Øje -hånd -koordination - Eye–hand coordination

Hånd-øje-koordination (også kendt som øje-hånd-koordination ) er den koordinerede kontrol af øjenbevægelse med håndbevægelse og behandling af visuelt input for at guide rækkevidde og greb sammen med brug af proprioception af hænderne til at lede øjnene. Øje-hånd-koordinering er blevet undersøgt i så forskellige aktiviteter som bevægelse af faste genstande såsom træblokke, bueskydning, sportspræstationer, musiklæsning , computerspil, kopiering og endda te-fremstilling. Det er en del af mekanismerne til udførelse af dagligdagens opgaver; i dets fravær ville de fleste mennesker ikke være i stand til at udføre selv de enkleste handlinger, såsom at hente en bog fra et bord eller spille et videospil. Selvom det genkendes af udtrykket hånd -øje -koordination , refererer det uden undtagelse til medicinske kilder og de fleste psykologiske kilder til øje -hånd -koordination .

Udvikling

Øjen -forben -hypotesen

Eye -forelimb (EF) hypotesen antyder, at det primatiske visuelle system ændrede sig parallelt med håndens specialisering gennem en fælles evolutionær mekanisme. Det ultimative resultat blev præcis dybdeopfattelse, hastighed og nøjagtighed i hånden, når den griber.

Hvorfor har primater deres øjne rettet fremad, og hvorfor ikke krydsede nerver fra øjnene?

Hvorfor har alle primater inklusive mennesker deres øjne rettet lige frem? Og hvorfor har primater en optisk chiasme (OC), hvor næsten halvdelen (45 procent) består af ukrydsede nerver? Den traditionelle idé er, at en sådan vision kombineret med højkvalitets kikkert for at fremme dybt syn. En oversigtsartikel i Brain, Behavior and Evolution præsenterer imidlertid en ny "Eye -forelimb -hypotese" (EF -hypotese), der antyder, at den neurale arkitektur i primaternes visuelle system udviklede sig til et helt andet formål. EF -hypotesen postulerer, at det har en selektiv værdi at have korte neurale veje mellem områder i hjernen, der modtager visuel information om hånden og de motoriske kerner, der styrer håndens koordinering. Kernen i EF -hypotesen er, at evolutionær transformation i OC vil påvirke længden af ​​disse neurale veje.

En måde at teste hypotesen på er at sammenligne præcisionen og hastigheden af, lad os sige, venstre hånd, når der udføres opgaver i henholdsvis venstre og højre synsfelt. Flere sådanne forsøg er blevet udført. Selvom de ikke primært blev gjort for at teste EF -hypotesen, er resultaterne klart i overensstemmelse med hypotesen: en højere præcision og hastighed, så længe hånden arbejder i det ipsilaterale synsfelt. Berlucchi et al mener, at håndens reaktioner på visuelle stimuli, der præsenteres i det ipsilaterale synsfelt, er integreret i den kontralaterale halvkugle, hvilket resulterer i færre synapser for signalerne til at passere, hvilket resulterer i hurtigere motoriske færdigheder end med visuelle stimuli, der præsenteres mod- sideværts.

Primater bruger dygtigt deres hænder under opsyn af øjet

Primater og katte bruger dygtigt deres forreste lemmer under opsyn af øjet. Primater og katte (kat) har en høj andel af ipsilaterale nethindefremspring (IRP) (45% henholdsvis 30% IRP). Det faktum, at krokodiller, de fleste fugle og fisk mangler IRP, er også imødekommet af EF -hypotesen. Af anatomiske/funktionelle årsager har krokodiller, fugle og fisk kun lidt brug af det forreste lem i deres frontale rum. Den afrikanske klofrø Xenopus laevis har kun krydset fremspring inden metamorfosen, derefter udvikler den kikkert og forreste ekstremiteter med kløer. Xenopus laevis bruger sine kløer, når det fanger bytte foran frøen. Delfiner mangler IRP, hvilket er i overensstemmelse med hypotesen, fordi den forreste ekstremitet af delfinen (brystfinnen) kun bruges sideværts. Blandt pungdyr har tre træklatringsarter en høj andel IRP. Vombater (Vombatidae), har meget få IRP, hvilket er i overensstemmelse med EF -hypotesen, da det er en terrestrisk planteæder. Den slags fodring reducerer behovet for fremragende visuel kontrol af forfoden. De andre pungdyr falder mellem disse ekstremer.

EF -hypotesen giver nye perspektiver på menneskelig evolution. Dydig øjenhåndskontrol er typiske træk ved primater. Fossile beviser tyder på, at de første egentlige primater dukkede op for omkring 55 millioner år siden. Selv da ser det ud til, at hånden har været specialiseret til at have fat i. Tidlige primaterfædre kan have udviklet dette særlige greb for at opnå og spise blomster, nektar og blade i de distale grene af træer. Bloch og Boyer hævder, at håndens grebsevne udviklede sig før primaternes visuelle specialisering. EF -hypotesen indikerer derimod, at primatsynssystemet udviklede sig parallelt med håndens specialisering gennem en fælles evolutionær mekanisme. I princippet har en stigning i IRP en selektiv værdi hos dyr, der regelmæssigt bruger det forreste lem i det frontale synsfelt.

