The Hand-Blink Reflex (HBR) is a subcortical defensive reflex, induced by electrical stimulation at the median nerve of the wrist. The HBR response increases when the stimulated hand approaches the body, entering the peripersonal defensive space. This enhancement is due to the modulation that cortico fronto-parietal associative areas exert on the subcortical system of the HBR . Recent studies have shown that the sense of body ownership (i.e. the feeling that different body parts belong to themselves) modulates bottom-up physiological processes such as the HBR. In the present study, we asked whether an illusory sense of body ownership, induced by using virtual reality (VR), was able to modulate the amplitude of the HBR. To this aim, a virtual avatar was presented via head mounted display (HMD) in 4 different experiments, in which proprioceptive and visual information were differently manipulated. In Experiment 1, we employed the classical HBR setup (without VR), in which participants performed the far/near postural manipulation, keeping their stimulated hand at 3 different distances from the face: far (60 cm), near (20 cm), ultra-near (4 cm). We replicated previous results showing a linear trend in the HBR gradual enhancement through these positions, with the ultra near condition eliciting a significantly greater enhancement compared to the other ones (p = 0.008). 2) In Experiment 2, participants performed the far/near postural manipulation while visual feedbacks of the stimulated hand were precluded by the VR device showing an empty scenario (without virtual avatar). The results showed an increased HBR in the near compared to far conditionss, confirming the fundamental role of proprioception in absence of vision (p=0.01). In Experiment 3, proprioceptive information were absent because participants were asked to stay still while observing the virtual avatar performing the far/near postural manipulation. When the observed virtual hand was near to the avatar face, the HBR was significantly enhanced with respect to far positions (p=0.02). This new result suggests, for the first time, that in absence of proprioceptive feedback, visual information play a role in modulating the HBR. In Experiment 4, we manipulated the congruence/incongruence between visual and proprioceptive information. Both participants and avatar performed the far/near postural manipulation, either congruently (with both of them being far/near) or incongruently (with one of them being near, while the other being far). A 2x2 ANOVA showed a significant interaction between Condition (Congruent; Incongruent) and Position (Far; Near) (p <0.01), suggesting that the HBR enhancement in near compared to far position was present only in congruent condition. In incongruent conditions, the conflict between visual and proprioceptive information confuses the system, thus abolishing the difference between far and near positions. Behavioral measures (i.e. subjective ratings at the embodiment questionnaire) suggest that participants experienced embodiment of the virtual avatar in both visual condition of Experiment 3 and visuo-motor congruent condition of Experiment 4 . Taken together, these finding promotes the view that the embodiment of a virtual limb, can modulate a defensive physiologic responses, such as the HBR, also providing new evidence on the role of vision and proprioception in modulating this subcortical reflex.
L'Hand-Blink Reflex (HBR) è un riflesso sottocorticale difensivo, indotto da stimolazione elettrica al nervo mediano del polso, che aumenta drasticamente quando la mano stimolata si avvicina al volto, entrando nello spazio peripersonale di difesa. Questo potenziamento è dovuto alla modulazione che aree associative fronto-parietali esercitano sull'HBR. Recenti studi hanno riportato un effetto modulatorio della body ownership (i.e. la sensazione che diverse parti del corpo mi appartengano) su processi bottom-up fisiologici come l'HBR. Il presente lavoro si propone di indagare se un illusorio senso di ownership, indotto tramite virtual reality (VR), sia in grado di modulare l'ampiezza dell'HBR. Per esplorare tale ipotesi, un avatar virtuale è stato implementato tramite visore montato alla testa (HMD) e sono stati proposti 4 esperimenti nei quali le informazioni propriocettive e visive vengono manipolare in diversi modi. Nell'Esperimento 1 abbiamo proposto il classico setup dell'HBR (senza VR) manipolando solo la postura del braccio. I partecipanti dovevano posizionare la mano stimolata a tre distanze dal volto: far(60cm), near (20cm), ultra-near(4cm). I risultati hanno replicato gli studi precedenti, mostrando un trend lineare di graduale potenziamento della risposta HBR nelle diverse posizioni, delle quali l'ultra-near provoca un aumento significativamente più grande rispetto alle altre due (p=0.008). 2) Nell'Esperimento 2, i partecipanti erano sottoposti alla modulazione posturale far-near in assenza di feedback visivo della mano stimolata, precluso dal visore che mostrava uno scenario virtuale privo di avatar. Dai risultati è emerso un incremento dell'HBR nella condizione near, rispetto alla far, confermando il ruolo fondamentale della propriocezione in assenza di visione (p=0.01). Nell'Esperimento 3, le informazioni propriocettive venivano rese superflue, chiedendo ai partecipanti di restare immobili mentre osservavano il braccio virtuale muoversi in posizione near/far. Quando la mano virtuale si trovava vicino al volto dell'avatar, l'HBR era significativamente maggiore che nella condizione far (p=0.02). Questa osservazione suggerisce per la prima volta, che, in assenza di feedback propriocettivo, le informazioni visive svolgono un ruolo nella modulazione dell'HBR. Nell'Esperimento 4, abbiamo manipolato la congruenza/incongruenza tra informazioni visive e propriocettive. Il partecipante e l'avatar muovevano contemporaneamente il braccio in posizione far/near, sia congruentemente (entrambi in far o near), che incongruentemente (uno in far, l'altro in near). L'ANOVA 2X2 mostra una interazione significativa tra Condizione (Congruent/Incongruent) e Posizione (Far/Near) (p <0.01), suggerendo che l'aumento dell'HBR in near rispetto a far sia presente solo in condizione congruente. La condizione di incongruenza provoca un conflitto tra informazioni propriocettive e visive che confondono il sistema, abolendo le differenze tra far/near. Dalle misurazioni comportamentali (i.e. valutazioni soggettive tramite questionario su body ownership) è emerso che i partecipanti incorporavano l'avatar virtuale sia nella condizione visiva (Esperimento 3), che in quella di congruenza visuo-motoria (Esperimento 4). I risultati ottenuti permettono di osservare che l'embodiment di un braccio virtuale è in grado di modulare le risposte fisiologiche di difesa, come l'HBR, e forniscono nuove prove sul ruolo di visione e propriocezione nel modulare questo riflesso.
