仮想現実実験生理学的対策
Summary
バーチャル ・ リアリティ (VR) 実験を実装し、綿密な計画を必要とすることは困難にすることができます。このプロトコルでは、設計および実装 VR 実験人間の参加者から生理学的データを収集する方法について説明します。このプロセスを加速する仮想環境 (イブ) フレームワークで実験を採用します。
Abstract
バーチャルリアリティ (VR) の実験は、実世界の観測と実験、それぞれに比べて内部および外部妥当性のためますます用いられます。VR は地理的な視覚と空間的行動の調査の場合に特に便利です。空間動作の研究、VR は、ナビゲーションと生理学的措置との関係を研究するためのプラットフォームを提供します (など.、皮膚コンダクタンス、心拍数、血圧が上昇する)。具体的には、生理学的措置は新規質問に対処し、制約空間能力、戦略、およびパフォーマンスの以前の理論研究者を許可します。たとえば、ナビゲーション性能の個人差は、覚醒の変化は、作業の難易度の効果を仲介する程度によって説明されるかもしれない。ただし、設計および VR 実験の導入における複雑さは実験者の主な研究目標から気をそらすし、不正データの収集と分析をご紹介できます。これらの課題に対応するには、実験で仮想環境 (イブ) フレームワークにはコントロールの訓練参加者など標準化されたモジュールが含まれますインターフェイス、データ収集、アンケートを用いた生理の同期測定、およびデータ ストレージ。イブは、データ管理、可視化、および評価のために必要なインフラストラクチャを提供します。本論文では、生理学的センサーと VR でナビゲーション実験を行う前夜フレームワークを採用したプロトコルについて説明します。プロトコルは、募集参加者、生理学的センサーを取り付け、イブを使用してとイブ評価ツールで収集したデータを評価する実験を実施するのに必要な手順を一覧表示します。全体的に、このプロトコルは生理学的センサーの設計と VR 実験の実装を合理化することにより将来の研究を促進します。
Introduction
認知科学1,2,3、神経科学4、5、およびコンピューター科学6を含めて、いくつかのフィールドに対して重要な意味は、個人の移動を理解すること,7します。 ナビゲーションは、リアルとバーチャルの両方の環境で検討されています。実世界の実験の 1 つの利点は、ナビゲーション制御インターフェイスの仲介を必要としない従ってより現実的な空間動作を生成可能性があります。バーチャルリアリティ (VR) 実験で行動のより正確な測定は、対照的に、(e.g、軌道を歩く) および生理学的 (e.g。、心拍数) より実験的コントロールと同様に、データ (すなわち。、内部。妥当性)。ターンでは、このアプローチは、データの簡単な解釈とナビゲーションのためより強力な理論でなることができます。さらに、神経科学できる恩恵 VR 研究参加者が仮想環境で従事している間、ナビゲーションに関わる神経基盤を調べることができますが、物理的に移動できません。コンピューター科学者、VR でのナビゲーションの没入型の経験を確保するために、電源、メモリ、およびコンピュータ グラフィックスの処理に固有の開発が必要です。VR 実験からの調査結果は、建物の設計を知らせることによってアーキテクチャおよび地図作成にも適用できますレイアウト8とマップ機能9実世界ナビゲーションを容易にします。最近では、そのコストの劇的な低下と組み合わせる VR 技術の進歩は、研究所、実験的デザインの VR を用いた数の増加につながっています。この人気の高まりのため研究者は、VR アプリケーションの実装を合理化し、実験ワークフローを標準化する方法を考慮する必要があります。このアプローチは理論の発展に実装からシフト リソースを支援し、VR の既存の機能を拡張します。
VR 設定の範囲からより少ない表示とコントロールの面で現実的なです。現実的な VR 設定は大規模な追跡スペースなど、高解像度の追加のインフラストラクチャが表示されます10を要求する傾向があります。これらのシステムは、多くの場合ごくわずかな回転および翻訳にユーザーに提供される視覚的なフィードバックを注入するためにリダイレクトされた歩行アルゴリズムを採用して、参加者が11を移動できる仮想環境を効果的に拡大,12.13環境構造の知識が不要の一般化や予測というユーザー14のための特定のパスにこれらのアルゴリズムをすることができます。リダイレクトされた歩行に関するほとんどの研究では、ヘッドマウントディス プレイ (Hmd) を使用していますが一部の研究者が大きな投影システムの一部として歩く場所この技術のバージョンを採用 (e.g。、洞窟)15。Hmd は、参加者の頭の上行うことが、洞窟表示より広い水平視野16,17を提供する傾向があります。ただし、デスクトップのディスプレイ18,19を用いた VR システムの以下のインフラストラクチャが必要です。科学的研究は、20、21,22、スキャン後の fMRI との組み合わせでとの組み合わせをスキャン中に機能的磁気共鳴画像 (fMRI) との組み合わせでの VR システムを採用しているも脳波 (EEG)23,24を記録中。ソフトウェア フレームワークは、さまざまな表示およびナビゲーションの研究に使用される制御を調整するために必要です。
