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Handlungssteuerung und Prismenadaptation
Christian Kaernbach
Woher wissen wir, wo die Dinge sind,
die wir sehen?
?
Wahrnehmung und Handlung
Objekt Wahrnehmung
Wahrnehmung als „Bild“
و ت ؤظ ز كه ن غ
ج د ى
ZeichentheorieHermann von Helmholtz, 1879
Wahrnehmung
Handlung
Korrelationstheorien
Die Wahrnehmung dient dem Handeln
James J. Gibson, 1979
Experimente mit Prismenbrillen
Fresnelprismen
www.prism-adaptation.de
Wahrnehmung
Handlung
Experimente mit Prismenbrillen
و ت ؤظ ز كه ن غ
ج د Handlungى
Wahrnehmung
Handlung
Wahrnehmung???
zentraleRepräsentation
räumlichen Wissens
räumlichesWissen
ist „verteilt“
Martin, T.A., et al. (1996). kein Transfer von Unterhandwürfen zu OberhandwürfenKitazawa et al. (1997): kein Transfer von schnellem zu langsamen Zeigebewegungen
Verdacht: Die genaue Bewegungsausführung ist relevant.
???Handlung
Wahrnehmung
Adaptation Adaptation
Einfluß der Trajektorie– Touch screen– Horizontaler Balken als Kinnstütze
dadurch pro Hand zwei Trajektorien– 72 Teilnehmer,
zufällig in vier Gruppen eingeteilt– Zielposition zentral (Block 2&4)
oder horizontal randomisiert (Block 1&3)– Prismenbrille (Block 3)
mit 16.7° horizontaler Verschiebung (Basis links)
• Block 1 „Eingewöhnung“ mit visuellem Feedback (Licht ist an),20 Versuche (5 Wiederholungen 4 Trajektorien)
• Block 2 „Vortest“ ohne Feedback (Licht ist aus), 20 Versuche (54)
• Block 3 „Adaptation“ mit Prismenbrille, mit visuellem Feedback,80 Versuche (801) nur eine Trajektorie wird geübt, 4
Gruppen• Block 4 „Nachtest“ ohne Feedback,
20 Versuche (54)
Ergebnisse
Passive Hand:Block 4 vs. Block 2 Block 4 minus Block 2
0102030
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60
PHST PHAT
µ = 3 ± 1.8 mmµ = 1 ± 1.7 mm
-60
-50
-40
-30
-20
-10
01 2 3 4 5
AHAT
AHST
Linear(AHST)Linear(AHAT)
Dynamik
0102030
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60
AHST AHAT
µ = -46 ± 2.2 mmµ = -26 ± 2.3 mm
PH Passive Hand ST Selbe TrajektorieAH Aktive Hand AT Andere Trajektorie
Horizontalfehler [mm]
Hor
izon
talf
ehle
r [m
m]
Ergebnisse
-60
-50
-40
-30
-20
-10
01 2 3 4 5
AHAT
AHST
Linear(AHST)Linear(AHAT)
Dynamik
PH Passive Hand ST Selbe TrajektorieAH Aktive Hand AT Andere Trajektorie
-60
-50
-40
-30
-20
-10
01 2 3 4 5
AHAT: B234 dominantAHAT: B234 schwachAHST: B234 dominantAHST: B234 schwach
Händigkeit
-60
-50
-40
-30
-20
-10
01 2 3 4 5
AHAT: B3 o, B4-2 uAHAT: B3 u, B4-2 oAHST: B3 o, B4-2 oAHST: B3 u, B4-2 u
über/unter
vertraute / unvertraute Bewegungen
non-pref
non-pref
ein erstes Fazit
• kein Transfer zur passiven Handnur ca. 50% Transfer zur jeweils anderen Trajektorie der aktiven Hand
• passiver Zerfall der Adaptationungewohnte Bewegungen werden leichter adaptiert
Adaptation ist keine Rekalibrierung der visuellen Wahrnehmungsonst hätte man 100% Transfer auf passive Hand erwarten müssenund keine vollständige Rekalibrierung der Propriozeptionsonst hätte man 100% Transfer auf andere Trajektorie der aktiven Hand erwarten müssen.