Adfærd og kinematik

Neurovidenskabsfolk har i vid udstrækning undersøgt menneskelig blikadfærd, hvor undersøgelser bemærkede, at brugen af ​​blikket er meget opgavespecifik, men at mennesker typisk udviser proaktiv kontrol til at styre deres bevægelse. Normalt fikseres øjnene på et mål, før hænderne bruges til at engagere sig i en bevægelse, hvilket indikerer, at øjnene giver rumlig information til hænderne. Den varighed, øjnene ser ud til at være låst på et mål for en håndbevægelse, varierer - nogle gange forbliver øjnene fikserede, indtil en opgave er afsluttet. Andre gange ser det ud til, at øjnene spejder fremad mod andre genstande, før hånden overhovedet griber og manipulerer objektet.

Øjenstyret håndbevægelse

Når øjne og hænder bruges til kerneøvelser, retter øjnene generelt bevægelsen af ​​hænderne mod mål. Desuden giver øjnene indledende information om objektet, herunder dets størrelse, form og muligvis greb om steder, der bruges til at bestemme den kraft, fingerspidserne skal udøve for at deltage i en opgave.

Ved sekventielle opgaver sker der øjenblikbevægelse under vigtige kinematiske begivenheder som f.eks. Ændring af en bevægelses retning eller når man passerer opfattede vartegn. Dette hænger sammen med øjnenes opgavesøgningsorienterede karakter og deres relation til bevægelse af hænderne og fejlene mellem motorsignaludgang og konsekvenser opfattet af øjnene og andre sanser, der kan bruges til korrigerende bevægelse. Øjnene har en tendens til at "refiksere" på et mål for at opdatere hukommelsen om dens form eller at opdatere for ændringer i dens form eller geometri i tegneopgaver, der involverer visuel input og håndbevægelse for at producere en kopi af det, der var opfattet. Ved opgaver med høj nøjagtighed stiger den tid, det tager at planlægge og udføre bevægelse, når man handler på større mængder visuelle stimuli lineært i henhold til Fitts lov .

Håndledede saccader

Mennesker har demonstreret evnen til at rette øjenbevægelse mod hånden uden syn ved hjælp af følelsen af proprioception , med kun mindre fejl relateret til intern viden om lemmernes position. Det er blevet vist, at proprioceptionen af ​​lemmer, i både aktiv og passiv bevægelse, resulterer i overskydende øjenskud, når hænderne bruges til at styre øjenbevægelser. Disse overskridelser skyldes kontrollen med øjensakader frem for tidligere bevægelse af hænderne i eksperimenter. Dette indebærer, at lembaseret proprioception er i stand til at blive transformeret til okulære motoriske koordinater til at lede øjen-saccades, hvilket giver mulighed for vejledning af saccades med hænder og fødder.

Neurale mekanismer

Den neurale kontrol af øje -hånd -koordination er kompleks, fordi den involverer alle dele af centralnervesystemet, der er involveret i synet: øjenbevægelser, berøring og håndkontrol. Dette omfatter øjnene selv, hjernebarken , subkortikale strukturer (såsom lillehjernen , basale ganglier og hjernestamme ), rygmarven og det perifere nervesystem . Andre områder, der er involveret i øje-hånd-koordination, der er blevet undersøgt mest intensivt, er frontale og parietale cortex- områder til kontrol af øjensakader og hånd-rækkevidde. Begge disse områder menes at spille en nøglerolle i øje -hånd -koordination og planlægning af bevægelser under opgaver.

Et mere specifikt område, parieto occipital junction , menes at være involveret i transformationen af ​​perifert visuelt input for at nå med hænderne, som fundet via fMRI . Denne region har især underinddelinger for rækkevidde, greb og saccades. Ud over parieto -occipital -krydset menes den bageste parietale cortex at spille en vigtig rolle i forbindelse med proprioception og transformation af motorisk sensorisk input til at planlægge og kontrollere bevægelse med hensyn til visuelt input.

Mange af disse områder viser udover at kontrollere saccader eller rækkevidde også øjenpositionssignaler, der er nødvendige for at omdanne visuelle signaler til motorkommandoer. Derudover viser nogle af de områder, der er involveret i rækkevidde, som den mediale intraparietale cortex, en blik-centreret omlægning af reaktioner under øjenbevægelser hos både aber og mennesker. Men når enkelte neuroner er registreret i disse områder, viser rækkeviddeområderne ofte nogle saccade-relaterede svar, og saccade-områderne viser ofte nogle rækkevidderelaterede svar. Dette kan hjælpe med øje -hånd -koordination eller antydning af cellernes evne til at koble sammen, da de bruges oftere.

