Lo studio rappresentativo è stato finanziato dalla Swiss National Science Foundation come parte della sovvenzione "Wayfinding in ambienti sociali" (n. 100014_162428). Vogliamo ringraziare M. Moussaid per discussioni penetranti. Vogliamo anche ringraziare Wilhelm C., F. Thaler, H. Andre, S. Madjiheurem, r. Ingold e r. Grossrieder per il loro lavoro durante lo sviluppo del software.

Tutti i metodi descritti qui sono stati approvati dal comitato di etica di ricerca di ETH Zürich come parte della proposta EK 2015-N-37.
1. reclutare partecipanti per la sessione sperimentale prevista.
<ol><li>I partecipanti all'interno di particolari vincoli di esempio (ad es., età, sesso, priorità bassa educativa) utilizzando il sistema di reclutamento partecipanti.</li>
	<li>Inviare inviti via e-mail ai partecipanti selezionati in modo casuale utilizzando le informazioni di contatto fornite dal sistema di reclutamento.</li>
	<li>Aspettare per questi partecipanti registrarsi tramite il sistema online. Assicurarsi che più partecipanti rispetto necessari (ad es., 4 overbooking partecipanti per una sessione che richiede 36 persone) registro. Overbooking partecipanti contribuiscono a garantire che una sessione è valida in caso di mancata presentazione.</li>
	<li>Garantire che un'e-mail di conferma viene inviato ai partecipanti registrati automaticamente.</li>
</ol>2. preparare la sessione sperimentale.
<ol><li>Preparare l'ambiente di laboratorio.<ol>
<li>Stampare l'elenco dei partecipanti dal sistema di reclutamento.</li>
		<li>Accendere il server e le luci nella sala di controllo del DeSciL e organizzare le sale di prova secondo il numero necessario di partecipanti.</li>
		<li>Copiare l'eseguibile esperimento di programma e i relativi file di configurazione corrispondente sull'unità di rete. Questo programma eseguibile distribuisce un quadro di software personalizzato basato sul motore di gioco Unity per supportare la comunicazione client-server tra diversi computer attraverso una rete locale. Per esperimenti di navigazione, il framework fornisce un sistema di server di uccello-occhio osservatore per il monitoraggio di comportamenti del client durante l'esperimento.</li>
		<li>Ambiente di Scripting integrato PowerShell aperto sul desktop di Windows. Nella console di PowerShell, specificare una matrice di nomi di computer (ad es., $pool = "descil-w01", "descil-w02"...) per creare un oggetto del pool di client. Successivamente, digitare Start-piscina $pool per avviare i computer client e Registro-piscina $pool per connettersi al server ai computer client.</li>
		<li>Preparare il computer sul lato client prima di lanciare il programma. Digitare Invoke-piscina {Mount-reteCondividi $path} per dirigere i computer per immettere il percorso della cartella giusta.</li>
		<li>Eseguire le funzioni preparate sul server (i. e., Start-GameServer) e sui client (cioè., Invoke-piscina {Start-client}). Specificare l'indirizzo IP del server come parametro della funzione.</li>
		<li>Attendere un messaggio sul monitor del server che indica una connessione riuscita.</li>
		<li>Distribuire i moduli di consenso e penne in ogni scomparto. I moduli di consenso contiene le informazioni riguardanti lo studio (ad es., lo scopo dello studio, potenziali rischi e benefici dell'esperimento), le informazioni di contatto per lo sperimentatore e un disclaimer legale.</li>
		<li>Mischiare il mazzo di carte che indicano la disposizione dei partecipanti dei posti a sedere.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Benvenuto ai partecipanti.<ol>
<li>Chiedere ai partecipanti di attendere di fuori del laboratorio. 5 min prima di ora di inizio ufficiale verifica documenti d'identità dei partecipanti per garantire che corrispondono all'elenco dei partecipanti registrati. Allo stesso tempo, lasciare che i partecipanti scegliere una carta che indica il loro numero di posto. Hanno i partecipanti a piedi il box corrispondente e attendere che l'esperimento iniziare.</li>
