Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из зрительно-моторной координации )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Координация глаз-рука (также известная как координация рук и глаз ) - это скоординированный контроль движения глаз с движением руки и обработка визуальной информации для управления дотягиванием и хватанием вместе с использованием проприоцепции рук для направления глаз. Координация глаз и руки изучалась в таких разнообразных видах деятельности, как движение твердых предметов, таких как деревянные блоки, стрельба из лука, спортивные выступления, чтение нот., компьютерные игры, набор текста и даже приготовление чая. Это часть механизмов выполнения повседневных задач; в его отсутствие большинство людей не смогли бы выполнять даже простейшие действия, такие как брать книгу со стола или играть в видеоигры. Хотя это известно термином зрительно-моторная координация , все без исключения медицинские источники и большинство психологических источников относятся к зрительно-моторной координации . [ необходима цитата ]

Эволюция координации глаз и рук [ править ]

Гипотеза глаз-передних конечностей [ править ]

Гипотеза глаз-передняя конечность (EF) предполагает, что зрительная система приматов изменялась параллельно со специализацией руки посредством общего эволюционного механизма. Конечным результатом стало точное восприятие глубины, скорость и точность руки при захвате.

Почему у приматов глаза направлены вперед и почему от глаз не перекрещиваются нервы? [ редактировать ]

Почему у всех приматов, включая человека, глаза устремлены прямо вперед? И почему у приматов есть перекрест зрительных нервов (ОК), при котором почти половина (45 процентов) состоит из неперекрещенных нервов? Традиционная идея состоит в том, что такое зрение в сочетании с полноценным биноклем способствует глубокому зрению. [1] Тем не менее, обзорная статья в Brain, Behavior and Evolution [2]представляет новую «гипотезу глаз-передних конечностей» (гипотеза EF), которая предполагает, что нейронная архитектура зрительной системы приматов развивалась с совершенно другой целью. Гипотеза EF постулирует, что избирательное значение имеет короткие нейронные пути между областями мозга, которые получают визуальную информацию о руке, и двигательными ядрами, контролирующими координацию руки. Суть гипотезы EF заключается в том, что эволюционная трансформация ОК будет влиять на длину этих нервных путей.

Способ проверить гипотезу - это сравнить точность и скорость, скажем, левой руки при выполнении задач в левом и правом поле зрения соответственно. Было проведено несколько таких экспериментов. Хотя они не были сделаны в первую очередь для проверки гипотезы EF, результаты явно соответствуют гипотезе: более высокая точность и скорость, пока рука работает в ипсилатеральном поле зрения. [3] Берлуччи и др. [4] считают, что реакции руки на зрительные стимулы, представленные в ипсилатеральном поле зрения, интегрированы в контралатеральное полушарие, что приводит к меньшему количеству синапсов для передачи сигналов, что приводит к более быстрой моторике, чем со зрительными стимулами, предъявляемыми в противоположную сторону.

Приматы умело работают руками под присмотром глаз [ править ]

Приматы и кошки умело используют передние конечности под присмотром глаз. Приматы и представители семейства кошачьих (кошки) имеют высокую долю ипсилатеральных проекций сетчатки (IRP) (45% соответственно 30% IRP). Тот факт, что у крокодилов, большинства птиц и рыб отсутствует IRP, также согласуется с гипотезой EF. [5]По анатомическим / функциональным причинам крокодилы, птицы и рыбы мало используют переднюю конечность во фронтальном пространстве. Африканская когтистая лягушка Xenopus laevis до метаморфоза имела только скрещенные выступы, после чего у нее развиваются бинокулярное зрение и передние конечности с когтями. Xenopus laevis использует свои когти, когда ловит добычу, находящуюся перед лягушкой. У дельфинов отсутствует IRP, что согласуется с гипотезой, поскольку передняя конечность дельфина (грудной плавник) используется только сбоку. Среди сумчатых три древесных вида имеют высокую долю IRP. Vombater (Vombatidae) имеет очень мало IRP, что соответствует гипотезе EF, поскольку это наземное травоядное животное. Такой вид добычи снижает потребность в отличном визуальном контроле переднего отдела стопы. Остальные сумчатые попадают между этими крайностями.[6] .

