|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Разработка методики оценки успешности выполнения двигательных и когнитивных задач в условиях нарушенной вестибулярной функции с применением технологии виртуальной реальностистатья
- Авторы: Ковалев А.И., Меньшикова Г.Я.
- Сборник: Экспериментальный метод в структуре психологического знания / Отв. ред. В.А. Барабанщиков
- Редактор: Гусев Алексей Николаевич
- Год издания: 2012
- Место издания: Издательство «Институт психологии РАН» Москва
- Первая страница: 740
- Последняя страница: 744
- Аннотация: Исследования восприятия собственных движений тела и положения тела в пространстве имеют большое значение как для познания фундаментальных механизмов функционирования психики, так и для решения прикладных задач в области медицины, спорта, авиации, космонавтики, автомобилестроения. Уже в рамках экологического подхода (Гибсон, 1988) была высказана гипотеза об участии зрительной информации в работе вестибулярной функции наряду с сигналами от полукружных каналов и данных проприорецепции. Демонстрацией и подтверждением этих идей стали эксперименты с «летающей комнатой» Дж. Гибсона, доказавшие возможность создания эффекта укачивания у испытуемого (расстройство вестибулярной функции) при помощи только лишь зрительной динамической стимуляции. Было показано, что чувство дискомфорта возникает в случае рассогласования сигналов зрительного канала и вестибулярного аппарата. Однако во многих традиционных исследованиях функциональных систем, обеспечивающих адекватное восприятие положения собственного тела человека в пространстве, зрительное восприятие рассматривалось, в основном, как канал обратной связи, благодаря которому осуществляется коррекция выполняемого движения (Бернштейн, 1990). В связи с этим наибольшее внимание уделялось изучению процессов передачи и анализа вестибулярных сигналов от полукружных каналов и проприоцептивной информации от сухожилий и мышц, которые обозначались как «bottom-up» процессы. Обращение к визуальному каналу, как к самостоятельному фактору, влияющему на работу вестибулярной функции, в настоящее время подтверждают современные нейрофизиологические данные, в частности исследования с использованием ФМРТ методики (Никколс, Мартин, Валлас, Фукс, 2008). Было показано, что активация зоны V5 коры головного мозга, ответственной за слежение за движущимися объектами, в том числе за частями тела, совпадает по времени и пространственной локализации с активацией теменных отделов, связанных с вестибулярной функцией. Новые возможности для изучения взаимодействия работы зрительной и вестибулярной и проприоцептивной систем предоставляют технологии виртуальной реальности, с помощью которых можно исследовать не только то, как влияют непосредственные физические аспекты зрительной стимуляции («bottom-up» процессы), но и влияние когнитивных механизмов («top-down» процессы) формирования представления о положении своего тела в пространстве (Riecke, Schulte-Pelkum, Avraamides, Heyd, Bulthoff, 2006). Целью настоящего исследования является оценка нарушения вестибулярной функции на выполнение двигательных («bottom-up» процессы) и когнитивных («top-down» процессы) задач в условиях иллюзии вращения тела человека в различных направлениях. Гипотеза состоит в том, что вращение окружающей обстановки – виртуальной комнаты – вызовет иллюзию вращения собственного тела, что приведет к нарушению вестибулярной функции, что, в свою очередь, отразится на решении двигательных (нарушения координации конечностей тела) и когнитивных (нарушение процессов памяти, внимания, восприятия) задач. Предполагается, что потеря равновесия по-разному проявится в решении двигательных и когнитивных задач. Для создания нарушений вестибулярного аппарата используется реализация зрительного феномена индукции собственного движения, приводящего к иллюзорному ощущению собственного движения при движении внешнего окружения. Этот феномен, впервые описанный Э. Махом, появляется в том случае, когда стимуляция занимает большую часть зрительного поля и перемещается глобально (Солсо, 2011). Описанное свойство можно смоделировать и реализовать с помощью технологии виртуальной реальности типа CAVE-системы. В настоящее время на факультете психологии МГУ установлено такое оборудование, состоящее из четырёх больших плоских квадратных экранов, соединенных в куб, на которые проецируются стерео-изображения. Длина сторон каждого экрана составляет около 2.5 метров. Для формирования стерео-восприятия используются активные затворные очки. Для взаимодействия с окружающими виртуальными объектами, а также для перемещения в виртуальном пространстве используется фластик (трехмерная мышь). Положение очков и фластика внутри CAVE отслеживается инфракрасными камерами по специальным светоотражающим датчикам. Система работает под управлением 5 компьютеров: 4 компьютера рассчитывают изображения для каждого экрана, и один мастер-компьютер обеспечивает их синхронизацию и работу систем трекинга положения наблюдателя в системе виртуальной реальности. Программное обеспечение представлено специальным приложением в среде VirTools 4.0. Данное оборудование позволяет создавать любые виртуальные среды с изменяющимися динамическими параметрами, которые с одной стороны задаются экспериментаторами, а с другой меняются в зависимости от перемещения испытуемого. Общий вид CAVE-системы Для исследования влияния нарушений вестибулярной функции на двигательные и когнитивные задачи в настоящем исследовании используются разные типы вращения виртуальной комнаты вокруг наблюдателя: вращение по горизонтали, по вертикали и качание виртуальной комнаты вправо и влево относительно наблюдателя с амплитудой 60 градусов. Время вращения каждого типа составляет 5 мин. В качестве текстуры окружающей