具有本体感觉增强的虚拟现实会影响动作模仿的运动学特性

《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》：Proprioceptive-augmented virtual reality influences the kinematic properties of movement imitation

　　

摘要

背景

虚拟现实技术已被视为康复领域的工具，可用于创建更为真实、互动且富有吸引力的环境，从而增强患者的身体感知能力，进而可能提升治疗效果。先前的研究显示，将动作观察与体感刺激相结合，有望进一步提升训练效果。本研究旨在探讨在虚拟现实环境中结合人类动作观察与本体感觉刺激的方案——即本体感觉增强型虚拟现实技术，是否能提高参与者模仿虚拟现实中动作动态特性的能力。

方法

23名健康的年轻人被要求模仿在沉浸式虚拟现实环境中观察到的前臂屈伸动作的特征，他们有的接受80赫兹的肌肉肌腱振动刺激，该刺激能产生与观察方向一致的虚假运动感知；有的则不接受该刺激。模仿任务可以在刺激结束后进行，也可以在刺激的同时进行。研究者评估了参与者再现虚拟形象的平均速度和最大速度的能力（再现误差），并计算了虚拟形象与参与者动作轨迹之间的均方根误差。此外，在两种条件下完成模仿任务后，都通过问卷调查了参与者的身体感知程度，同时评估了本体感觉增强型虚拟现实技术和普通虚拟现实技术所引发的感官体验强度。

结果

在离线模仿任务中，本体感觉增强型虚拟现实技术条件下的再现误差低于普通虚拟现实技术条件，而在在线模仿任务中则情况相反。离线任务中，两种技术的均方根误差没有差异，但在在线任务中，本体感觉增强型虚拟现实技术的均方根误差更高。在所有测试的维度（身体所有权感、行动掌控感、身体位置感知）上，本体感觉增强型虚拟现实技术都能比普通虚拟现实技术带来更强的身体感知能力和更高的感官体验强度。

结论

这些研究结果表明，在离线模仿任务中，本体感觉增强型虚拟现实技术条件下的本体感觉刺激有助于提升动作再现能力，这很可能得益于该条件下较强的身体感知能力和更高的感官体验强度。这说明肌肉肌腱振动能够增强人们在虚拟现实中的自我运动感知，为开发更丰富的交互策略提供可能，也为感觉运动功能康复带来了广阔的应用前景。