Гипотеза EF предлагает новые взгляды на эволюцию человека. Хорошее управление глазами - типичная черта приматов. [7] [8] Ископаемые останки предполагают, что первые настоящие приматы появились около 55 миллионов лет назад. Даже тогда рука, кажется, была специализирована для захвата. Ранние предки приматы, возможно, развили эту особую хватку, чтобы получать и есть цветы, нектар и листья на дистальных ветвях деревьев. [9] Блох и Бойер утверждают, что способность захвата рук эволюционировала до визуальной специализации приматов. [10]Гипотеза EF, напротив, указывает на то, что система зрения приматов развивалась параллельно со специализацией руки через общий эволюционный механизм. В принципе, увеличение IRP имеет избирательное значение для животных, которые регулярно используют переднюю конечность во фронтальном поле зрения. [11]

Поведение и кинематика [ править ]

Нейробиологи широко исследовали поведение взгляда человека, при этом исследования показали, что использование взгляда очень специфично для задачи [12], но люди обычно демонстрируют упреждающий контроль, чтобы направлять свои движения. Обычно глаза фиксируются на цели до того, как руки используются для движения, что указывает на то, что глаза предоставляют пространственную информацию для рук. [13] Время, в течение которого взгляд кажется зафиксированным на цели движения руки, варьируется - иногда глаза остаются зафиксированными до тех пор, пока задача не будет завершена. В других случаях кажется, что глаза ищут другие интересные объекты еще до того, как рука схватит объект и начнет манипулировать им.

Движение руки, управляемое глазами [ править ]

Когда глаза и руки используются для основных упражнений, глаза обычно направляют движение рук к целям. [14] Кроме того, глаза предоставляют исходную информацию об объекте, в том числе его размер, форму и, возможно, места захвата, которые используются для определения силы, которую нужно приложить кончикам пальцев для выполнения задачи.

Для последовательных задач движение взгляда происходит во время важных кинематических событий, таких как изменение направления движения или прохождение воспринимаемых ориентиров. [15] Это связано с ориентированной на поиск задач природой глаз и их отношением к планированию движений рук, а также с ошибками между выводом моторного сигнала и последствиями, воспринимаемыми глазами и другими органами чувств, которые могут быть использованы для корректирующего движения. . Глаза имеют тенденцию «повторно фиксироваться» на цели, чтобы освежить память о ее форме, или обновляться при изменении ее формы или геометрии в задачах рисования, которые включают взаимосвязь визуального ввода и движения руки для создания копии того, что было воспринимается. [16]В задачах высокой точности при воздействии на большее количество визуальных стимулов время, необходимое для планирования и выполнения движения, увеличивается линейно в соответствии с законом Фиттса . [17]

Саккады с ручным управлением [ править ]

Люди продемонстрировали способность направлять движение глаз к руке без зрения, используя чувство проприоцепции , с небольшими ошибками, связанными с внутренним знанием положения конечностей. [18] Было показано, что проприоцепция конечностей как при активном, так и при пассивном движении приводит к выбросам глазной саккады, когда руки используются для управления движением глаз. Эти выбросы являются результатом контроля глазных саккад, а не предыдущих движений рук в экспериментах. [ необходима цитата ] Это означает, что проприоцепция, основанная на конечностях, способна преобразовываться в моторные координаты глаза, чтобы направлять саккады глаза, что позволяет управлять саккадами руками и ногами. [ цитата необходима]

Нейронные механизмы [ править ]

Нейронный контроль координации глаз и рук сложен, потому что он включает в себя все части центральной нервной системы, участвующие в зрении: движения глаз, прикосновение и управление руками. Сюда входят сами глаза, кора головного мозга , подкорковые структуры (например, мозжечок , базальные ганглии и ствол мозга ), спинной мозг и периферическая нервная система . Другими областями, участвующими в координации глаз и рук, которые изучены наиболее интенсивно, являются лобная и теменная кора.области для контроля саккад и досягаемости рук. Считается, что обе эти области играют ключевую роль в координации глаз и рук и в планировании движений во время выполнения заданий. [ необходима цитата ]

Считается, что более конкретная область, теменно- затылочное соединение , участвует в преобразовании периферических зрительных входов для достижения руками, что было обнаружено с помощью фМРТ . [19] Эта область, в частности, имеет подразделения для досягаемости, хватания и саккад. В дополнение к теменно-затылочному соединению, задняя теменная кора, как полагают, играет важную роль в связи проприоцепции и трансформации моторных сенсорных входных сигналов с планированием и контролем движений относительно визуальных входных сигналов. [20]

