Aerospace medicine and biology: A continuing bibliography with indexes, supplement 125

This special bibliography lists 323 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in January 1974

Haptic perception

Fueled by novel applications, interest in haptic perception is growing. This paper provides an overview of the state of the art of a number of important aspects of haptic perception. By means of touch we can not only perceive quite different material properties, such as roughness, compliance, friction, coldness and slipperiness, but we can also perceive spatial properties, such as shape, curvature, size and orientation. Moreover, the number of objects we have in our hand can be determined, either by counting or subitizing. All these aspects will be presented and discussed in this paper. Although our intuition tells us that touch provides us with veridical information about our environment, the existence of prominent haptic illusions will show otherwise. Knowledge about haptic perception is interesting from a fundamental viewpoint, but it also is of eminent importance in the technological development of haptic devices. At the end of this paper, a few recent applications will be presented

Haptics: Science, Technology, Applications

This open access book constitutes the proceedings of the 13th International Conference on Human Haptic Sensing and Touch Enabled Computer Applications, EuroHaptics 2022, held in Hamburg, Germany, in May 2022. The 36 regular papers included in this book were carefully reviewed and selected from 129 submissions. They were organized in topical sections as follows: haptic science; haptic technology; and haptic applications

HapticHead - Augmenting Reality via Tactile Cues

Information overload is increasingly becoming a challenge in today's world. Humans have only a limited amount of attention to allocate between sensory channels and tend to miss or misjudge critical sensory information when multiple activities are going on at the same time. For example, people may miss the sound of an approaching car when walking across the street while looking at their smartphones. Some sensory channels may also be impaired due to congenital or acquired conditions. Among sensory channels, touch is often experienced as obtrusive, especially when it occurs unexpectedly. Since tactile actuators can simulate touch, targeted tactile stimuli can provide users of virtual reality and augmented reality environments with important information for navigation, guidance, alerts, and notifications. In this dissertation, a tactile user interface around the head is presented to relieve or replace a potentially impaired visual channel, called \emph{HapticHead}. It is a high-resolution, omnidirectional, vibrotactile display that presents general, 3D directional, and distance information through dynamic tactile patterns. The head is well suited for tactile feedback because it is sensitive to mechanical stimuli and provides a large spherical surface area that enables the display of precise 3D information and allows the user to intuitively rotate the head in the direction of a stimulus based on natural mapping. Basic research on tactile perception on the head and studies on various use cases of head-based tactile feedback are presented in this thesis. Several investigations and user studies have been conducted on (a) the funneling illusion and localization accuracy of tactile stimuli around the head, (b) the ability of people to discriminate between different tactile patterns on the head, (c) approaches to designing tactile patterns for complex arrays of actuators, (d) increasing the immersion and presence level of virtual reality applications, and (e) assisting people with visual