Umlernen von Motor Skripts ?
Einwand: gleiche Startposition, aber leicht verschiedene Endposition,Endposition der anderen Trajektorie wurde nicht adaptiert.
Weitere Experimente
-59-49
-90
-60
-30
0
Nac
heff
ekt [
mm
]
gleich verschiedenTrajektorie
Kreisbewegungen einschieben
-80
-51
-90
-60
-30
0
Nac
heff
ekt [
mm
]
gleich verschieden
Startposition
Abhängigkeit von der Startposition
Weitere Experimente
mit/ohne Gewichtsarmband
-55-44
-90
-60
-30
0
Nac
heff
ekt
[mm
]
gleich verschieden
Gewicht
Vertikale Generalisierung
-90
-60
-30
0
Nac
heff
ekt [
mm
]
hoch hoch/tief tief
hochmittetief
adaptiert
getestet
Weitere Experimente
Dynamik der Adaptation in Block 3abwechselnd mit/ohne Feedback / Terminales Feedback
0102030405060708090
100
0 5 10 15 20feedback Anzahl
Hor
izon
tale
r Fe
hler
[m
m]
blind (alt. mit Vollfeedback)terminales feedback
ein zweites Fazit• Adaptation überträgt sich nicht auf die passive Hand,
und nicht vollständig auf andere Trajektorien der aktiven Hand,auch bei gleichen Start- und Endpunkten.
• Adaptation von Zeigebewegungen geschieht vermutlich hauptsächlich durch Umlernen von Motor Skripts.
• Es gibt keine zentrale Repräsentation räumlichen Handlungswissens.Räumliches Handlungswissen ist verteilt.
Knowing where is knowing how to.
• Aber was ist mit unserer phänomenalen Erfahrung? Diese scheint nicht notwendig für stimulusgetriebene Handlungen (Zeigen, Greifen)
– blindsight Patient fängt Ball– Stratton (1897) fährt Fahrrad mit Umkehrbrille
obwohl er die Welt noch auf dem Kopf stehen sieht.
• Wozu ist phänomenale Erfahrung dann gut?ein spätes Produkt der Evolution, das es uns ermöglicht, alternative Handlungsschemas durchzuspielen. Tolman, E.C. (1948). Cognitive maps in rats and men. Psychological Review, 55, 189-208.
Illusion:Räumliches Wissen istbewußt, einheitlich, zentral, genau, unddient Greifhandlungen, genauso wie Planung
ein zweites Fazit
Zwei Repräsentationen räumlichen Wissens:
I II
unbewußt bewußt
verteilt einheitlich, zentral
genau verzerrt
stimulusgetriebene Planung Handlungen
Dissoziation von Handeln und Wahrnehmung
• Ebbinghaus-Illusion
• Müller-Lyer-Täuschung
• ...– Wahrnehmung wird getäuscht– Greifhandlung erfolgt präzise– (Befunde nicht unstrittig)
Das sensomotorische Kontrollsystem
motorischerPlan
FeedbackControllerFehlersignal
motorischesSystem
FeedforwardController
Plankopie
+
–
Sensorik
ZNS
Interne Modelle
ZNS
motorischerPlan
motorischesSystem
FeedbackController
+
– Fehlersignal
Efferenzkopie
Sensorik
Vorwärtsmodell
„inverses Modell“
FeedforwardController
(Reafferenz)
weitere Leseschwerpunkte• Kapitel 6b-3: Neuronale Repräsentationen von Bewegung
– Kortex• primärer motorischer Kortex, M1 (somatotopisch)
• Assoziationskortex
– Basalganglien– Kleinhirn
• Kapitel 6c-3: Motorische Wahrnehmungstheorien– u.a.: Biologische Bewegungen
• nicht lesen: Kapitel 6c-4, Gemeinsame Repräsentationen für Wahrnehmung und Handlung
• Kapitel 6c-5: Dissoziationen zwischen Wahrnehmung und Handlung– hervorzuheben: Abschnitt 6c-5.4: Das Modell von Goodale und Millner
eine Anwendung (?):Prismenbrillen und Neglect
• Frassinetti et al. (2002). Long-lasting amelioration of visuospatial neglect by prism adaptation. Brain 125, 608-623– 7 Patienten 2 Sitzungen pro Tag während zwei Wochen
– in einer Sitzung 90 Zeigeaufgaben mit 10° Prismenbrille, Basis links, „terminales Feedback“
– Bestimmung der Neglect-Schwere mit BIT Testbatterie• vor dem Training
• nach dem Training
• 5 Wochen nach dem Training
muß die denn korrekt sein?