		<li>Attendere alcuni minuti per i partecipanti di leggere e firmare i moduli di consenso. Raccogliere queste forme prima di condurre l'esperimento.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. condurre l'esperimento.
<ol><li>Trasmettono le istruzioni di esperimento con il microfono a tutti i partecipanti. Informarli delle regole fondamentali, tra cui nessuna comunicazione agli altri partecipanti e non dispositivi elettronici personali consentiti. Chiedere ai partecipanti di alzare le mani se hanno domande per quanto riguarda l'esperimento.</li>
	<li>Iniziare l'esperimento presentando il questionario demografico (ad es., di genere e di età) su ciascun client.</li>
	<li>Distribuire la scena di formazione per insegnare ai partecipanti come si manovra attraverso l'ambiente virtuale. Se i partecipanti riscontrano utilizzando l'interfaccia di controllo (ad es., mouse e tastiera), a piedi verso loro box al fine di assisterli. Continuare a monitorare il progresso dei partecipanti richiedendo screenshots da tutti i client (cioè., digitare Get-ScreenShots su console PowerShell) fino a quando tutti i partecipanti hanno finito la sessione di allenamento.</li>
	<li>Dopo la sessione di allenamento, iniziare la fase di testing dell'esperimento. Osservare i comportamenti dei partecipanti dall'interfaccia di volo d'uccello sul computer server. Invia messaggi di avviso per i partecipanti attraverso il programma se stanno facendo qualcosa di anormale cliccando sul loro avatar. In caso contrario, cercare di non interferire con i partecipanti durante l'esperimento.</li>
	<li>Assicurarsi che ci sia un breve periodo di attesa prima di ogni prova per la scena successiva di caricamento e consentendo ai partecipanti di leggere le istruzioni.</li>
</ol>4. finalizzare l'esperimento.
<ol><li>Chiudere il programma client e server digitando Stop-client e Stop-GameServer nella console di PowerShell.</li>
	<li>Chiedere ai partecipanti di rimanere seduti fino a quando il loro numero è denominato sopra il microfono.</li>
	<li>Estrarre i punteggi finali dei partecipanti dal file "Score.txt" nella cartella del progetto sul computer server e convertire i loro punteggi in un pagamento monetario.</li>
	<li>Chiamare i numeri di cubicolo uno alla volta e soddisfare ogni partecipante presso la reception. Ringraziare i partecipanti e dare loro il pagamento corrispondente.</li>
	<li>Esaminare i cubicoli e raccogliere le penne e le forme.</li>
	<li>Copiare e salvare i dati di esperimento dal server in un disco esterno per le analisi future.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Waller, D., Nadel, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Spatial Cognition. , (2013).</li><li>Denis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Space and Spatial Cognition: A Multidisciplinary Perspective. , (2017).</li><li>Moussa&#239;d, M., Kapadia, M., Thrash, T., Sumner, R. W., Gross, M., Helbing, D., H&#246;lscher, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crowd+behaviour+during+high-stress+evacuations+in+an+immersive+virtual+environment.">Crowd behaviour during high-stress evacuations in an immersive virtual environment.</a> Journal of the Royal Society Interface. 13 (122), 20160414 (2016).</li><li>Gr&#252;bel, J., Weibel, R., Jiang, M. 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W. F., Kemloh Wagoum, A. U., Codling, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+responses+to+multiple+sources+of+directional+information+in+virtual+crowd+evacuations.">Human responses to multiple sources of directional information in virtual crowd evacuations.</a> Journal of the Royal Society Interface. 11 (91), 20130904 (2014).</li><li>Pandzic, I. S., Capin, T., Lee, E., Thalmann, N. M., Thalmann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flexible+architecture+for+virtual+humans+in+networked+collaborative+virtual+environments.">A flexible architecture for virtual humans in networked collaborative virtual environments.</a> Computer Graphics Forum. 16, (1997).</li><li>Joslin, C., Pandzic, I. S., Thalmann, N. 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Gli autori non hanno nulla a rivelare.

