Untersuchungen zur Visuomotorik des Menschen

Motorische Bewegungen werden über die visuelle Rückmeldung auf ihre Genauigkeit kontrolliert und ggf. korrigiert. Über einen technischen Eingriff, wie beispielsweise einer Prismenbrille, kann man eine Differenz zwischen optisch wahrgenommener und haptisch erlebter Umwelt erzeugen, um die Fähigkeiten des visuomotorischen Systems zu testen. In dieser Arbeit wurde eine computergestützte Methode entwickelt, eine solche visuomotorische Differenz zu simulieren. Die Versuchspersonen führen eine ballistische Bewegung mit Arm und Hand aus in der Absicht, ein vorgegebenes Ziel zu treffen. Die Trefferpunkte werden durch einen Computer mit Hilfe eines Digitalisierungstablettes aufgenommen. Die visuelle Umwelt, welche den Versuchspersonen präsentiert wird, ist auf einem Monitor dargestellt. Das Monitorabbild – ein Kreuz auf weißem Hintergrund – betrachten die Testpersonen über einen Spiegel. Dieser ist in einem entsprechenden Winkel zwischen Monitor und Digitalisierungstablett angebracht, so dass das Zielbild auf dem Digitalisierungstablett projiziert wird. Die Testpersonen nehmen das Zielkreuz auf dem Digitalisierungstablett liegend wahr. Führt die Versuchsperson eine Zielbewegung aus, können die aufgenommenen Koordinaten als Punkte auf dem Monitor dargestellt werden und die Testperson erhält über diese Punktanzeige ein visuelles Feedback ihrer Bewegung. Der Arbeitsbereich des Digitalisierungstabletts kann über den Computer eingerichtet und so motorische Verschiebungen simuliert werden. Die verschiedenartigen Möglichkeiten dieses Aufbaus wurden zum Teil in Vorversuchen getestet um Fragestellungen, Methodik und technische Einrichtungen aufeinander abzustimmen. Den Hauptversuchen galt besonderes Interesse an der zeitlichen Verzögerung des visuellen Feedbacks sowie dem intermanuellen Transfer. Hierbei ergaben sich folgende Ergebnisse: ● Die Versuchspersonen adaptieren an eine räumlich verschobene Umwelt. Der Adaptationsverlauf lässt sich mit einer Exponentialfunktion mathematisch berechnen und darstellen. ● Dieser Verlauf ist unabhängig von der Art des visuellen Feedbacks. Die Beobachtung der Handbewegung während der Adaptation zeigt die gleiche Zielabfolge wie eine einfache Punktprojektion, die den Trefferort der Bewegung darstellt. ● Der exponentielle Verlauf der Adaptationsbewegung ist unabhängig von den getesteten zeitlichen Verzögerungen des visuellen Feedbacks. ● Die Ergebnisse des Folgeeffektes zeigen, dass bei zunehmender zeitlicher Verzögerung des visuellen Feedbacks während der Adaptationsphase, die Größe des Folgeeffektwertes geringer wird, d.h. die anhaltende Anpassungsleistung an eine visuomotorische Differenz sinkt. ● Die Folgeeffekte weisen individuelle Eigenheiten auf. Die Testpersonen adaptieren verschieden stark an eine simulierte Verschiebung. Ein Vergleich mit den visuomotorischen Herausforderungen im Vorleben der Versuchspersonen ließ vermuten, dass das visuomotorische System des Menschen trainierbar ist und sich - je nach Trainingszustand – unterschiedlich an wahrgenommene Differenzen anpasst. ● Der intermanuelle Transfer konnte unter verschiedenen Bedingungen nachgewiesen werden. ● Ein deutlich stärkerer Folgeeffekt kann beobachtet werden, wenn die wahrgenommene visuomotorische Differenz zwischen Ziel und Trefferpunkt in eine Gehirnhälfte projiziert wird und der Folgeeffekt mit der Hand erfolgt, welche von dieser Hirnhemisphäre gesteuert wird. Der intermanuelle Transfer wird demnach begünstigt, wenn die visuelle Projektion der Fehlerbeobachtung in die Gehirnhälfte erfolgt, die während der Adaptationsphase motorisch passiv ist.Movement-precision is controlled by visual feedback. With technical means, e.g. prismgoggles, differences between optical perception and haptic experience can be induced to test the human visuomotoric system, specially its flexibility to compensate for induced differences between visual and haptic input. In this study a new computer-based method was developed to simulate a visuomotoric displacement: On a digitalisation tablet a target is presented which the subjects try to hit with a ballistic arm-movement. The subjects observe the target by looking into a mirror which projects a monitor picture - a black cross on a white background - onto the surface of the digitalisation tablet. The position of a hit is mapped by the tablet and can be presented as a point on the monitor. The subjects therefore see the target on the tablet and perceive their visual feedback of the movement by watching the presented points. The digitalizing area of the tablet is controlled by the PC and a visuomotoric difference can be simulated by displacing the area of the tablet. The interest of the main experiment is in time-delayed visual feedback and intermanual transfer. The results showed: • The subjects adapt to spatial displacement. The course of the adaptation can be calculated with an exponential function • The adaptation is independent from the type of visual feedback. Observed movements of the hand during the adaptation show the same results as observing only a projection of a point representing the mark set. • The exponential course of the adaptive process is independent from a tested delay of the visual feedback. • With increasing time-delay of the visual feedback, the strength of the “past-effect” decreases during adaptation. As a result, the efficiency of an adaptation decreases with increasingly delayed visual feedback. • The “past-effect” varies for individuals, i.e. subjects adapt differently to simulated displacements. A correlation between visuomotoric challenges in the subject’s history and the individual “past-effect” was detected. The human visuomotoric system is trainable and, depending upon its status, adapts differently to a perceived displacement. • The intermanual transfer was demonstrated under different conditions. • If the perceived visuomotoric difference between aim and hit-spot is projected in one brain hemisphere and the “past-effect” is performed with the hand controlled by this hemisphere, a clearly stronger “past-effect” can be observed. The intermanual transfer is therefore advantageous, if the hemisphere which is passive during the adaptation acquires the visual projection of the visuomotoric difference