Als er één bekend geluid is wanneer een vrijwilliger een interactief apparaat uitprobeert dat elektrische spierstimulatie gebruikt, het is waarschijnlijk lachen. Zelfs voor ervaren gebruikers van de technologie, het gevoel van een machine die uw lichaam bestuurt, voelt onnatuurlijk en vreemd aan. Iets in de ervaring verstoort het gevoel van keuzevrijheid van mensen - het gevoel controle te hebben over iemands acties - wat het potentieel van de technologie zou kunnen belemmeren om het leren te verbeteren en virtual reality realistischer te maken.

Als Asst. Prof. Pedro Lopes verkende apparaten door middel van een mens-computer-interfacelens, eerst in zijn doctoraatswerk aan het Hasso Plattner Instituut in Duitsland en nu aan de Universiteit van Chicago, hij raakte geïnteresseerd in de vraag of agency kan worden gemeten, gecontroleerd of zelfs hersteld tijdens het gebruik van dergelijke apparaten. In twee recente baanbrekende papers, Lopes en medewerkers zijn op het spoor van agentschap, alles gebruiken, van pitching-machines tot fMRI-hersenscanners.

"We begonnen met de vraag:moet elektrische spierstimulatie altijd zo onnatuurlijk, of is er iets dat we kunnen doen om het meer in overeenstemming te brengen met je eigen wil?' zei Lopes. 'Ik denk dat we net begonnen zijn om het te beantwoorden, maar er zijn oneindig veel manieren om naar dit ding te kijken, omdat het zo'n filosofische vraag is."

Het onderzoek naar het bureau begon met een eenvoudige demo uitgevoerd op een conferentie in 2018 door Jun Nishida, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago:kan elektrische spierstimulatie mensen helpen een marker te vangen die door een andere persoon op korte afstand is gevallen?

Het deed, en zoals verwacht, de meeste vrijwilligers schreven de actie toe aan de machine, niet hun eigen reflexen. Maar een kleine minderheid van de deelnemers was het daar niet mee eens, zeggen dat de stimulatie, bekend als EMS, mogen niet aan hebben gestaan ​​omdat ze de marker zonder hulp vingen.

Die uitschieters inspireerden een experiment waarbij Lopes, Nishida en Shunichi Kasahara van Sony Computer Science Laboratories passen de timing aan wanneer EMS een gebruiker ertoe aanzet een bepaalde taak uit te voeren, zoals het indrukken van een knop als reactie op een stimulus, of meer geavanceerde acties zoals het fotograferen van een snel bewegende honkbal. Ze ontdekten dat er een tijdsperiode is waarin het voor gebruikers erg moeilijk wordt om onderscheid te maken tussen hun eigen acties en die welke door EMS worden gegenereerd.

"Als we het heel vroeg doen, zal het heel kunstmatig aanvoelen, omdat je iets volkomen bovenmenselijks doet:je raakt een bal veel sneller of je grijpt de pen super vroeg, "Zei Lopes. "Maar als we de stimulatie een klein beetje zouden doen voordat je het normaal gesproken zelf zou doen, je merkt misschien niet eens dat dit de spierstimulatie was en niet jij. Je hebt het gevoel dat je het gedaan hebt."

In die studie, proefpersonen werd na de taak mondeling gevraagd of ze het gevoel hadden dat ze het zelf deden of dat ze werden geholpen door het EMS-apparaat. In een recente krant, Lopes ging dieper, rechtstreeks uit de hersenen van de deelnemers horen of ze keuzevrijheid voelden door de elektrische activiteit ervan te meten tijdens een virtual reality-taak.

In een virtual reality-omgeving, gebruikers werden gevraagd om een ​​virtuele doos aan te raken. Juist toen hun vingers contact maakten met de virtuele doos, ontvingen ze visuele feedback, of visuals vergezeld van trillingen op hun vingertoppen, of al het bovenstaande ook gepaard gaat met spierstimulatie. Maar in een bepaalde subset van proeven, die feedback was "fout, " die zich voordeed voordat de gebruiker de doos leek aan te raken. Toen deze mismatch optrad, onderzoekers zagen een opmerkelijke verandering in de elektrische activiteit van de hersenen - een neuraal signaal dat de virtual reality-ervaring minder realistisch was.

"Je hersenen hebben een redelijk goede detector om te zien of je het gevoel hebt dat je er bent, "Zei Lopes. "Het is een soort dynamische meting van hoe je je voelt in die virtuele werelden, ook al hoef je het niet te melden."

Dat project sloot aan bij een gelijktijdige samenwerking tussen Lopes en neurowetenschappers van University College London &FU Berlin, die EMS en fMRI wilden gebruiken om te zoeken naar hersengebieden die onderscheid maken tussen zelf gegenereerde en extern gegenereerde beweging. De vraag weerspiegelt de selectieve aard van aanraking, waar sommige sensaties, zoals van uw vingers tijdens het zoeken naar een muntstuk in uw zak, kunnen extreem gevoelig zijn, terwijl anderen, zoals de beweging van uw armen van en naar de zak, zijn vrijwel onmerkbaar.

Lopes hielp bij het ontwerpen van een systeem waarbij deelnemers aan een fMRI-scanner werd gevraagd om hun middelvinger te buigen met of zonder hulp van EMS, het ontvangen van een tactiele stimulus die het aanraken van een hard oppervlak bij de helft van de proeven simuleert. Met deze opstelling konden onderzoekers de motorische en sensorische systemen van de hersenen uit elkaar halen, en zoek naar het hersengebied dat deze reacties mogelijk afstemt. De gegevens wezen op een gebied dat de achterste insulaire cortex wordt genoemd, die sterk reageerde op aanraking tijdens zelfgegenereerde beweging, maar niet tijdens EMS-stimulatie.

"Het suggereert dat er eigenlijk een mechanisme is dat aan aanraking is gekoppeld dat controleert op autoriteit en deze invoer reguleert, wat zou kunnen verklaren waarom we zo snel van het ene naar het andere kunnen wisselen, als het van bovenaf is, ' zei Lopes. 'Dat kleine proces lijkt te weten wat er aan de hand is.'

Door in te zoomen op dit hersengebied en de elektrische activiteit ervan, kunnen ingenieurs de volgende golf van EMS-apparaten ontwerpen. Het monitoren van de hersenactiviteit van een gebruiker kan ontwikkelaars helpen te weten, zonder te vragen, of een virtual reality-ervaring als echt wordt ervaren, zodat ze de software daarop kunnen afstemmen. Breder, het behouden van een gevoel van keuzevrijheid bij de gebruiker kan EMS effectiever maken om iemand te leren hoe hij een fysieke handeling moet uitvoeren, zoals het verbeteren van een tennisslag of het bespelen van een instrument.

"Het volgende dat we proberen te zien is, met behulp van deze precieze timings die u helpen een beetje sneller te zijn, maar u toch veel keuzevrijheid bieden, heeft dit invloed op de manier waarop je met zo'n systeem zou leren?" zei Lopes. "Het zou je niet dramatisch verbeteren, omdat we weten dat als het te veel afwijkt van je verwachting, je gaat het niet geloven. Deze kleinere veranderingen kunnen je het gevoel geven dat je aan het verbeteren bent en geven je veel kansen om beter te worden."