Многие из этих областей, помимо контроля саккад или досягаемости, также показывают сигналы положения глаз, которые необходимы для преобразования визуальных сигналов в двигательные команды. Кроме того, некоторые из областей, задействованных в досягаемости, например, медиальная интрапариетальная кора, демонстрируют перераспределение ответов во время движения глаз как у обезьян, так и у людей. Однако, когда в этих областях регистрируются одиночные нейроны, досягаемые области часто показывают некоторые ответы, связанные с саккадами, а области саккад часто показывают некоторые ответы, связанные с досягаемостью. Это может помочь в координации глаз и руки или намекнуть на способность клеток соединяться вместе, поскольку они используются чаще. [ необходима цитата ]

Клинические синдромы [ править ]

Было обнаружено, что многочисленные расстройства, заболевания и нарушения приводят к нарушению координации глаз и рук из-за повреждения самого мозга, дегенерации мозга из-за болезни или старения или очевидной неспособности полностью координировать чувства.

Старение [ править ]

Нарушения координации глаз и рук были обнаружены у пожилых людей, особенно во время высокоскоростных и точных движений. Это было связано с общей дегенерацией коры головного мозга, что привело к потере способности вычислять визуальные сигналы и связывать их с движениями рук. [21] Однако, хотя пожилые люди, как правило, тратят больше времени на такого рода задачи, они по-прежнему могут оставаться такими же точными, как и молодые люди, но только если на это требуется дополнительное время. [ необходима цитата ]

Синдром Балинта [ править ]

Синдром Балинта характеризуется полным отсутствием координации глаз и рук и, как было показано, возникает изолированно от атаксии зрительного нерва. [20] Это редкое психологическое состояние, чаще всего возникающее в результате двустороннего повреждения верхней теменно-затылочной коры. [22] Одна из наиболее частых причин - инсульт, но опухоли, травмы и болезнь Альцгеймера также могут вызывать повреждения. Пациенты с синдромом Балинта могут страдать от трех основных компонентов: апраксии зрительного нерва, атаксии зрительного нерва и симултанагнозии. [23] Симултанагнозия - это когда пациенту трудно воспринимать более одного объекта одновременно. [22]Существует три различных подхода к реабилитации. Первый подход - это адаптивный или функциональный подход. Он включает в себя функциональные задачи, в которых используются сильные стороны и способности пациента. Второй подход - лечебный и включает восстановление поврежденной центральной нервной системы путем тренировки навыков восприятия. Последний подход - это многоконтекстный подход, и этот подход включает в себя отработку целевой стратегии в множественной среде с разнообразными задачами и требованиями к движению, а также с задачами самосознания. [24]

Оптическая апраксия [ править ]

Апраксия зрительного нерва - это состояние, которое возникает в результате полной неспособности человека координировать движения глаз и рук. Хотя это похоже на атаксию зрительного нерва, его последствия более серьезны и не обязательно возникают из-за повреждения мозга, но могут возникать из-за генетических дефектов или дегенерации тканей. [ необходима цитата ]

Оптическая атаксия [ править ]

Атаксия зрительного нерва или зрительно-моторная атаксия - это клиническая проблема, связанная с повреждением затылочно-теменной коры у людей, что приводит к нарушению координации между глазами и рукой. Он может поражать одну или обе руки и может присутствовать как в части поля зрения, так и во всем поле зрения. [25] Атаксия зрительного нерва часто рассматривается как нарушение координации глаз и рук на высоком уровне, возникающее в результате каскада сбоев сенсорных преобразований в двигательные в задней теменной коре. Визуальное восприятие, наименование и чтение по-прежнему возможны, но визуальная информация не может направлять двигательные движения рук. [25]Атаксию зрительного нерва часто путают с синдромом Балинта, но недавние исследования показали, что атаксия зрительного нерва может возникать независимо от синдрома Балинта. [20] Пациенты с оптической атаксией обычно не могут дотянуться до визуальных объектов на стороне света, противоположной стороне повреждения мозга. Часто эти проблемы связаны с текущим направлением взгляда и, кажется, перераспределяются вместе с изменениями направления взгляда. У некоторых пациентов с повреждением теменной коры обнаруживается «магнитное досягаемость»: проблема, при которой кажется, что руки тянутся к направлению взгляда, даже когда они отклоняются от желаемого объекта захвата. [ необходима цитата ]

