ser flexìvel modificados para atender a uma variedade de paradigmas experimentais. A técnica envolve o uso de múltiplas câmeras de vídeo de alta velocidade para gravar o movimento de múltiplos ângulos de alcance de compreender. O vídeo é então analisado off-line, progredindo através de quadros de vídeo um de cada vez e usando a inspeção visual para eventos documento chave comportamental que, juntos, fornecem uma descrição quantificada da organização temporal e cinemática do alcance de compreender movimento. O presente trabalho descreve uma análise comparativa de visualmente – contra movimentos de alcance de compreender nonvisually guiadas em adultos humanos saudáveis^6,8,9,10 , a fim de demonstrar a eficácia da técnica; no entanto, versões modificadas da técnica também utilizámos para quantificar as ações de alcance de compreender de bebês humanos¹¹ e primatas não-humanos¹². Os resultados abrangentes da frame-por-frame vídeo análise destes estudos estão entre as primeiras para fornecer evidência comportamental para apoiar a teoria de Dual Channel Visuomotor de preensão.