Hand-Blink Reflex and Virtual Reality: the embodiment of a virtual hand modulates the Defensive Peripersonal Space
PESCUMA, VIVIANA ROSSELLA
2016/2017
Abstract
L'Hand-Blink Reflex (HBR) è un riflesso sottocorticale difensivo, indotto da stimolazione elettrica al nervo mediano del polso, che aumenta drasticamente quando la mano stimolata si avvicina al volto, entrando nello spazio peripersonale di difesa. Questo potenziamento è dovuto alla modulazione che aree associative fronto-parietali esercitano sull'HBR. Recenti studi hanno riportato un effetto modulatorio della body ownership (i.e. la sensazione che diverse parti del corpo mi appartengano) su processi bottom-up fisiologici come l'HBR. Il presente lavoro si propone di indagare se un illusorio senso di ownership, indotto tramite virtual reality (VR), sia in grado di modulare l'ampiezza dell'HBR. Per esplorare tale ipotesi, un avatar virtuale è stato implementato tramite visore montato alla testa (HMD) e sono stati proposti 4 esperimenti nei quali le informazioni propriocettive e visive vengono manipolare in diversi modi. Nell'Esperimento 1 abbiamo proposto il classico setup dell'HBR (senza VR) manipolando solo la postura del braccio. I partecipanti dovevano posizionare la mano stimolata a tre distanze dal volto: far(60cm), near (20cm), ultra-near(4cm). I risultati hanno replicato gli studi precedenti, mostrando un trend lineare di graduale potenziamento della risposta HBR nelle diverse posizioni, delle quali l'ultra-near provoca un aumento significativamente più grande rispetto alle altre due (p=0.008). 2) Nell'Esperimento 2, i partecipanti erano sottoposti alla modulazione posturale far-near in assenza di feedback visivo della mano stimolata, precluso dal visore che mostrava uno scenario virtuale privo di avatar. Dai risultati è emerso un incremento dell'HBR nella condizione near, rispetto alla far, confermando il ruolo fondamentale della propriocezione in assenza di visione (p=0.01). Nell'Esperimento 3, le informazioni propriocettive venivano rese superflue, chiedendo ai partecipanti di restare immobili mentre osservavano il braccio virtuale muoversi in posizione near/far. Quando la mano virtuale si trovava vicino al volto dell'avatar, l'HBR era significativamente maggiore che nella condizione far (p=0.02). Questa osservazione suggerisce per la prima volta, che, in assenza di feedback propriocettivo, le informazioni visive svolgono un ruolo nella modulazione dell'HBR. Nell'Esperimento 4, abbiamo manipolato la congruenza/incongruenza tra informazioni visive e propriocettive. Il partecipante e l'avatar muovevano contemporaneamente il braccio in posizione far/near, sia congruentemente (entrambi in far o near), che incongruentemente (uno in far, l'altro in near). L'ANOVA 2X2 mostra una interazione significativa tra Condizione (Congruent/Incongruent) e Posizione (Far/Near) (p <0.01), suggerendo che l'aumento dell'HBR in near rispetto a far sia presente solo in condizione congruente. La condizione di incongruenza provoca un conflitto tra informazioni propriocettive e visive che confondono il sistema, abolendo le differenze tra far/near. Dalle misurazioni comportamentali (i.e. valutazioni soggettive tramite questionario su body ownership) è emerso che i partecipanti incorporavano l'avatar virtuale sia nella condizione visiva (Esperimento 3), che in quella di congruenza visuo-motoria (Esperimento 4). I risultati ottenuti permettono di osservare che l'embodiment di un braccio virtuale è in grado di modulare le risposte fisiologiche di difesa, come l'HBR, e forniscono nuove prove sul ruolo di visione e propriocezione nel modulare questo riflesso.| File | Dimensione | Formato | |
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