Болезнь Паркинсона [ править ]

У взрослых с болезнью Паркинсона наблюдаются те же нарушения, что и при нормальном старении, только в более крайней степени, в дополнение к потере контроля над моторными функциями в соответствии с нормальными симптомами болезни. [21] Это двигательное расстройство, возникающее при дегенерации дофаминергических нейронов, соединяющих черную субстанцию ​​с хвостатым ядром. Основные симптомы пациента включают мышечную ригидность, замедленность движений, тремор покоя и нестабильность позы. [26] Было показано, что способность планировать и учиться на собственном опыте позволяет взрослым с болезнью Паркинсона улучшаться, но только в условиях, когда они принимают лекарства для борьбы с последствиями болезни Паркинсона. Некоторым пациентам назначают L-ДОФА, который является предшественником дофамина. Он способен преодолевать гематоэнцефалический барьер, затем поглощается дофаминергическими нейронами и затем превращается в дофамин. [26]

См. Также [ править ]

  • Кинематика
  • Блок управления двигателем
  • Нейропластичность
  • Человеческие чувства
  • Компенсационная задача отслеживания
  • Хейроскоп

Ссылки [ править ]

  1. ^ Heesy, CP (2009). Видение в стерео: экология и эволюция бинокулярного зрения и стереопсиса приматов. Evol. Антрополь. 18, 21-35. DOI: 10.1002 / evan.20195.
  2. ^ Ларссон, М. (2011). Бинокулярное зрение и ипсилатеральные проекции сетчатки в зависимости от координации глаз и передних конечностей. Brain Behav. Evol. 77, 219-230. DOI: 10,1159 / 000329257.
  3. ^ Ларссон, М. (2013). Зрительный перекрест: поворотный момент в эволюции координации глаз и рук. Передний. зоол. 10, 41. DOI: 10.1186 / 1742-9994-10-41.
  4. ^ Berlucchi Г., цапля, У., Хайман Р., Rizzolat.G и Umilta, C. (1971). Время простых реакций ипсилатеральной и контралатеральной руки на латеральные зрительные стимулы. Мозг 94, 419-430.
  5. ^ Ларссон, М. (2011). Бинокулярное зрение и ипсилатеральные проекции сетчатки в зависимости от координации глаз и передних конечностей. Brain Behav. Evol. 77, 219-230. DOI: 10,1159 / 000329257.
  6. ^ Ларссон, М. (2011). Бинокулярное зрение и ипсилатеральные проекции сетчатки в зависимости от координации глаз и передних конечностей. Brain Behav. Evol. 77, 219-230. DOI: 10,1159 / 000329257.
  7. ^ Heesy, CP (2009). Видение в стерео: экология и эволюция бинокулярного зрения и стереопсиса приматов. Evol. Антрополь. 18, 21-35. DOI: 10.1002 / evan.20195.
  8. ^ Ларссон, М. (2011). Бинокулярное зрение и ипсилатеральные проекции сетчатки в зависимости от координации глаз и передних конечностей. Brain Behav. Evol. 77, 219-230. DOI: 10,1159 / 000329257.
  9. ^ Блох Ю.И., Бойер DM (2002): Щипцы примата происхождение. Наука 298: 1606–1610.
  10. ^ Блох Ю.И., Бойер DM (2002): Щипцы примата происхождение. Наука 298: 1606–1610.
  11. ^ Ларссон М., Бинокулярное зрение, перекрест зрительных нервов и их связи с двигательным поведением позвоночных. Frontiers in Ecol. Evol. 2015 - DOI: 10.3389 / fevo.2015.00089
  12. ^ Видони, ED; Маккарли, Дж. С.; Эдвардс, JD; Бойд, Лос-Анджелес (2009). «Ручные и глазодвигательные способности развиваются одновременно, но независимо во время непрерывного отслеживания». Экспериментальное исследование мозга . 195 (4): 611–620. DOI : 10.1007 / s00221-009-1833-2 . PMID  19436998 .
  13. ^ Йоханссон, RS; Вестлинг, G; Bäckström, A .; Фланаган-младший (2001). «Координация глаз и рук при манипулировании предметом» . Журнал неврологии . 21 (17): 6917–6932. CiteSeerX 10.1.1.211.9086 . DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.21-17-06917.2001 . PMC 6763066 . PMID 11517279 .   