In questo articolo, abbiamo descritto un laboratorio di realtà virtuale desktop multi-utente in cui fino a 36 partecipanti possono interagire e contemporaneamente navigare attraverso vari ambienti virtuali. Il protocollo sperimentale descritti i passaggi necessari per questo tipo di ricerca e unici per scenari multi-utente. Considerazioni specifiche per questi scenari includono il numero di partecipanti presenti, il costo degli errori apparentemente piccola sperimentatore, rendering e capacità (entrambi e cliente-lato ...

Ricerca su cognizione spaziale e navigazione in genere studia il processo decisionale spaziale (ad es., girando a sinistra o a destra a un incrocio) e rappresentazione mentale degli individui in ambienti reali e virtuali1,2. I vantaggi di realtà virtuale (VR) includono la prevenzione di problemi etici e di sicurezza (ad es., durante un pericoloso evacuazione3), la misurazione automatica e analisi di dati spaziali4e una combinazione equilibrata di interno e validità esterna5,6,7. Ad esempio, Weisberg e colleghi estesi precedenti ricerche sulle differenze individuali nell'acquisizione della conoscenza spaziale dimostrando che mansioni spaziali in VR possono fornire una misura oggettiva del comportamento di abilità spaziale8. Questo studio ha anche suggerito che il comportamento di navigazione in VR approssima reali navigazione perché l'ambiente virtuale è stato modellato dopo il campus universitario utilizzato da Schinazi e colleghi9 (veda inoltre lo studio di Ruddle e colleghi 10). VR è stato applicato anche alla psicoterapia11, valutazione clinica12, comportamento di consumatore13e chirurgia14,15. Tuttavia, maggior parte dei sistemi VR mancanza di feedback propriocettivo e audio che possono migliorare la presenza e immersione16,17,18,19, richiedono una formazione con l'interfaccia di controllo20 ,21,22e la mancanza di spunti sociali. Infatti, persone nel mondo reale spesso si muovono in gruppi23, evitare o seguire altre persone3,24e prendere decisioni basate sul contesto sociale25,26.
Allo stesso tempo, la ricerca sul comportamento di folla si concentra spesso su emergente caratteristiche del folle (ad esempio, formazione di lane, congestione agli ingorghi) che vengono simulate su un computer o osservate nel mondo reale. Ad esempio, Helbing e colleghi usato una combinazione di osservazioni reali e simulazioni al computer al fine di suggerire miglioramenti al flusso di traffico in un incrocio che separa l'afflusso e il deflusso con barriere fisiche e posizionando un ostacolo nella centro di27. Moussaïd e colleghi utilizzato un modello euristico per studiare le situazioni ad alta densità durante un disastro di folla28. Questo approccio suggerito miglioramenti per un'impostazione di ambiente per eventi di massa al fine di evitare i disastri di folla. Con l'aiuto di un framework open source esistenti, l'attuazione di tali simulazioni potrebbe essere relativamente facile. SteerSuite è un framework open source che permette agli utenti di simulare gli algoritmi dello sterzo e il comportamento di folla facilmente fornendo strumenti per agevolare, il benchmark e test29. Questo quadro può fornire il nucleo della logica di navigazione di un agente, che è fondamentale per la simulazione di successo folla. Inoltre, Singh e colleghi hanno dimostrato una piattaforma unica che combina una varietà di tecniche30di sterzo. Mentre i ricercatori possono proporre interventi di design usando tali simulazioni, raramente vengono convalidate con partecipanti umani in un ambiente controllato. Gli esperimenti controllati sono rari nella ricerca di folla perché possono essere difficili da organizzare e pericolosi per i partecipanti.
VR è stato impiegato per studiare il comportamento sociale utilizzando semplici e complessi ambienti virtuali con uno o più agenti simulati dal computer. Nello studio di Bode e colleghi31,32, i partecipanti è sono chiesto di evacuare un semplice ambiente virtuale da una prospettiva top-down tra i diversi agenti e trovato che uscita scelta era influenzata dalla motivazione e segnaletica statica. Presentando i partecipanti con un ambiente più complesso da una prospettiva in prima persona, Kinateder e colleghi hanno trovato che i partecipanti erano più propensi a seguire un singolo agente di computer-simulato durante la fuga da un tunnel virtuale fuoco25. In un ambiente virtuale complesso con più agenti, Drury e colleghi hanno trovato che i partecipanti hanno teso ad aiutare un agente caduto durante un'evacuazione quando sono identificati con la folla26. Collettivamente, questi risultati suggeriscono che la VR può essere un modo efficace di indurre comportamenti sociali, anche con agenti simulati dal computer. Tuttavia, alcuni comportamenti della folla possono essere osservati solo quando c'è un segnale sociale realistico (i. e., quando i partecipanti sono consapevoli che gli altri avatar sono controllati da persone3). Per affrontare questa lacuna, il presente protocollo descrive un metodo per condurre esperimenti controllati con più utenti in un programma di installazione in rete di VR. Questo approccio è stato impiegato in uno studio recente da Moussaid e colleghi al fine di studiare il comportamento di evacuazione di 36 partecipanti in rete3.
