Измерение количественных характеристик перцепции с использованием моторного человеко-компьютерного интерфейса Hand tracker

Показаны возможности применения сугубо инструментального объективного количественного метода hand tracking для измерения характеристик перцепции стимулов различной модальности в реальном масштабе времени.

Метод основан на измерении динамической погрешности выполнения испытуемым с помощью бесконтактного ручного манипулятора задачи моторного управления реальным или виртуальным (генерируемым компьютером) стимулом. Свое название метод получил по аналогии с айтрекингом, так как в обоих случаях измерение психофизиологических характеристик осуществляется путем контроля параметров моторных актов испытуемого во время тестирования.

Приведены результаты использования метода, реализованного в форме программно-аппаратного комплекса Hand tracker, на примерах изучения восприятия виртуальных стимулов «угол ориентации отрезка» и «цвет фигуры на фоне».

В первом случае для здоровых испытуемых получены индивидуальные диаграммы точности восприятия угла наклона отрезка, которые позволили идентифицировать параметры нейронной модели первичного распознавателя угла наклона отрезка. Во втором случае установлено, что у пациентов с очаговыми поражениями головного мозга пороги цветоразличения выше, чем в норме и, в отличие от здоровых, не зависят от семантического содержания стимула.

Так как программно-аппаратный комплекс Hand tracker позволяет одновременно независимо управлять несколькими (до восьми) параметрами звуковых и зрительных стимулов, то перспективы развития метода могут быть связаны с исследованием межмодального взаимодействия, а также с изучением коллективного поведения, когда разные члены команды управляют разными параметрами стимула, пытаясь решить общую задачу.

В статье затрагивается также вопрос о реализации метода hand tracking в форме специальных приложений для смартфонов со встроенными сенсорами движения. Так как смартфоны все шире распространяются среди населения, то создание мобильных версий метода открывает перспективу эпидемиологических исследований перцепции (первичных когнитивных функций) с учетом региональной, возрастной, гендерной, социальной и иной стратификации популяций.

1. Антонец В.А., Полевая С.А., Казаков В.В. Hand tracking. Исследование первичных когнитивных функ­ций человека по их моторным проявлениям. В кн.: Совре­менная экспериментальная психология. Том 2. Под ред. Барабанщикова В.А. М: Институт психологии РАН; 2011; с. 39–55.
2. Ярбус А.Л. Роль движений глаз в процессе зрения. М: Наука; 1965.
3. Bouguer P. Sur la meilleure méthode pour observer l’altitude des étoiles en mer et Sur la meilleure méthode pour observer la variation de la boussole en mer. Paris; 1727.
4. Weber E.H. De pulsu, resorptione, auditu et tactu. Leipzig: Koehler; 1834.
5. Weber E.H. Der Tastsinn und das Gemeingefühl. In: Wagner R. (editor). Handwörterbuch der Phisiologie. Vol. III. Brunswick: Vieweg; 1846; p. 481–588.
6. Fechner G.T. Elemente der Psychophysik. Leipzig: Breitkopf und Härtel; 1860.
7. Stevens S.S. On the psychophysical law. Psychol Rev 1957; 64(3): 153–181, https://doi.org/10.1037/h0046162.
8. Ломов Б.Ф. Справочник по инженерной психологии. М: Машиностроение; 1982.
9. Антонец В.А., Ковалёва Э.П., Зевеке А.В. и др. Новые человеко-машинные интерфейсы. В кн.: Нели­ней­ные волны. Синхронизация и структуры. Ч. 2. Под ред. Рабиновича М.И., Сущика М.М., Шалфеева В.Д. Н. Нов­город: Издательство Нижегородского государственного университета; 1995; c. 87–98.
10. Сеченов И.М. Физиология нервных центров. СПб; 1891.
11. Антонец В.А., Ковалёва Э.П. Оценка управления статическим напряжением скелетной мышцы по ее микродвижениям. Биофизика 1996; 41(3): 711–717.
12. Антонец В.А., Ковалёва Э.П. Статистическое моде­ли­рование непроизвольных микроколебаний конеч­ност­и. Биофизика 1996; 41(3): 704–710.
13. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Казаков В.В., Тима­нин Е.М. Количественная оценка восприятия частоты звуков слуховым анализатором. В кн.: XI сессия Рос­сийского акустического общества. М; 2001; с. 180–183.
14. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Грибков А.Л., Каза­ков В.В., Тиманин Е.М. Количественная оценка восприятия частоты звуков человеком с использованием управляемого звукового генератора. В кн.: XIII сессия Российского акустического общества. Том 3. М; 2003; с. 107–110.
15. Antonets V.A., Kazakov V.V., Anishkina N.M. Quantitative evaluation of tonal sound frequency perception by a man. Biophysics 2010; 55(1): 104–109, https://doi.org/10.1134/s0006350910010173.
16. Антонец В.А., Антонец М.А., Казаков В.В., Иль­ин Н.Э., Кальвасер И.Б., Крюков А.Ю., Погодин В.Ю., Поле­вая С.А. Программно-аппаратный комплекс «Handtracker» для изучения первичных когнитивных функций человека по их моторным проявлениям. В кн.: Экспериментальный метод в структуре психологического знания. М: Институт психологии РАН; 2012; с. 317–318.
17. Антонец В.А., Антонец М.А., Погодин В.Ю., Крю­ков А.Ю., Ильин Н.Э. Лабораторная и мобильная вер­­сии метода handtracking для исследования пер­вич­ных когнитивных функций человека по их мотор­ным проявлениям. В кн.: Процедуры и методы экспе­риментально-психологических исследований. Под ред. В.А. Ба­ра­банщикова. М: Институт психологии РАН; 2016; с. 639–645.
18. Яхно В.Г, Нуйдель И.В., Иванов А.Е. Модельные нейроноподобные системы. Примеры динамических про­цессов. В кн.: Нелинейные волны — 2004. Под ред. Гапонова-Грехова А.В., Некоркина В.И. Н. Новгород: ИПФ РАН; 2004; с. 362–375.
19. Яхно В.Г., Полевая С.А., Парин С.Б. Базовая архи­тектура системы, описывающей нейробиологические меха­низмы осознания сенсорных каналов. В кн.: Когнитивные исследования. Том 4. М: Институт психологии РАН; 2010; p. 273–301.
20. Антонец В.А., Нуйдель И.В., Полевая С.А. Адап­тив­ный симулятор: компьютерная технология для ре­конструкции ориентационных модулей зрительной коры человека. В кн.: Материалы XVI международной конференции по нейрокибернетике. Том 2. Ростов-на-Дону; 2012; с. 142–145.
21. Buxhoeveden D.P., Casanova M.F. The minicolumn hypothesis in neuroscience. Brain 2002; 125(5): 935–951, https://doi.org/10.1093/brain/awf110.
22. Русак Л.В., Калина В.А., Стасевич Н.А. Компьютер­ная графика. Минск; 2009.
23. URL: http://ma-tec.ru/handtracker.html.

Antonets V.A. Quantification of Human Perception Using the Motor Human-Computer Interface Hand Tracker. Sovremennye tehnologii v medicine 2019; 11(1): 141, https://doi.org/10.17691/stm2019.11.1.16