Eye-hand coordination during adaptation to a novel visuomotor rotation task and underlying hemodynamic correlates: An eye tracking and functional near-infrared spectroscopy (fnirs) study

Abstract

Bu çalışmada yeni bir görsel-motor rotasyon görevine adaptasyon sürecinde göz-el koordinasyonundaki değişimler ve temelinde yatan sinirsel mekanizmalar incelenmiştir. Buna ek olarak, bu çalışmada geleneksel (doğrusal) rotasyon manipülasyonu ve dairesel rotasyon manipülasyonuna karşılaştırılmıştır. Tepki süresine, göz-el koordinasyonuna ve hemodinamik ölçümlere ilişkin değişmeler hem doğrusal hem de dairesel rotasyon görevleri için elde edilmiştir. Göz-el koordinasyonu yerel bileşenler aracılığı ile incelenmiştir: gözün hedefe ilk odaklanması ve hedef vurulması arasında geçen zaman; gözün hedefe ilk odaklanması ve elin hedefe varması arasında geçen zaman; elin hedefe varması arasında ve hedefin vurulması arasında geçen zaman ve gözün bir hedefe odaklanması ile bir sonraki hedefe odaklanması arasında geçen zaman. Doğrusal ve dairesel koşullara adaptasyon süreçlerinin temelinde yatan sinirsel mekanizmalar yerel oksijenlenmiş hemoglobin ve oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonu temelinde incelenmiştir. Çalışma boyunca alınan bütün ölçümler Büyüme Eğrisi Analizi kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçları tepki süresinin denemeler ilerledikçe azaldığını ve dairesel koşulun doğrusal koşula kıyasla daha uzun tepki süresine sebep olduğunu göstermiştir. Gözün hedefe ilk odaklanması ve hedefin vurulması arasında geçen süre ve gözün bir hedefe odaklanması ile bir sonraki hedefe odaklanması arasından geçen sürenin denemeler ilerledikçe azaldığı gözlenmiş ve bu sürelerin dairesel koşulda daha uzun olduğu gösterilmiştir. Son olarak, dairesel koşul doğrusal koşula göre daha yüksek oksijenlenmiş hemoglobin konsantrasyonuna sebep olurken, doğrusal koşul dairesel koşula kıyasla daha yüksek oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonu ile ilişkili bulunmuştur. Bu bulgu dairesel koşulun aktif olan bölgede doğrusal koşula göre daha yüksek oksijen tüketimine yol açtığını göstermiştir. Aktivite artışı gözlenen bölgeler literatür ile tutarlı olacak şekilde DLPFK ve VLPFK olmuştur.Anahtar kelimeler: Görsel-motor uyum, göz-el koordinasyonu, rotasyonbmanipülasyonu, hemodinamik tepki, oksihemoglobin konsantrasyonu, deoksihemoglobin konsantrasyonu

The present study investigated the changes in eye-hand coordination during adaptation to a novel visuomotor rotation task and the underlying neural correlates of this process. Plus, the present study provided a comparative analysis regarding traditional (linear) and circular trajectory manipulation. Changes related to reaction time, eye-hand coordination and hemodynamic measurements were obtained for both trajectory manipulations. Visual guidance was analyzed based on local components determined as time interval between first eye fixation on target and target hit (eye-to-shooting latency), time interval between first eye fixation on target and arrival of cursor on target (eye-to-hand latency), time interval between arrival of cursor in target area and target hit (hand-to-shooting latency), and time interval between first eye fixation on a target and first eye fixation on next target (eye-to-eye latency). Underlying neural correlates of adaptation to circular and linear conditions were examined based on local oxy-Hb and deoxy-Hb concentration. Growth Curve Analysis was used to analyze all measurements taken throughout the experiment. Result of the analysis indicated that reaction time decreased as trials progressed with circular condition resulted in longer reaction time. Eye-to-shooting and eye-to-eye shooting latencies significantly decreased throughout trials, which were longer for circular condition. Finally, circular condition resulted in higher oxy-Hb concentration than linear condition while linear condition was paired with higher deoxy-Hb concentration than circular condition, which indicated circular trajectory condition required more oxygen consumption in the activated region. Increases in hemodynamic activity were localized in DLPFC and VLPFC, consistent with previous research.Keywords: Visuomotor adaptation, eye-hand coordination, trajectory manipulation,hemodynamic response, oxy-Hb concentration, deoxy-Hb concentration