Handlungssteuerung und Prismenadaptation Christian Kaernbach.

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1 Handlungssteuerung und Prismenadaptation Christian Kaernbach

2 Woher wissen wir, wo die Dinge sind, die wir sehen? ?

3 Wahrnehmung und Handlung ObjektWahrnehmung Wahrnehmung als Bild ؤ ت و ك ز ظ غ ن ه ى د ج Zeichentheorie Hermann von Helmholtz, 1879 Wahrnehmung Handlung Korrelationstheorien Die Wahrnehmung dient dem Handeln James J. Gibson, 1979

4 Experimente mit Prismenbrillen Fresnelprismen www.prism-adaptation.de Wahrnehmung Handlung

5 Experimente mit Prismenbrillen ؤ ت و ك ز ظ غ ن ه ى د ج Handlung Wahrnehmung Handlung Wahrnehmung ??? zentrale Repräsentation räumlichen Wissens räumliches Wissen ist verteilt Martin, T.A., et al. (1996). kein Transfer von Unterhandwürfen zu Oberhandwürfen Kitazawa et al. (1997): kein Transfer von schnellem zu langsamen Zeigebewegungen Verdacht: Die genaue Bewegungsausführung ist relevant. ??? Handlung Wahrnehmung Adaptation

6 ° ° ° ° ° ° Repräsentation räumlichen Wissens Augenmuskeln Kopfstellung Körperhaltung Greifbewegung Zentrale räumliche Repräsentation ? alternative Greifbewegung Stift: 45 cm vor mir, 5 cm rechts von der Mitte 40 cm unter der Nase Propriozeption perceptual learning

7 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 (5 4) Block 3 Adaptation mit Prismenbrille, mit visuellem Feedback, 80 Versuche (80 1) nur eine Trajektorie wird geübt, 4 Gruppen Block 4 Nachtest ohne Feedback, 20 Versuche (5 4)

8 Ergebnisse Passive Hand: Block 4 vs. Block 2 Block 4 minus Block 2 µ = 3 ± 1.8 mm µ = 1 ± 1.7 mm Dynamik µ = -46 ± 2.2 mm µ = -26 ± 2.3 mm PH Passive HandST Selbe Trajektorie AH Aktive HandAT Andere Trajektorie Horizontalfehler [mm]

9 Ergebnisse Dynamik PH Passive HandST Selbe Trajektorie AH Aktive HandAT Andere Trajektorie Händigkeit über/unter vertraute / unvertraute Bewegungen non-pref

10 ein erstes Fazit kein Transfer zur passiven Hand nur ca. 50% Transfer zur jeweils anderen Trajektorie der aktiven Hand passiver Zerfall der Adaptation ungewohnte Bewegungen werden leichter adaptiert Adaptation ist keine Rekalibrierung der visuellen Wahrnehmung sonst hätte man 100% Transfer auf passive Hand erwarten müssen und keine vollständige Rekalibrierung der Propriozeption sonst 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.

11 Weitere Experimente Kreisbewegungen einschiebenAbhängigkeit von der Startposition

12 Weitere Experimente mit/ohne GewichtsarmbandVertikale Generalisierung

13 Weitere Experimente Dynamik der Adaptation in Block 3 abwechselnd mit/ohne Feedback / Terminales Feedback

14 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.

15 Illusion: Räumliches Wissen ist bewußt, einheitlich, zentral, genau, und dient Greifhandlungen, genauso wie Planung ein zweites Fazit Zwei Repräsentationen räumlichen Wissens: III unbewußtbewußt verteilteinheitlich, zentral genauverzerrt stimulusgetriebene Planung Handlungen

16 What and Where Ungerleider, L. G. and Mishkin, M. (1982). Two cortical visual systems, in Ingle, D. J., Goodale, M. A., and Mansfield, R. J. W. (Eds.) Analysis of Visual Behavior, Cambridge, MA: MIT Press, pp. 549-586. Läsionsexperimente an Affen Mishkin, M., Ungerleider, L. G., Macko, K. A. (1983). Object vision and spatial vision: Two cortical pathways. Trends in Neurosciences, 6, 414-417.

17 What and Where Ungerleider, L. G. and Mishkin, M. (1982). Two cortical visual systems, in Ingle, D. J., Goodale, M. A., and Mansfield, R. J. W. (Eds.) Analysis of Visual Behavior, Cambridge, MA: MIT Press, pp. 549-586. Läsionsexperimente an Affen Mishkin, M., Ungerleider, L. G., Macko, K. A. (1983). Object vision and spatial vision: Two cortical pathways. Trends in Neurosciences, 6, 414-417. Milner, A. D. and Goodale, M. A. (1991). A neurological dissociation between perceiving objects and grasping them, Nature, 349, 154-156. Neuropsychologische Studie an Läsionspatient How to

18 Dissoziation von Handeln und Wahrnehmung Ebbinghaus-Illusion Müller-Lyer-Täuschung... –Wahrnehmung wird getäuscht –Greifhandlung erfolgt präzise –Befunde nicht unstrittig (Gegenfurtner, Gießen)

19 Das sensomotorische Kontrollsystem motorischer Plan Feedback Controller Fehlersignal motorisches System Feedforward Controller Plankopie + – Sensorik ZNS

20 Interne Modelle ZNS motorischer Plan motorisches System Feedback Controller + – Fehlersignal Efferenzkopie Sensorik Vorwärtsmodell inverses Modell Feedforward Controller (Reafferenz)

21 Gibson direkte Wahrnehmung –keine mentale Repräsentation der Umwelt zumindest für stimulusgetriebene Handlungen –Wenn die Umwelt in einer Repräsentation repräsentiert wäre, woher wüßten wir, was die Repräsentation enthält? unendlicher Rekurs, Homunculus Problem –die Umwelt ist ihre eigene beste Repräsentation –Fokussierung auf handlungsrelevante Merkmale der Umwelt affordances, Gelegenheiten: –eine Wand bietet eine Gelegenheit zum darauf Herumlaufen (für eine Fliege) klassischer Repräsentationalist –die Repräsentation wird ausgelesen Identist: die Repräsentation ist der Homunculus

22 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

23 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

24 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

25 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

26 informed fake feedback Prismenadaptation (16.7° 215 Pixel)

27 informed fake feedback informed fake feedback mit 100 Pixeln

28 informed fake feedback informed fake feedback mit 200 Pixeln

29 informed fake feedback informed fake feedback mit 300 Pixeln

30 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

31 shooting gallery postterminales Feedback Licht/Target bleibt an, + eine Treffermarkierung erscheint auf Bildschirm + versetzt um 100, 200, 300 Pixel, VP ist informiert

32 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

33 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) Diplomarbeit: Vergleich Prismenbrille mit vollem versus terminalem Feedback –Transfer auf passive Hand