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Dec 04, 2023

가상 현실을 활용한 기립 균형에 대한 시각적 기여도 추정

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2594(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

감각 섭동은 균형의 기초가 되는 감각 통합 메커니즘을 평가하는 귀중한 도구입니다. 시스템 식별 접근 방식으로 구현되면 균형 적자를 정량적으로 평가하고 근본 원인을 분리하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 실험에는 제어된 섭동과 정교한 모델링 및 최적화 기술이 필요합니다. 여기에서는 모델 기반 결과 해석과 함께 움직이는 시각적 장면 실험의 가상 현실 구현을 제안하고 검증합니다. 이 접근 방식은 실험 구현을 단순화하고 표준화된 분석 루틴을 구현하는 플랫폼을 제공합니다. 가상현실 헤드마운트 디스플레이를 착용한 건강한 젊은 피험자 14명의 흔들림을 측정했습니다. 피험자들은 이틀 동안 기록된 일련의 정현파 또는 의사 무작위 방 또는 화면 기울기 시퀀스 동안 이동된 가상 방이나 방 내부의 화면을 보았습니다. 각각 5개의 진폭에 적용된 6분 길이의 의사 무작위 시퀀스 10\(\times\)에 대한 개체 간 비교에서 우리의 결과는 문헌의 실제 움직이는 화면 실험과 차이가 없음을 보여주었습니다. 우리는 독립 채널 모델을 사용하여 피드백 시스템의 역학을 특성화하는 매개변수와 함께 균형에 대한 시각적 기여도에 대한 직접적인 추정치를 제공하는 데이터를 해석했습니다. 6\(\times\) 20초 의사 무작위 시퀀스의 6회 반복에서 단일 대상 매개변수의 신뢰성 추정치는 테스트-재테스트 일치가 좋지 않은 것으로 나타났습니다. 추정된 매개변수는 매일 3번의 반복에 대해 평균을 내고 며칠 동안 비교할 때 탁월한 신뢰성을 보여줍니다(클래스 내 상관 관계, 시각적 가중치, 시간 지연 및 피드백 이득에 대한 ICC 0.7–0.9). 동요 반응은 시각적 장면에 크게 의존했는데, 고대비 추상 화면이 사실적인 방에 비해 더 큰 동요를 불러일으켰습니다. 결론적으로 우리가 제안한 가상 현실 접근 방식을 통해 연구자는 최소한의 구현 노력으로 균형에 대한 시각적 기여를 포함하여 균형 제어 역학을 안정적으로 평가할 수 있습니다.

인간은 균형을 유지하기 위해 감각 정보에 의존합니다1. 감각 입력의 제어된 교란은 감각 통합과 그 결손을 조사하는 강력한 도구입니다2,3,4,5,6. 그러나 제어된 감각 교란은 하드웨어 및 분석 기술 측면에서 구현하기 어렵습니다. 본 연구에서는 간단한 가상 현실(VR) 설정을 사용하여 감각 교란 실험을 제안하고 검증합니다. 우리는 Peterka5가 제안한 대로 단일 주제 수준에서 기록된 데이터의 모델 기반 해석을 추가로 사용합니다. 우리는 VR 실험과 모델 기반 해석의 조합이 시각적 감각 기여(가중치)의 정량적 추정을 포함하여 균형 제어 메커니즘의 역학을 안정적이고 쉽게 평가할 수 있음을 보여줄 것입니다.

균형 실험의 중요한 초점 중 하나는 균형 장애를 진단하기 위한 감각 통합과 그 결함을 평가하는 것입니다7,8. 두 발을 모으고 서거나 눈을 감는 등의 간단한 작업을 수행하는 동안에도 심각한 장애가 이미 눈에 띄게 나타납니다(롬베르그 자세)9. 힘판 측정을 사용한 자발적인 흔들림 평가와 같은 계측 균형 테스트는 보다 자세하고 객관적인 정보를 제공합니다8. 그러나 자발적인 흔들림 측정에는 감각 및 모터 시스템6에 내재된 알 수 없는 소음 특성과 내부 제어 역학을 분리하는 데 충분한 정보가 포함되어 있지 않습니다. 또한 부드러운 표면에 서 있거나 움직이는 시각적 장면(예: 기차 또는 버스)을 볼 때 일상 생활에서 발생하는 감각 충돌을 시스템이 어떻게 처리하는지에 대한 통찰력을 제공하지 않습니다. 따라서 시스템 자발적인 동요 상태에 대한 귀중한 정보를 제공하는 동시에 감각 통합6에 대한 제한된 정보만 제공합니다. 감각 가용성의 변화(단단하고 부드러운 지지, 눈을 뜨고/감는 등)를 사용하여 어느 정도 감각 통합을 평가할 수 있습니다2. 임상 환경에서 주로 사용되는 감각 제거를 기반으로 한 계측 구현은 감각 조직 테스트(SOT)10,11입니다. 세 가지 SOT 조건 내에서 지지 표면 및/또는 시각적 장면은 피사체의 흔들림('흔들림 참조'12)에 따라 이동됩니다. 이러한 조건에서 흔들림 참조 시스템은 공간에서의 신체 위치를 정확하게 인코딩하지 않습니다. 비정상적인 흔들림 동작이나 그러한 조건에서 서 있을 수 없다는 것은 균형 부족을 나타내며 영향을 받는 시스템에 대한 힌트를 제공합니다. SOT 점수에는 피험자의 자발적인 흔들림과 '떨어짐'이 포함됩니다. SOT 점수는 균형 결손을 밝힐 수 있지만, 다중 결손과 감각운동 상호작용의 복잡성 사이의 상호작용을 고려하지 않습니다. 따라서 시스템 역학 및 속성 자체를 드러내기보다는 시스템 상태에 대한 통찰력을 제공합니다.