виртуальной обстановки были выбраны кирпичные стены, поскольку они содержат большое количество однородных элементов, не позволяющих испытуемому фиксировать взгляд на каком-то отдельном объекте. Для оценки влияния нарушений вестибулярной функции на решение двигательных задач предлагается использование методики «попадание в цель». До вращений, а также после каждого из них испытуемому предлагается «попасть» с помощью луча фластика в 5 последовательно появляющихся мишеней, состоящих из центра и периферии, и удерживать положение луча в центре мишени в течение 5 с. Успешное решение этой задачи приводит к исчезновению данной и появлению следующей мишени. Локализация мишеней проходит в пределах 20 угл. град. в случайно выбранных точках. Время нахождения луча фластика на периферии мишени, а также его отклонения от центра являются количественной мерой нарушения координации. Для оценки влияния нарушений вестибулярной функции на решение когнитивных задач была разработана методика «обнаружение целевого стимула». Испытуемому предъявляются движущиеся объекты, имеющие различную форму и цвет. В тестовом режиме в настоящий момент выбраны шары серого цвета как нерелевантные стимулы и красные кубы как значимые стимулы. Данные объекты появляются летящими в виртуальной среде в сторону испытуемого из глубины до начала вращений и после каждого из типов вращений. Стимулы предъявляются таким образом, что в зрительном поле испытуемого находиться только один значимый стимул. Таким образом, задачей человека является опознание целевого стимула. Момент опознания определяется нажатием испытуемого кнопки на фластике. Вероятность пропуска целевого стимула и время реакции испытуемого используется в качестве меры нарушения когнитивных функций. Кроме этого совершаются наблюдения за движениями тела испытуемого, и производится анализ самоотчётов. Для учёта индивидуальных особенность развития и функционирования вестибулярной функции у испытуемых перед началом эксперимента им предлагается заполнить анкету. В анкете следует указать наличие «морской болезни», а также описать испытываемые ощущения от посещения различных аттракционов вида «американские горки». Выполнение испытуемым двигательной задачи «попадание в цель» В качестве испытуемых на данной начальной стадии проведения исследования приглашаются студенты факультета психологии МГУ, которые обладают нормальным или скорректированным зрением, а также не имеют клинических заболеваний, связанных с работой вестибулярного аппарата. Инструкция: «В ходе эксперимента в первой серии Вам предлагается до первого погружения в виртуальную среду, а также после каждого из последующих погружений, попасть лучом фластике в появляющиеся на экране перед Вами в случайном порядке и со случайным месторасположением мишени. Каждая мишень состоит из центра и периферии. Ваша задача удержать луч фластика в центре каждой мишени до момента её исчезновение. Точность попадания и время до исчезновения Вы сможете оценить с помощью круговой шкалы по периметру мишени, которая будет заполняться по мере удержания луча фластика в центре. Во второй серии Вам необходимо после каждого погружения в виртуальную среду опознавать заданный значимый объект, среди множества других появляющихся на экране. Факт опознания необходимо фиксировать нажатием любой кнопки на фластике». В качестве ожидаемых результатов планируется получить различия в решении двигательных и когнитивных задач при нарушении вестибулярного аппарата под воздействием разного типа вращения виртуальной комнаты. Степень нарушения будет выражена во временных показателях нахождения луча фластика на периферии и в центре мишеней, а также в изменении вероятности опознания целевых стимулов. Кроме этого, из самоотчётов ожидается получить информацию о степени погружённости испытуемых в виртуальную среду. На более поздних этапах исследования планируется включить в исследование запись психофизиологических показателей (кожно-гальваническая реакция, фото-плетизмограмма, электрокардиограмма, регистрация активности дыхательной системы) и электроэнцефалограмму как комплексный показатель активности головного мозга. Использование данных методик позволит создать интегративную модель оценки изменений, происходящих с человеком под влиянием виртуальной среды. Таким образом, данное исследование должно продемонстрировать эффективность использования систем виртуальной реальности для изучения нарушения процессов решения двигательных и когнитивных задач при нарушениях вестибулярной функции. Гибкость программной среды, управляющей CAVE-системой, позволяют модифицировать описанные методики в соответствии с получаемыми результатами, тем самым проводить их стандартизацию и уменьшать влияние индивидуальных особенностей. В дальнейшем, полученные нами данные помогут моделировать взаимодействия двигательных и когнитивных процессов человека в экстремальных условиях. Использование регистрации психофизиологических показателей должно продемонстрировать связь изменения динамики работы центральной нервной системы с протеканием когнитивных процессов. Библиографическое описание 1. Бернштейн Н.А. Физиология движений и активность. М.: Наука, 1990. – Классики науки. 2. Гибсон Дж. Экологический подход к зрительному восприятию. М. Изд. КоЛибри.: 1988 3. Никколс Джон, Мартин Роберт, Валлас Брюс, Фукс Пол. От нейрона к мозгу. Изд .2-е. М.: Издательство ЛКИ, 2008. 4. Солсо Р.Когнитивная психология. Изд 6-е. СПб.: Питер, 2011 5. Riecke B., Schulte-Pelkum J., Avraamides M.N., Heyde М., Bulthoff H. Cognitive Factors Can Influence Self-Motion Perception (Vection) in Virtual Reality. // Max Planck Institute for Biological Cybernetics. ACM Transactions on Applied Perception, 2006. Vol. 3. № 3. P. 194–216.
- Добавил в систему: Меньшикова Галина Яковлевна