Achte auf deinen Schritt: Wie die Vision zur Fortbewegung führt

Anonim

Mit neuen Technologien, um zu verfolgen, wie Vision die Fußplatzierung leitet, kommen die Forscher der University of Texas in Austin einem Schritt näher, was im Gehirn passiert, während wir gehen, und ebnen den Weg für eine bessere Behandlung von Mobilitätsbeeinträchtigungen, Alterung und Parkinson-und Technologie-Entwicklung-Prothetik und Roboter.

Das Gehen auf natürlichem Gelände erfordert eine präzise Koordination zwischen den Bewegungen des Sehens und des Körpers, um einen gegebenen Pfad effizient und stabil zu überqueren. Aber bis jetzt wurden sowohl das Sehen als auch die Fortbewegung separat in kontrollierten Laborumgebungen untersucht, was das Verständnis dafür begrenzt, wie verschiedene neurale und biologische Systeme zusammenarbeiten, um die natürliche Welt zu navigieren.

"Eines der schönen Dinge beim visuell geführten Gehen ist, dass es jede Ebene unserer perzeptuellen Motorhierarchie einbezieht. Um es wirklich zu verstehen, müssen Sie wissen, wie Vision funktioniert, wie Planung funktioniert, wie Muskeln arbeiten, Stacheln funktionieren, wie Physik funktioniert, "sagte Jonathan Matthis, ein Postdoktorand im UT Austin Center for Perceptual Systems.

Matthis 'Forschung, die im April in Cell veröffentlicht wurde, kombinierte neue Motion-Capture- und Eye-Tracking-Technologien, um bestimmte Muster zwischen den beiden Mechanismen zu verfolgen. Dazu bauten die Forscher eine Schweißmaske um einen Eyetracker - um die Infrarot-Augenkameras vor Sonnenlicht abzuschirmen - und entwickelten neue Methoden zur Kalibrierung des Eyetrackers mit einem Motion-Tracking-Anzug, um die Blick- und Ganzkörperkinematik als Teilnehmer aufzuzeichnen Navigation durch drei Arten von Gelände: flaches, mittleres und unebenes Gelände.

"Augenbewegungen sind unglaublich informativ als ein Fenster in den kognitiven Prozess", sagte Matthis. "Indem wir die Augen verfolgen, erhalten wir ein klares Bild von der Art von Informationen, die das zentrale Nervensystem benötigt, um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen."

Die Forscher fanden heraus, dass die Teilnehmer in jedem Gelände unterschiedliche Geh- und Blickmuster zeigten. Die Probanden gingen schnell mit längeren Schritten auf dem flachen Gelände und schauten nur etwa die Hälfte der Zeit nach unten, um den bevorstehenden Pfad nach Hindernissen zu durchsuchen.

Auf dem mittleren und unwegsamen Gelände wurden die Schritte kürzer, langsamer und variabler, wobei die Teilnehmer mehr als 90 Prozent der Zeit auf den Boden schauten, um die bevorstehenden Fußtritte präzise zu fixieren. In dem mittleren Terrain konzentrierten sich die Wanderer hauptsächlich darauf, wo ihr Fuß in zwei Schritten sein würde. Das raue Gelände erforderte Spaziergänger, um ihren Blick zwischen ihrer zukünftigen Fußplatzierung in zwei und drei Schritten zu teilen, um eine längerfristige Pfadplanung zu ermöglichen.

Trotz dieser Unterschiede zeichnete sich ein unerwartetes Muster ab: In allen drei Geländen sahen die Teilnehmer konstant 1, 5 Sekunden voraus. Dieser Befund ist ähnlich dem vorausschauenden Timing, das bei Untersuchungen anderer motorischer Aktivitäten - Treppensteigen, Fahren und Erreichen - beobachtet wurde, was darauf hindeutet, dass dieses Timing eine wichtige Rolle in der menschlichen Bewegung spielt.

"Die konstante Vorausschauzeit legt nahe, dass Wanderer eine Art globale Bewegungsstrategie beibehalten, die auf jede spezifische Umgebung abgestimmt ist", sagte Matthis. "Wanderer benutzen den Blick, um sicherzustellen, dass sie immer wissen, was 1, 5 Sekunden auf dem Weg nach oben kommt.

"Gute Handlungsentscheidungen erfordern nicht nur gute sensorische Daten, sondern auch eine Abwägung von Kosten und Nutzen der Maßnahme", sagte Matthis. "Indem wir diese Art von Forschung aus dem Labor in die reale Welt bringen, können wir menschliches Verhalten in seiner natürlichen Umgebung beobachten. Dies gibt uns mehr Möglichkeiten, Dinge zu entdecken, die wir nicht erwartet haben, die uns helfen werden, unser wissenschaftliches Wissen zu erweitern Vorteil der Verbesserung der klinischen Behandlung von Gangstörungen. "