impairments in guidance and micro-navigation. In summary, tactile feedback around the head was found to be highly valuable as an additional information channel in various application scenarios. Most notable is the navigation of visually impaired individuals through a micro-navigation obstacle course, which is an order of magnitude more accurate than the previous state-of-the-art, which used a tactile belt as a feedback modality. The HapticHead tactile user interface's ability to safely navigate people with visual impairments around obstacles and on stairs with a mean deviation from the optimal path of less than 6~cm may ultimately improve the quality of life for many people with visual impairments.Die Informationsüberlastung wird in der heutigen Welt zunehmend zu einer Herausforderung. Der Mensch hat nur eine begrenzte Menge an Aufmerksamkeit, die er zwischen den Sinneskanälen aufteilen kann, und neigt dazu, kritische Sinnesinformationen zu verpassen oder falsch einzuschätzen, wenn mehrere Aktivitäten gleichzeitig ablaufen. Zum Beispiel können Menschen das Geräusch eines herannahenden Autos überhören, wenn sie über die Straße gehen und dabei auf ihr Smartphone schauen. Einige Sinneskanäle können auch aufgrund von angeborenen oder erworbenen Erkrankungen beeinträchtigt sein. Unter den Sinneskanälen wird Berührung oft als aufdringlich empfunden, besonders wenn sie unerwartet auftritt. Da taktile Aktoren Berührungen simulieren können, können gezielte taktile Reize den Benutzern von Virtual- und Augmented Reality Anwendungen wichtige Informationen für die Navigation, Führung, Warnungen und Benachrichtigungen liefern. In dieser Dissertation wird eine taktile Benutzeroberfläche um den Kopf herum präsentiert, um einen möglicherweise beeinträchtigten visuellen Kanal zu entlasten oder zu ersetzen, genannt \emph{HapticHead}. Es handelt sich um ein hochauflösendes, omnidirektionales, vibrotaktiles Display, das allgemeine, 3D-Richtungs- und Entfernungsinformationen durch dynamische taktile Muster darstellt. Der Kopf eignet sich gut für taktiles Feedback, da er empfindlich auf mechanische Reize reagiert und eine große sphärische Oberfläche bietet, die die Darstellung präziser 3D-Informationen ermöglicht und es dem Benutzer erlaubt, den Kopf aufgrund der natürlichen Zuordnung intuitiv in die Richtung eines Reizes zu drehen. Grundlagenforschung zur taktilen Wahrnehmung am Kopf und Studien zu verschiedenen Anwendungsfällen von kopfbasiertem taktilem Feedback werden in dieser Arbeit vorgestellt. Mehrere Untersuchungen und Nutzerstudien wurden durchgeführt zu (a) der Funneling Illusion und der Lokalisierungsgenauigkeit von taktilen Reizen am Kopf, (b) der Fähigkeit von Menschen, zwischen verschiedenen taktilen Mustern am Kopf zu unterscheiden, (c) Ansätzen zur Gestaltung taktiler Muster für komplexe Arrays von Aktoren, (d) der Erhöhung des Immersions- und Präsenzgrades von Virtual-Reality-Anwendungen und (e) der Unterstützung von Menschen mit Sehbehinderungen bei der Führung und Mikronavigation. Zusammenfassend wurde festgestellt, dass taktiles Feedback um den Kopf herum als zusätzlicher Informationskanal in verschiedenen Anwendungsszenarien sehr wertvoll ist. Am interessantesten ist die Navigation von sehbehinderten Personen durch einen Mikronavigations-Hindernisparcours, welche um eine Größenordnung präziser ist als der bisherige Stand der Technik, der einen taktilen Gürtel als Feedback-Modalität verwendete. Die Fähigkeit der taktilen Benutzerschnittstelle HapticHead, Menschen mit Sehbehinderungen mit einer mittleren Abweichung vom optimalen Pfad von weniger als 6~cm sicher um Hindernisse und auf Treppen zu navigieren, kann letztendlich die Lebensqualität vieler Menschen mit Sehbehinderungen verbessern