Ricerca su VR in rete si è concentrata su argomenti estranei alla navigazione strategie33,34 e/o invocata esistenti piattaforme di gioco online come Second Life. Ad esempio, Le_loup_noir-Danielsen e Chabada studiato comportamento di evacuazione in termini di uscita scelta e conoscenza spaziale dell'edificio tramite i partecipanti reclutati tra gli attuali utenti di Second Life35. Mentre gli autori forniscono alcuni risultati descrittivi (ad es., gli effetti grafici delle traiettorie), questo studio ha avuto difficoltà con reclutamento partecipante, controllo sperimentale e generalizzazione di là di questo caso specifico. Più recentemente, Normoyle e colleghi hanno trovato che gli attuali utenti di Second Life e i partecipanti in un laboratorio erano comparabili in termini di scelta di prestazioni e uscita di evacuazione e diversi in termini di presenza auto-riferita e frustrazione con il controllo interfaccia36. I risultati da questi due studi evidenziano alcune delle sfide e delle opportunità offerte dall'online ed esperimenti di laboratorio. Studi online sono in grado di disegno da una popolazione molto più grande e motivata di potenziali partecipanti. Tuttavia, le ricerche di laboratorio consentono un controllo più sperimentale dell'ambiente fisico e potenziali distrazioni. Inoltre, studi online possono rappresentare alcune preoccupazioni di ordine etico per quanto riguarda l'anonimato dei dati e la riservatezza.
Come laboratorio in rete desktop VR, il laboratorio di scienza di decisione (DeSciL) presso ETH Zürich è principalmente usato per studiare le interazioni economiche decisionali e strategiche in un ambiente controllato. L'infrastruttura tecnica presso il DeSciL è costituito da hardware, software per l'automazione di laboratorio e software che supporta multi-utente desktop installazione di VR. L'hardware comprende il computer desktop ad alte prestazioni con sistema operativo di Microsoft Windows 10 Enterprise, interfacce di controllo (ad es., mouse e tastiera, joystick), cuffie e occhio inseguitori (Tabella materiali). Tutti i computer client sono collegati con Ethernet di un gigabit al secondo per la rete di Università e la condivisione di file di rete stesso. Non c'è nessun ritardo visibile o lag quando ci sono 36 client connessi. Il numero di fotogrammi al secondo è costantemente superiore a 100. Gli esperimenti sono anche gestiti e controllati con il software di automazione di laboratorio basata su Microsoft PowerShell (cioè, configurazione dello stato desiderato di PowerShell e PowerShell Remoting). Tutte le fasi pertinenti del protocollo sono pre-programmate con gli script di PowerShell denominati cmdlet (ad es., Start-Computer, Stop-Computer). Durante l'esperimento, questi script possono essere eseguiti contemporaneamente e in remoto su tutti i computer client. Questo tipo di automazione di laboratorio assicura un identico stato del client computer, riduce i potenziali errori e complessità durante i test scientifici e impedisce i ricercatori di dover eseguire operazioni manuali ripetitive. Per gli esperimenti di navigazione, utilizziamo il motore di gioco Unity (< https://unity3d.com/>) al fine di sostenere lo sviluppo di ambienti 2D e 3D per desktop multi-utente, interattivo VR. I computer 36 client sono connessi a un server tramite un'architettura server autorevole. All'inizio di ogni esperimento, ogni client invia una richiesta di creazione di istanze per il server e il server risponde creando un avatar per quell'utente su tutte le macchine collegate. Avatar di ogni utente ha una fotocamera con un campo visivo di 50 gradi. In tutto l'esperimento, il client invia utente ' in ingresso al server, e il server aggiorna il movimento di tutti i client.
Nel laboratorio di fisico, ogni computer è contenuto in un cubicolo separato all'interno di tre camere semi-indipendenti (Figura 1). La dimensione complessiva del laboratorio è di 170 m2 (150 m2 per esperimento camera e 20 m2 per sala di controllo). Ognuna di queste camere è dotata di dispositivi di registrazione audio e video. Gli esperimenti sono controllati da una stanza adiacente separata (cioè., fornendo istruzioni e avviando il programma sperimentale). Da questa sala di controllo, gli sperimentatori possono anche osservare i partecipanti in ambienti fisici e virtuali. Insieme con il dipartimento di economia dell'Università di Zurigo, il DeSciL mantiene anche il centro di registrazione di Università per partecipanti allo studio, che è stato effettuato sulla base dell'h-radice37.
Anche se sistemi simili sono stati descritti nella letteratura38, il DeSciL è il primo laboratorio funzionale che è adatto per multi-utenti desktop VR esperimenti sulla navigazione e sul comportamento di folla a nostra conoscenza. Qui, descriviamo il protocollo per lo svolgimento di un esperimento nella DeSciL, rappresentante presenti risultati da uno studiano sul comportamento di navigazione sociale e discutono le potenzialità e le limitazioni di questo sistema.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>PC</td>
			<td>Lenovo</td>
			<td>IdeaCentre AIO 700</td>
			<td>24&#8217;&#8217; screen, 16 GB RAM, and SSDs. CPU: Intel core i7. GPU:NVidia GeForce GTX 950A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keyboard</td>
			<td>Lenovo</td>
			<td>LXH-EKB-10YA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse</td>
			<td>Lenovo</td>
			<td>SM-8825</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye tracker</td>
			<td>Tobii Technology</td>
			<td>Tobii EyeX</td>
			<td>Data rate: 60 Hz. Tracking screen size: Up to 27&#8243;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Communication audio system</td>
			<td>Biamp Systems</td>
			<td>Networked paging station - 1</td>
			<td>Ethernet:100BaseTX</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a networked desktop virtual reality setup for decision science and navigation experiments with multiple participants