Kliniske syndromer

Mange lidelser, sygdomme og funktionsnedsættelser har vist sig at resultere i afbrydelse af øjen -hånd -koordinationen på grund af skader på selve hjernen, degeneration af hjernen på grund af sygdom eller aldring eller en tilsyneladende manglende evne til at koordinere sanser fuldstændigt.

Aldring

Nedsat øje-hånd-koordination er blevet vist hos ældre voksne, især under højhastighed og præcise bevægelser. Dette er blevet tilskrevet den generelle degeneration af cortex, hvilket resulterer i et tab af evnen til at beregne visuelle input og relaterer dem til håndbevægelser. Mens ældre voksne har en tendens til at tage mere tid til denne slags opgaver, er de stadig i stand til at forblive lige præcise som yngre voksne, men kun hvis den ekstra tid er taget.

Bálints syndrom

Bálints syndrom er kendetegnet ved en fuldstændig mangel på øje -hånd -koordination og har vist sig at forekomme isoleret til optisk ataksi. Det er en sjælden psykologisk tilstand, der oftest skyldes skader bilateralt på den overlegne parieto-occipitale cortex. En af de mest almindelige årsager er fra slagtilfælde, men tumorer, traumer og Alzheimers sygdom kan også forårsage skade. Patienter med Balints syndrom kan lide af 3 hovedkomponenter: optisk apraxi, optisk ataksi og simultanagnosi. Simultanagnosia er, når patienter har svært ved at opfatte mere end et objekt ad gangen. Der har været tre forskellige tilgange til rehabilitering. Den første tilgang er den adaptive eller funktionelle tilgang. Det involverer funktionelle opgaver, der bruger en patients styrker og evner. Den anden tilgang er afhjælpende tilgang og involverer genoprettelse af det beskadigede centralnervesystem ved at træne perceptuelle færdigheder. Den sidste tilgang er multikontekst-tilgang, og denne tilgang indebærer at praktisere en målrettet strategi i et multimiljø med varierede opgaver og bevægelseskrav, sammen med selvbevidsthedsopgaver.

Optisk apraxi

Optisk apraxi er en tilstand, der skyldes en persons totale manglende evne til at koordinere øjen- og håndbevægelser. Selvom den ligner optisk ataksi, er dens virkninger mere alvorlige og stammer ikke nødvendigvis fra skader på hjernen, men kan opstå som følge af genetiske defekter eller degeneration af væv.

Optisk ataksi

Optisk ataksi eller visuomotorisk ataksi er et klinisk problem forbundet med skader på occipital -parietal cortex hos mennesker, hvilket resulterer i mangel på koordination mellem øjne og hånd. Det kan påvirke enten den ene eller begge hænder og kan være til stede i en del af synsfeltet eller hele synsfeltet. Optisk ataksi er ofte blevet anset for at være en forringelse af øje-hånd-koordination på højt niveau som følge af en kaskade af fejl i sensoriske til motoriske transformationer i den bageste parietale cortex. Visuel opfattelse, navngivning og læsning er stadig mulig, men visuel information kan ikke styre håndmotoriske bevægelser. Optisk ataksi er ofte blevet forvekslet med Balints syndrom, men nyere forskning har vist, at optisk ataksi kan forekomme uafhængigt af Balints syndrom. Optiske ataksipatienter har normalt problemer med at nå mod visuelle objekter på siden af ​​verden modsat siden af ​​hjerneskade. Ofte er disse problemer i forhold til den aktuelle blikretning og ser ud til at blive omlagt sammen med ændringer i blikretningen. Nogle patienter med skader på parietal cortex viser "magnetisk rækkevidde": et problem, hvor rækkevidde synes trukket i retning af blikket, selv når det afviges fra det ønskede greb.

Parkinsons sygdom

Voksne med Parkinsons sygdom er blevet observeret for at vise de samme svækkelser som normal ældning, kun i mere ekstrem grad, ud over et tab af kontrol over motoriske funktioner i henhold til normale symptomer på sygdommen. Det er en bevægelsesforstyrrelse og opstår, når der er degeneration af dopaminerge neuroner, der forbinder substantia nigra med caudatkernen. En patients primære symptomer omfatter muskelstivhed, langsom bevægelse, hvilende rysten og postural ustabilitet. Evnen til at planlægge og lære af erfaring har vist sig at tillade voksne med Parkinsons forbedringstider, men kun under forhold, hvor de bruger medicin til at bekæmpe virkningerne af Parkinsons. Nogle patienter får L-DOPA, som er en forløber for dopamin. Det er i stand til at krydse blod-hjerne-barrieren og optages derefter af dopaminerge neuroner og omdannes derefter til dopamin.

Se også

Referencer

Yderligere læsning