Issues in the processing and analysis of functional NIRS imaging and a contrast with fMRI findings in a study of sensorimotor deactivation and connectivity

Includes abstract.~Includes bibliographical references.The first part of this thesis examines issues in the processing and analysis of continuous wave functional linear infrared spectroscopy (fNIRS) of the brain usung the DYNOT system. In the second part, the same sensorimotor experiment is carried out using functional magnetic resonance imaging (fMRI) and near infrared spectroscopy in eleven of the same subjects, to establish whether similar results can be obtained at the group level with each modality. Various techniques for motion artefact removal in fNIRS are compared. Imaging channels with negligible distance between source and detector are used to detect subject motion, and in data sets containing deliberate motion artefacts, independent component analysis and multiple-channel regression are found to improve the signal-to-noise ratio

Aerospace Medicine and Biology: A cumulative index to the 1974 issues of a continuing bibliography

This publication is a cumulative index to the abstracts contained in supplements 125 through 136 of Aerospace Medicine and Biology: A Continuing Bibliography. It includes three indexes--subject, personal author, and corporate source

Long-term plasticity within the human sensorimotor cortex

Das motorische System des Menschen verfügt über eine enorme Kapazität zur Reorganisation. Im Gegensatz zu den meisten bisherigen Studien konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf funktionelle Veränderungen im primären Motorkortex (M1), die mit dem längerfristigen Training einer elementaren, maximal-schnellen Finger-Tapping-Bewegung einhergehen. Ein Zusammenhang zwischen M1-Aktivität und Tapping-Frequenz wurde bereits mehrmals belegt. Zudem wurde postuliert, dass M1 unter Ausnutzung sämtlicher Verarbeitungsressourcen in die Kontrolle maximal-schneller Tapping-Bewegungen involviert ist. Unklar ist jedoch, auf welche Weise M1 die trainingsinduzierte Erhöhung der maximalen Tapping-Geschwindigkeit realisiert? Im ersten Experiment wurde mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) gezeigt, dass die Steigerung der maximalen Tapping-Geschwindigkeit mit einer Erhöhung der kortiko-spinalen Erregbarkeit kontralateral zur trainierten Hand einhergeht. Ein ähnlicher Effekt ergab sich ipsilateral – jedoch nur in den ersten Sitzungen des Trainings mit der subdominanten Hand. Dieser Befund wird durch das zweite Experiment bekräftigt, in dem anhand von EEG- Aufzeichnungen eine Verringerung der ipsilateralen M1-Aktivierung im Trainingsverlauf nachgewiesen wurde. Schließlich ergab das dritte Experiment (fMRT) einen Zusammenhang zwischen der Anordnung der kortikalen Fingerrepräsentationen in M1 und dem Trainingserfolg. Die Ergebnisse der einzelnen Experimente bestätigen somit die Bedeutung von M1 für die Kontrolle von Tapping-Bewegungen und demonstrieren verschiedene Facetten trainingsinduzierter Plastizität. SUMMARY The human motor system has an enormous capacity for functional reorganization. In contrast to most previous studies, this thesis was designed to explore changes in human primary motor cortex (M1) function as induced by long-term practice of a simple repetitive finger tapping movement. Several weeks of practice were intended to increase the maximum tapping frequency. There is much supporting evidence that M1 activity is strongly related to tapping speed. Furthermore, M1 has been proposed to operate at maximum processing capacity during maximum speed tapping movements. However, it is still unclear, how M1 manages to "control" the higher maximum tapping speed that develops with training? Transcranial magnetic stimulation (TMS), magnetic resonance imaging (fMRI) and electroencephalography (EEG) were used to study this question. First of all, comparing post- with pretraining measurements in the TMS study revealed significant speed gains and increased cortico-spinal excitability contralateral to the trained hand. Increased excitability of the ipsilateral side was seen only in the first practice sessions with the subdominant hand. The EEG experiment corroborated this finding, demonstrating a decrease of ipsilateral M1 activity throughout practice. Finally, results from the fMRI experiment suggest a relationship between the arrangement of M1 finger representations and the magnitude of speed gain during practice. In summary, results of the individual experiments confirm the role of M1 in maximum-speed finger tapping and indicate various facets of use-dependent functional plasticity

Investigation des fonctions du corps calleux par l'étude du transfert interhémisphérique de l'information visuelle et motrice chez les individus normaux et callosotomisés