Indagare le interazioni tra più partecipanti è una sfida per i ricercatori di varie discipline, tra cui le scienze delle decisioni e la cognizione spaziale. Con una rete locale e la piattaforma di software dedicato, sperimentatori in modo efficiente possono monitorare il comportamento dei partecipanti che contemporaneamente sono immersi in un ambiente virtual desktop e digitalizzare i dati raccolti. Queste funzionalità consentono disegni sperimentali nella ricerca di cognizione e navigazione spaziale che sarebbe difficile (se non impossibile) per condurre nel mondo reale. Possibili variazioni sperimentali comprendono lo sforzo durante l'evacuazione, attività di ricerca cooperativa e competitiva e altri fattori contestuali che possono influenzare il comportamento di folla emergente. Tuttavia, tale laboratorio richiede manutenzione e rigidi protocolli per la raccolta di dati in un ambiente controllato. Mentre a volte è messa in discussione la validità esterna di studi di laboratorio con i partecipanti umani, un numero di carte recenti suggerisce che la corrispondenza tra ambienti reali e virtuali può essere sufficiente per studiare il comportamento sociale in termini di traiettorie, esitazioni e decisioni territoriali. In questo articolo, descriviamo un metodo per condurre esperimenti sul processo decisionale e la navigazione con fino a 36 partecipanti a un programma di installazione in rete di realtà virtuale desktop (cioè., il laboratorio di scienza di decisione o DeSciL). Questo protocollo di esperimento può essere adattato e applicato da altri ricercatori al fine di istituire un laboratorio di realtà virtuale desktop in rete.