  14. ^ Liesker, H .; Brenner, E .; Смитс, Дж. (2009). «Совмещать в поиске глаза и руки неоптимально» (PDF) . Экспериментальное исследование мозга . 197 (4): 395–401. DOI : 10.1007 / s00221-009-1928-9 . PMC 2721960 . PMID 19590859 .   
  15. ^ Bowman, MC; Johannson, RS; Фланаган-младший (2009). «Координация глаз и руки в задаче последовательного контакта с целью». Экспериментальное исследование мозга . 195 (2): 273–283. DOI : 10.1007 / s00221-009-1781-х . PMID 19357841 . 
  16. ^ Coen-Cagil, R .; Coraggio, P .; Napoletano, P .; Schwartz, O .; Ферраро, М .; Бокчиньоне, Г. (2009). «Визуомоторная характеристика движений глаз в задаче рисования». Исследование зрения . 49 (8): 810–818. DOI : 10.1016 / j.visres.2009.02.016 . PMID 19268685 . 
  17. ^ Lazzari, S .; Mottet, D .; Верчер, JL (2009). «Координация глаз и рук при ритмическом наведении». Журнал моторного поведения . 41 (4): 294–304. DOI : 10,3200 / JMBR.41.4.294-304 . PMID 19508956 . 
  18. ^ Рен, L .; Кроуфорд, JD (2009). «Преобразования координат для управляемых вручную саккад». Экспериментальное исследование мозга . 195 (3): 455–465. DOI : 10.1007 / s00221-009-1811-8 .
  19. Перейти ↑ Gomi, H. (2008). «Неявные онлайн-корректировки при движении». Текущее мнение в нейробиологии . 18 (6): 558–564. DOI : 10.1016 / j.conb.2008.11.002 .
  20. ^ a b c Джексон, SR; Ньюпорт, Р.; Husain, M .; Fowlie, JE; О'Донохью, М .; Баджадж, Н. (2009). «Возможно, нужно больше, чем кажется на первый взгляд: переосмысление оптической атаксии». Нейропсихология . 47 (6): 1397–1408. DOI : 10.1016 / j.neuropsychologia.2009.01.035 . PMID 19428405 . 
  21. ^ a b Boisseau, E .; Scherzer, P .; Коэн, Х. (2002). «Координация глаз и рук при старении и при болезни Паркинсона». Старение, нейропсихология и познание . 9 (4): 266–275. DOI : 10,1076 / anec.9.4.266.8769 .
  22. ^ a b Джексон; Swainson, GM; Mort, R .; Husain, D .; Джексон, М. (2009). «Внимание, конкуренция и теменные доли: выводы из синдрома Балинта». Psychol. Res . 73 (2): 263–270. DOI : 10.1007 / s00426-008-0210-2 . PMID 19156438 . 
  23. ^ Удесен, Х. (1992). «Синдром Балинта: зрительная дезориентация». Ugeskrift для Lægerer . 154 (21): 1492–94. PMID 1598720 . 
  24. ^ Аль-Хаваджа, И. Haboubi (2001). «Нейровизуальная реабилитация при синдроме Балинта» . J. Neurol. Нейрохирургия. Психиатрия . 70 (3): 416. DOI : 10.1136 / jnnp.70.3.416 . PMC 1737281 . PMID 11248903 .  
  25. ^ а б Браво-Маркес, JM; -1 # Ферро, Дж. М. Кастро-Калдас (1983). «Перекрестная атаксия зрительного нерва: возможная роль дорсальной звездочки» . J. Neurol. Нейрохирургия. Психиатрия . 46 (6): 533–9. DOI : 10.1136 / jnnp.46.6.533 . PMC 1027444 . PMID 6875586 .  
  26. ^ a b Карлсон, Н.Р. (2012). Физиология поведения (11-е изд.). Бостон: Пирсон. ISBN 978-0-205-23939-9.[ требуется страница ]

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Кроуфорд, JD; Medendorp, WP; Маротта, Дж. Дж. (2004). «Пространственные трансформации для координации глаз и рук». Журнал нейрофизиологии . 92 (1): 10–19. DOI : 10,1152 / jn.00117.2004 . PMID  15212434 .
  • Johansson, RS; Westling, G .; Bäckström, A .; Фланаган-младший (2001). «Координация глаз и рук при манипулировании предметом» . Журнал неврологии . 21 (17): 6917–6932. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.21-17-06917.2001 . PMID  11517279 .