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

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.

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

Dissoziation von Handeln und Wahrnehmung

• Ebbinghaus-Illusion

• Müller-Lyer-Täuschung

• ...– Wahrnehmung wird getäuscht– Greifhandlung erfolgt präzise– Befunde nicht unstrittig (Gegenfurtner, Gießen)

Das sensomotorische Kontrollsystem

motorischerPlan

FeedbackControllerFehlersignal

motorischesSystem

FeedforwardController

Plankopie

+

–

Sensorik

ZNS

Interne Modelle

ZNS

motorischerPlan

motorischesSystem

FeedbackController

+

– Fehlersignal

Efferenzkopie

Sensorik

Vorwärtsmodell

„inverses Modell“

FeedforwardController

(Reafferenz)

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

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

Hor

izon

tal D

evia

tion

from

Tar

get

[Pix

el]]

MP

JB

-450

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

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)

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