Per ogni cliente su ogni prova, i dati dell'esperimento dalla DeSciL in genere includono traiettorie, timestamp e misure di performance (ad es., se il partecipante trasformato in direzione "corretta" in un particolare incrocio). Uno studio rappresentativo ha studiato gli effetti di complessità di segnaletica sulla scelta di percorso per una folla di partecipanti umani (con avatar virtuale) in un ambiente virtuale semplice a forma di Y. In questo esperimento, 28 partecipanti (12 ...

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A Networked Desktop Virtual Reality Setup for Decision Science and Navigation Experiments with Multiple Participants

Questo documento descrive un metodo per condurre esperimenti di multi-utenti il processo decisionale e di navigazione utilizzando un laboratorio di computer in rete.

Un'installazione in rete di realtà virtuale Desktop per decisione scienza ed esperimenti di navigazione con più partecipanti

Investigating the interactions among multiple participants is a challenge for researchers from various disciplines, including the decision sciences and ...

a-networked-desktop-virtual-reality-setup-for-decision-science

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Behavior

5.9K Views.  ETH Zürich. Questo documento descrive un metodo per condurre esperimenti di multi-utenti il processo decisionale e di navigazione utilizzando un laboratorio di computer in rete.

Video: A Networked Desktop Virtual Reality Setup for Decision Science and Navigation Experiments with Multiple Participants

Two-photon Calcium Imaging in Mice Navigating a Virtual Reality Environment

In recent years, two-photon imaging has become an invaluable tool in neuroscience, as it allows for chronic measurement of the activity of genetically identified cells during behavior1-6. Here we describe methods to perform two-photon imaging in mouse cortex while the animal navigates a virtual reality environment. We focus on the aspects of the experimental procedures that are key to imaging in a behaving animal in a brightly lit virtual environment. The key problems that arise in this experimental setup that we here address are: minimizing brain motion related artifacts, minimizing light leak from the virtual reality projection system, and minimizing laser induced tissue damage. We also provide sample software to control the virtual reality environment and to do pupil tracking. With these procedures and resources it should be possible to convert a conventional two-photon microscope for use in behaving mice.

Here we describe the experimental procedures involved in two-photon imaging of mouse cortex during behavior in a virtual reality environment.

Due fotoni Imaging di calcio in topi Navigazione una realtà ambiente virtuale

In recent years, two-photon imaging has become an invaluable tool in neuroscience, as it allows for chronic measurement of the activity of genetically ...

Ricerca

Comportamento

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. Higher cognitive functions that require precise control over sensorimotor responses such as decision-making and attentional modulation, however, are typically assessed in nonhuman primates. Despite the richness of primate behavior that allows multiple variants of these functions to be studied, the rodent model remains an attractive, cost-effective alternative to primate models. Furthermore, the ability to fully automate operant conditioning in rodents adds unique advantages over the labor intensive training of nonhuman primates while studying a broad range of these complex functions.
Here, we introduce a protocol for operantly conditioning rats on performing working memory tasks. During critical epochs of the task, the protocol ensures that the animal's overt movement is minimized by requiring the animal to 'fixate' until a Go cue is delivered, akin to nonhuman primate experimental design. A simple two alternative forced choice task is implemented to demonstrate the performance. We discuss the application of this paradigm to other tasks.

A fully automated protocol for rodent operant conditioning is proposed. The protocol relies on precise temporal control of behavioral events to investigate the extent to which this control influences neural activity underlying sensorimotor integration and cognitive control experiments.

Un completamente automatizzata Roditore condizionata Protocollo per Sensomotoria Integrazione e esperimenti di controllo cognitive

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

Development of a Virtual Reality Assessment of Everyday Living Skills

Cognitive impairments affect the majority of patients with schizophrenia and these impairments predict poor long term psychosocial outcomes.&#160; Treatment studies aimed at cognitive impairment in patients with schizophrenia not only require demonstration of improvements on cognitive tests, but also evidence that any cognitive changes lead to clinically meaningful improvements.&#160; Measures of &#8220;functional capacity&#8221; index the extent to which individuals have the potential to perform skills required for real world functioning. &#160;Current data do not support the recommendation of any single instrument for measurement of functional capacity.&#160; The Virtual Reality Functional Capacity Assessment Tool (VRFCAT) is a novel, interactive gaming based measure of functional capacity that uses a realistic simulated environment to recreate routine activities of daily living. Studies are currently underway to evaluate and establish the VRFCAT&#8217;s sensitivity, reliability, validity, and practicality.&#160;This new measure of functional capacity is practical, relevant, easy to use, and has several features that improve validity and sensitivity of measurement of function in clinical trials of patients with CNS disorders.

A challenge for proving treatment efficacy for cognitive impairments in schizophrenia is finding the optimizing measurement of skills related to everyday functioning.&#160; The Virtual Reality Functional Capacity Assessment Tool (VRFCAT) is an interactive gaming based computerized measure aimed at skills associated with everyday functioning, including baseline impairments and treatment related changes.

Sviluppo di una Realtà Virtuale valutazione della vita quotidiana Skills

Cognitive impairments affect the majority of patients with schizophrenia and these impairments predict poor long term psychosocial outcomes.&#160; ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular function include transcranial magnetic stimulation, electromyography, and three-dimensional motion capture. The advent of readily available and cost-effective virtual reality solutions has expanded the capabilities of researchers in recreating &#8220;real-world&#8221; environments and movements in a laboratory setting. Naturalistic movement analysis will not only garner a greater understanding of motor control in healthy individuals, but also permit the design of experiments and rehabilitation strategies that target specific motor impairments (e.g. stroke). The combined use of these tools will lead to increasingly deeper understanding of neural mechanisms of motor control. A key requirement when combining these data acquisition systems is fine temporal correspondence between the various data streams. This protocol describes a multifunctional system&#8217;s overall connectivity, intersystem signaling, and the temporal synchronization of recorded data. Synchronization of the component systems is primarily accomplished through the use of a customizable circuit, readily made with off the shelf components and minimal electronics assembly skills.

Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

Impostazione multifunzionale per lo studio di controllo del motore umano Utilizzando la Stimolazione Magnetica Transcranica, Elettromiografia, Motion Capture, e la realtà virtuale

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by observation or passive movement of trainee&#39;s hands by a robotic device). This obviously presents a major challenge in the rehabilitation of a paretic limb since voluntary control of physical movement is limited. Here, we describe a novel training scheme we have developed that has the potential to circumvent this major challenge. We exploited the voluntary control of one hand and provided real-time movement-based manipulated sensory feedback as if the other hand is moving. Visual manipulation through virtual reality (VR) was combined with a device that yokes left-hand fingers to passively follow right-hand voluntary finger movements. In healthy subjects, we demonstrate enhanced within-session performance gains of a limb in the absence of voluntary physical training. Results in healthy subjects suggest that training with the unique VR setup might also be beneficial for patients with upper limb hemiparesis by exploiting the voluntary control of their healthy hand to improve rehabilitation of their affected hand.

We describe a novel virtual-reality based setup which exploits voluntary control of one hand to improve motor-skill performance in the other (non-trained) hand. This is achieved by providing real-time movement-based sensory feedback as if the non-trained hand is moving. This new approach may be used to enhance rehabilitation of patients with unilateral hemiparesis.

Utilizzo di realtà virtuale per trasferire conoscenza motoria da un lato a altro

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

Mobile Game-based Virtual Reality Program for Upper Extremity Stroke Rehabilitation

Stroke rehabilitation requires repetitive, intensive, goal-oriented therapy. Virtual reality (VR) has the potential to satisfy these requirements. Game-based therapy can promote patients&#39; engagement in rehabilitation therapy as a more interesting and a motivating tool. Mobile devices such as smartphones and tablet PCs can provide personalized home-based therapy with interactive communication between patients and clinicians. In this study, a mobile VR upper extremity rehabilitation program using game applications was developed. The findings from the study show that the mobile game-based VR program effectively promotes upper extremity recovery in patients with stroke. In addition, patients completed two weeks of treatment using the program without adverse effects and were generally satisfied with the program. This mobile game-based VR upper extremity rehabilitation program can substitute for some parts of the conventional therapy that are delivered one-on-one by an occupational therapist. This time-efficient, easy to implement, and clinically effective program would be a good candidate tool for tele-rehabilitation for upper extremity recovery in patients with stroke. Patients and therapists can collaborate remotely through these e-health rehabilitation programs while reducing economic and social costs.

Here, we present a protocol to develop and apply a mobile game-based virtual reality program for the recovery of upper limb dysfunction in patients with stroke. The present study shows that the mobile program is feasible and effectively promotes upper limb recovery in stroke patients.

Programma di realtà virtuale basato su gioco mobile per riabilitazione del colpo dell'arto superiore

Stroke rehabilitation requires repetitive, intensive, goal-oriented therapy. Virtual reality (VR) has the potential to satisfy these requirements. ...

Measuring the Kinematics of Daily Living Movements with Motion Capture Systems in Virtual Reality

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based assessments of IADL are easy to use but prone to subjective bias. Here, we describe a novel virtual reality (VR) test to assess two complex IADL tasks: handling financial transactions and using public transportation. While a participant performs the tasks in a VR setting, a motion capture system traces the position and orientation of the dominant hand and head in a three-dimensional Cartesian coordinate system. Kinematic raw data are collected and converted into &#39;kinematic performance measures,&#39; i.e., motion trajectory, moving distance, and time to completion. Motion trajectory is the path of a particular body part (e.g., dominant hand or head) in space. Moving distance refers to the total distance of the trajectory, and time to completion is how long it took to complete an IADL task. These kinematic measures could discriminate patients with cognitive impairment from healthy controls. The development of this kinematic measuring protocol allows detection of early IADL-related cognitive impairments.

We designed a virtual reality test to assess instrumental activities of daily living (IADL) with a motion capture system. We propose a detailed kinematic analysis to interpret the participant&#39;s various movements, including trajectory, moving distance, and time to completion to evaluate IADL capabilities.

Misura della cinematica dei movimenti di vita quotidiana con sistemi di Motion Capture in realtà virtuale

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based ...