VR と生理学的データを組み込んだ研究データ集録や同期など課題が追加。しかし、生理学的データは、ナビゲーション潜在的・空間的挙動との関係を仲介することができる暗黙的なプロセスの調査のためことができます。デスクトップ VR と異なる生理学的センサーの組み合わせを使用してストレスとナビゲーションの関係を研究されている確かに、(すなわち、心拍数、血圧、皮膚コンダクタンス、唾液中コルチゾール濃度および α-アミラーゼ)25 。,26,27,28. ヴァン Gerven および同僚の29がナビゲーション戦略と仮想現実バージョンのモリス水迷路課題といくつかの生理学的な対策を使用してパフォーマンスのストレスの影響を調査するたとえば、(e.g、皮膚。コンダクタンス, 心拍数, 血圧)。その結果ストレスが画期的な使用の観点からナビゲーション戦略を予測したことを明らかにした (すなわち。 呈示と自己中心的な、) がナビゲーションのパフォーマンスに関連していなかった。一般的に、ナビゲーション性能と空間記憶に及ぼす応力に関する以前の研究からの知見はやや一貫性のあります。このパターンは、ストレッサーの分離に起因する可能性があります (e.g、寒冷昇圧手順26、スター ミラー トレース タスク25) 実際のナビゲーション タスク、シンプルな迷路のような仮想環境 (の使用から。例えば., 仮想のモリス水迷路26, 仮想放射状迷路28) と方法論の詳細の違い (e.g。、ストレッサーの種類の生理学的データの種類)。収集された生理学的なデータのフォーマットの違いは、実装とそのような研究の解析の問題が発生ことができます。
仮想実験 (イブ) フレームワークの実験を容易に設計、実装、およびその他の周辺機器との特にそれら VR 実験の解析 (e.g。、目トラッカー、生理学的デバイス)30。イブ フレームワークは GitHub (https://cog-ethz.github.io/EVE/) 上のオープン ソース プロジェクトとして自由に利用できます。このフレームワークは、人気のあるユニティ 3 D ゲーム エンジン (https://unity3d.com/) および MySQL データベース管理システム (https://www.mysql.com/) に基づいています。研究者は、制御インターフェイスでは、主要なナビゲーション タスク トレーニング前と研修後アンケート、生理データの基準測定値を含む VR 実験の様々 な段階を準備するために前夜のフレームワークを使用でき、移動環境の空間記憶のテスト (e.g。、相対的な方向の判断)。実験者は、さまざまなソースから、さまざまなレベルの集計でデータの同期を制御することも (e.g。、試験、ブロック、またはセッション間で)。データ ソースは、物理的な可能性があります (すなわち。 ユーザーに接続されている、材料表を参照してください) または仮想 (すなわち。 参加者のアバターと仮想環境の間の相互作用に依存して、)。たとえば、実験では、その参加者のアバターが仮想環境の特定の領域を移動したときに心拍数と参加者から位置/方向を記録を必要があります。このデータをすべて自動的に MySQL データベースに格納、再生機能と R パッケージevertools (https://github.com/cog-ethz/evertools/) と評価。Evertools エクスポート関数、基本的な記述統計と診断ツールはデータの分布。
イブ フレームワークはさまざまな物理インフラストラクチャと VR システムを配備できます。この議定書は、スイス連邦工科大学チューリッヒ (図 1) に NeuroLab で 1 つの特定の実装について述べる.NeuroLab は脳波実験、VR システム (2.6 m × 2.0 m) および生理学的センサーを取り付けるための仕切られたエリアを含むキュービクルの分離室を含む 6 m の部屋で 12 m です。VR システムには、55″超高精細テレビ表示、ハイエンドのゲームのコンピューター、ジョイスティック コントロール インターフェイスといくつかの生理学的センサー (材料の表を参照) が含まれます。次のセクションで我々 はストレスとナビゲーション、イブのフレームワークと生理学的センサー、1 つの研究から現在の代表的な結果を使用して NeuroLab のナビゲーション実験を行なうためのプロトコルを記述して機会を話し合うこのシステムに関連付けられている課題。
Protocol
Representative Results
Discussion
本論文では前夜のフレームワークを使用して生理学的デバイスと VR の実験を行うためのプロトコルについて述べる。実験のこれらの種類は、追加のハードウェアに関する考慮事項のためユニークな (e.g。、生理学的なデバイスなどの周辺機器)、VR、およびデータ管理の要件を使用して生理学的データを収集するための準備手順。現在のプロトコルは、同時に複数の周辺機器からデータ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
仮想環境は、仮想現実の研究 VI ゲーム (http://www.vis-games.de) によって提供された親切。
Materials
| Alienware Area 51 Base | Dell | 210-ADHC | Computation |
| 138cm 4K Ultra-HD LED-TV | Samsung | UE55JU6470U | Display |
| SureSigns VS2+ | Philips Healthcare | 863278 | Blood Pressure |
| PowerLab 8/35 | AD Instruments | PL3508 | Skin Conductance |
| PowerLab 26T (LTS) | AD Instruments | ML4856 | Heart Rate |
| Extreme 3D Pro Joystick | Logitech | 963290-0403 | HID |
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