• volles Feedback Licht/Target bleibt an
Feedback-Bedingungen
• kein Feedback Licht/Target bleibt aus
• terminales Feedback Licht/Target geht aus, sobald der Taster verlassen wird, Licht/Target geht wieder an bei Bildschirmberührung
• postterminales Feedback Licht/Target geht aus, sobald der Taster verlassen wird, Licht/Target geht wieder an wenn Hand zurück auf Taster, + eine Treffermarkierung erscheint auf dem Bildschirm
fake feedback
• postterminales Feedback Licht/Target geht aus, sobald der Taster verlassen wird, Licht/Target geht wieder an wenn Hand zurück auf Taster, + eine Treffermarkierung erscheint auf Bildschirm+ versetzt um 100, 200, 300 Pixel
• Pilotstudie (Empiriepraktikum Potsdam SS 2003)– viele VPn merken, „daß da was nicht stimmt“
z. B. ca. 50% bei 100 Pixeln
informed fake feedback
• postterminales Feedback Licht/Target geht aus, sobald der Taster verlassen wird, Licht/Target geht wieder an wenn Hand zurück auf Taster, + eine Treffermarkierung erscheint auf Bildschirm+ versetzt um 100, 200, 300 Pixel, VP ist informiert
• Empiriepraktikum Potsdam SS 2003:– Prismenadaptation (16.7° 215 Pixel)
– informed fake feedback mit 100 Pixeln
– informed fake feedback mit 200 Pixeln
– informed fake feedback mit 300 Pixeln
informed fake feedback
• Prismenadaptation (16.7° 215 Pixel)
informed fake feedback
• informed fake feedback mit 100 Pixeln
informed fake feedback
• informed fake feedback mit 200 Pixeln
informed fake feedback
• informed fake feedback mit 300 Pixeln
informed fake feedback• postterminales Feedback
Licht/Target geht aus, sobald der Taster verlassen wird, Licht/Target geht wieder an wenn Hand zurück auf Taster, + eine Treffermarkierung erscheint auf Bildschirm+ versetzt um 100, 200, 300 Pixel, VP ist informiert
shooting gallery• postterminales Feedback
Licht/Target bleibt an, + eine Treffermarkierung erscheint auf Bildschirm+ versetzt um 100, 200, 300 Pixel, VP ist informiert
shooting gallery• postterminales Feedback
Licht/Target bleibt an, + eine Treffermarkierung erscheint auf Bildschirm+ versetzt um 100, 200, 300 Pixel, VP ist informiert
shooting gallery
• Neglect Patienten– MP: Schwerer Fall
– JB: Leichter Fall• star cancellation
– 50/52 before
– 52/54 after
• line bisection– 8/9 before
– 9/9 after
• accuracy in tactile extinction:
– 50% before
– 80% after
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
B l o c k 1 B l o c k 2 B l o c k 3
Hor
izon
tal D
evia
tion
from
Tar
get
[Pix
el]]
MP
JB
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
B l o c k 1 B l o c k 2 B l o c k 3
Hor
izon
tal D
evia
tion
from
Tar
get
[Pix
el]]
MP
JB
shooting gallery: Ausblick
• Hypothese: Verbesserung eher durch kognitive Anteile der Adaptation
• Juli 2004: kontrollierte Studie, Leipzig.– 6 Patienten mit Prismenbrille
– 6 Patienten mit shooting gallery (mit offset)
– 6 Patienten mit shooting gallery (ohne offset)
• Vergleich Prismenbrille mit vollem versus terminalem Feedback