Virtual Reality Experiments with Physiological Measures

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and laboratory experiments, respectively. VR is especially useful for geographic visualizations and investigations of spatial behavior. In spatial behavior research, VR provides a platform for studying the relationship between navigation and physiological measures (e.g., skin conductance, heart rate, blood pressure). Specifically, physiological measures allow researchers to address novel questions and constrain previous theories of spatial abilities, strategies, and performance. For example, individual differences in navigation performance may be explained by the extent to which changes in arousal mediate the effects of task difficulty. However, the complexities in the design and implementation of VR experiments can distract experimenters from their primary research goals and introduce irregularities in data collection and analysis. To address these challenges, the Experiments in Virtual Environments (EVE) framework includes standardized modules such as participant training with the control interface, data collection using questionnaires, the synchronization of physiological measurements, and data storage. EVE also provides the necessary infrastructure for data management, visualization, and evaluation. The present paper describes a protocol that employs the EVE framework to conduct navigation experiments in VR with physiological sensors. The protocol lists the steps necessary for recruiting participants, attaching the physiological sensors, administering the experiment using EVE, and assessing the collected data with EVE evaluation tools. Overall, this protocol will facilitate future research by streamlining the design and implementation of VR experiments with physiological sensors.

Virtual reality (VR) experiments can be difficult to implement and require meticulous planning. This protocol describes a method for the design and implementation of VR experiments that collect physiological data from human participants. The Experiments in Virtual Environments (EVE) framework is employed to accelerate this process.

Esperimenti di realtà virtuale con misure fisiologiche

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and ...

Online Explorative Study on the Learning Uses of Virtual Reality Among Early Adopters

Virtual reality (VR) has shown great educational potential because it makes it possible to simulate any desired situation or event, thus playing an important role in addressing current educational challenges. Despite the unlimited learning possibilities that VR may offer, unless users are willing to apply virtual devices to education, the investment of time, money, and effort will be fruitless. It is therefore crucial to assess the educational interest of the first generation of VR users and to identify their current needs. To this end, in this study we designed an online questionnaire and applied it through the SaaS (Software as a service) of a private server. The sample consisted of 117 early VR adopters recruited via a main portal of communication and information technologies in Spain. In order to engage participants, we posted a thread in the main forum, which is dedicated to the advances and potential uses of VR. Once the responses were gathered, we analyzed the relationship between 12 variables (mean contrasts with Snedecor&#39;s F, and contingency analysis with chi-square and Sommer&#39;s d). The results showed that the current profile of a VR user is a male over 35 years old, with university studies, and who has purchased his viewer recently (&#60;1 year). As for the learning and teaching applications that these users were interested in, only 13.7% of the participants in this study use VR for educational purposes, although 28.2% were interested, indicating that perhaps the lack of applications or learning experiences may be hampering the use of VR within education. Almost half of the early adopters surveyed would like to learn using VR technology and are somehow optimistic about the relationship between VR and education, particularly those who are younger.

This article describes the profile of Spanish early adopters of virtual reality and their interests and preferences regarding learning and educational applications for this technology. To this aim, we designed an online questionnaire and interviewed 117 users of the main virtual reality forum on the Internet.

Studio esplorativo online sugli usi dell'apprendimento della realtà virtuale tra i primi utenti

Virtual reality (VR) has shown great educational potential because it makes it possible to simulate any desired situation or event, thus playing an ...

Using a Virtual Reality Walking Simulator to Investigate Pedestrian Behavior

To cross a road successfully, individuals must coordinate their movements with moving vehicles. This paper describes use of a walking simulator in which people walk on a treadmill to intercept gaps between two moving vehicles in an immersive virtual environment. Virtual reality allows for a safe and ecologically varied investigation of gap crossing behavior. Manipulating the initial starting distance can further the understanding of a participant&#8217;s speed regulation while approaching a gap. The speed profile may be assessed for various gap crossing variables, such as initial distance, vehicle size, and gap size. Each walking simulation results in a position/time series that can inform how velocity is adjusted differently depending on the gap characteristics. This methodology can be used by researchers investigating pedestrian behavior and behavioral dynamics while employing human participants in a safe and realistic setting.

This protocol describes use of a walking simulator that serves as a safe and ecologically valid method to study pedestrian behavior in the presence of moving traffic.

Utilizzo di un simulatore di camminata in realtà virtuale per indagare sul comportamento dei pedoni

To cross a road successfully, individuals must coordinate their movements with moving vehicles. This paper describes use of a walking simulator in which ...