WheelCon: منصة ألعاب قائمة على التحكم في العجلات لدراسة التحكم في التحكم في الحواس

نظام التحكم الاستشعارية البشرية هي قوية للغاية¹، على الرغم من أن يتم توزيع الاستشعار ، متغير ، متفرق ، كمي ، صاخبة وتأخير^2،3،4؛ الحوسبة في الجهاز العصبي المركزي بطيء^5,6,7; و العضلة التعب و تشبع⁸. وقد اقترحت العديد من النماذج النظرية الحسابية لشرح عملية التحكم الحساسة البشرية المعقدة^4،9^{،10،11،12،13،14}، وهي عملية مقايضة في متناول الإنسان والاستجابة^15،16.⁹ على سبيل المثال، ملاحظات نظرية السيطرة يتوقع سياسة التحكم الأمثل¹²، بايزية نظرية نماذج sensorimotor التعلم^17،18،19 والمعلوماتية ونيابة sensorimotor الأساس^20،21. وعلى النقيض من وفرة النماذج النظرية، فإن المنصات التجريبية القادرة على التلاعب بمكونات مهمة من حلقات التغذية المرتدة المتعددة تفتقر إلى التطوير. ويرجع ذلك جزئيا إلى حقيقة أن تصميم منصة لجسر واختبار هذه الجوانب من التحكم الحسي يتطلب مجموعة متنوعة من الخبرة ، وتمتد من نظرية التحكم في المحركات ، ومعالجة الإشارات ، والتفاعل ، وصولا إلى رسومات الكمبيوتر والبرمجة. غالباً ما يطور الباحثون أنظمة الأجهزة/البرامج المخصصة الخاصة بهم لتوصيف أداء التحكم في التحكم في الحواسيات البشرية ، والتي يمكن أن تحد من القدرة على مقارنة / التباين ودمج مجموعات البيانات عبر مجموعات البحث. ويمكن أن يؤدي استحداث نظام سهل الاستخدام ومصادق عليه إلى توسيع التوصيف الكمي لمراقبة المتحكم الحسي.

في هذه الورقة ، نقدم منصة WheelCon ، وهي منصة رواية مجانية ومفتوحة المصدر لتصميم ألعاب الفيديو لبيئة افتراضية تحاكي noninvasively قانون Fitts ‘الوصول إلى اللعبة ومهمة الدراجة الجبلية مع اسقاط درب حاد ، التواء وعرة. قانون الـ Fitts للوصول إلى المهمة يحدد مقدار المفاضلة بين السرعة والدقة التي الوقت اللازم للوصول إلى هدف العرض على المقاييس المسافة^22,23. “مهمة الدراجة الجبلية” هي مزيج من مهمة تتبع السعي والتعويضية ، وهما عنصران كلاسيكيان من الأبحاث على أداء الحسية البشرية ، خاصة من حيث دراسة حلقات التغذية المرتدة.

WheelCon يحتوي على المكونات الأساسية المطلوبة للغاية المقدمة في كل نظرية: التأخير، تكميم، الضوضاء، اضطراب، وحلقات ردود الفعل متعددة. بل هو أداة محتملة لدراسة الأسئلة المتنوعة التالية في التحكم الاستشعاري البشري:

• كيف يتعامل نظام استشعار الإنسان مع التأخير والكمنة في الإشارات العصبية ، والتي مقيدة بشكل أساسي من قبل الموارد المحدودة (مثل تكاليف المساحة والتمثيل الغذائي) في الدماغ^24،25؛
• كيف ارتباط العصبية في قشرة الإنسان مع التحكم sensorimotor²⁶;
• كيف يتعامل البشر مع الاضطرابات الخارجية التي لا يمكن التنبؤ بها في التحكم الحسي²⁷؛
• كيف حلقات التحكم الهرمية الطبقات ومتكاملة داخل نظام استشعار الإنسان^16,28,29;
• نتيجة التأخير والكمنة في التغذية المرتدة البصرية البشرية³⁰ وردود الفعل المنعكة³¹ في التحكم في الاستشعار؛
• السياسة والاستراتيجية المثلى للتعلم الحسي في ظل تأخير وتكميم^{16،17،24،29}.

يتكامل WheelCon مع عجلة القيادة ويمكن محاكاة ظروف اللعبة التي تعالج المتغيرات في هذه الأسئلة، مثل تأخير الإشارة، تكميم، الضوضاء، والاضطراب، في حين تسجيل سياسة التحكم الديناميكية وأخطاء النظام. كما أنه يسمح للباحثين لدراسة الهندسة المعمارية الطبقات في التحكم الحسي. في مثال ركوب الدراجة الجبلية، وتشارك طبقتين من التحكم في هذه المهمة: خطة الطبقة العالية وعكس الطبقة المنخفضة. بالنسبة للاضطرابات المرئية (أي الممر)، نخطط قبل وصول الاضطراب. بالنسبة للاضطرابات غير المعروفة مسبقًا (أي المطبات الصغيرة) ، يعتمد التحكم على ردود الفعل المتأخرة. تقترح نظرية التحكم في الملاحظات أن البنيات ذات الطبقات الفعالة يمكن أن تدمج أهداف الطبقات العليا ، والخطط ، والقرارات مع استشعار الطبقات السفلية ، ومنعكس ، والعمل^24. يوفر WheelCon أدوات تجريبية للحث على اضطرابات مميزة في الخطة وطبقات منعكسة بشكل منفصل لاختبار مثل هذه العمارة الطبقات (الشكل 1).

نحن نقدم رخيصة وسهلة الاستخدام ومرنة لمنصة البرنامج، WheelCon أن سد الفجوة بين الدراسات النظرية والتجريبية على علم الأعصاب. على وجه التحديد، يمكن استخدامه لدراسة آثار التأخير، تكميم، اضطراب، يمكن أن سرعة دقة المفاضلة. يتم عرض المتغيرات التي يمكن معالجتها في حلقات التحكم في الجدول 1. ويمكن أيضا أن تطبق لدراسة اتخاذ القرار والقدرة multixing عبر طبقات التحكم المختلفة في التحكم الحسية الإنسان. وعلاوة على ذلك، WheelCon متوافق مع التسجيلات العصبية غير الباضعة، مثل تخطيط الدماغ (EEG)، لقياس الاستجابة العصبية أثناء التحكم الحسي^{32،33،34،35}، وتقنيات تحفيز الدماغ غير الغازية ، مثل التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة (TES) والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (TMS) ، للتلاعب في النشاط العصبي^36،37.