Le principal rôle du corps calleux est d’assurer le transfert de l’information entre les hémisphères cérébraux. Du support empirique pour cette fonction provient d’études investiguant la communication interhémisphérique chez les individus à cerveau divisé (ICD). Des paradigmes expérimentaux exigeant une intégration interhémisphérique de l’information permettent de documenter certains signes de déconnexion calleuse chez ces individus. La présente thèse a investigué le transfert de l’information sous-tendant les phénomènes de gain de redondance (GR), de différence croisé– non-croisé (DCNC) et d’asynchronie bimanuelle chez les ICD et les individus normaux, et a ainsi contribué à préciser le rôle du corps calleux. Une première étude a comparé le GR des individus normaux et des ICD ayant subi une section partielle ou totale du corps calleux. Dans une tâche de détection, le GR consiste en la réduction des temps de réaction (TR) lorsque deux stimuli sont présentés plutôt qu’un seul. Typiquement, les ICD présentent un GR beaucoup plus grand (supra-GR) que celui des individus normaux (Reuter-Lorenz, Nozawa, Gazzaniga, & Hughes, 1995). Afin d’investiguer les conditions d’occurrence du supra-GR, nous avons évalué le GR en présentation interhémisphérique, intrahémisphérique et sur le méridien vertical, ainsi qu’avec des stimuli requérant une contribution corticale différente (luminance, couleur équiluminante ou mouvement). La présence d’un supra-GR chez les ICD partiels et totaux en comparaison avec celui des individus normaux a été confirmée. Ceci suggère qu’une section antérieure du corps calleux, qui perturbe le transfert d’informations de nature motrice/décisionnelle, est suffisante pour produire un supra-GR chez les ICD. Nos données permettent aussi d’affirmer que, contrairement au GR des individus normaux, celui des ICD totaux est sensible aux manipulations sensorielles. Nous concluons donc que le supra-GR des ICD est à la fois attribuable à des contributions sensorielles et motrices/décisionnelles. Une deuxième étude a investigué la DCNC et l’asynchronie bimanuelle chez les ICD et les individus normaux. La DCNC réfère à la soustraction des TR empruntant une voie anatomique « non-croisée » aux TR empruntant une voie anatomique « croisée », fournissant ainsi une estimation du temps de transfert interhémisphérique. Dans le contexte de notre étude, l’asynchronie bimanuelle réfère à la différence de TR entre la main gauche et la main droite, sans égard à l’hémichamp de présentation. Les effets de manipulations sensorielles et attentionnelles ont été évalués pour les deux mesures. Cette étude a permis d’établir une dissociation entre la DCNC et l’asynchronie bimanuelle. Précisément, les ICD totaux, mais non les ICD partiels, ont montré une DCNC significativement plus grande que celle des individus normaux, alors que les deux groupes d’ICD se sont montrés plus asynchrones que les individus normaux. Nous postulons donc que des processus indépendants sous-tendent la DCNC et la synchronie bimanuelle. De plus, en raison de la modulation parallèle du GR et de l’asynchronie bimanuelle entre les groupes, nous suggérons qu’un processus conjoint sous-tend ces deux mesures.The main role of the corpus callosum is the transfer of information across the cerebral hemispheres. Evidence for this function comes from studies investigating the interhemispheric communication of split-brain individuals. Specific experimental paradigms requiring interhemispheric integration have enabled the documentation of disconnection symptoms for split-brain individuals. Along those lines, the present thesis investigated the transfer of information underlying the redundant target effect (RTE), the crossed-uncrossed difference (CUD), and bimanual asynchrony of normal and split-brain individuals, and therefore contributed to further our knowledge of the role of the corpus callosum. The first study investigated the RTE of partial split-brain (anterior section), total split-brain, and normal individuals. The RTE occurs when reaction times (RTs) to multiple stimuli are faster than RTs to a single stimulus. Split-brain individuals typically exhibit an enhanced RTE as compared to normal individuals (Reuter-Lorenz et al., 1995). In order to investigate the conditions in which the enhanced RTE occurs, we tested the RTE in interhemispheric, intrahemispheric, and midline conditions, as well as with stimuli requiring different cortical contributions (stimuli defined by luminance, equiluminant colour, or motion). Our data supported the occurrence of an enhanced RTE for partial and total split-brain individuals as compared to normal individuals. This suggests that an anterior section of the corpus callosum, which disrupts the transfer of motor/decisional information, suffices to produce an enhanced RTE in split-brain individuals. In addition, in contrast with the RTE of normal individuals, that of total split-brain individuals was modulated as a function of a sensory manipulation. We therefore conclude that the enhanced RTE of split-brain individuals is attributable to both sensory and motor/decisional contributions. The second study investigated the CUD and the bimanual asynchrony of normal, partial split-brain, and total split-brain individuals. The CUD refers to the subtraction of mean RTs of uncrossed hand-visual hemifield combination from mean RTs of crossed hand-visual hemifield combination. In the context of our study, the asynchrony reflected the difference between the left-hand RT and the right-hand RT on each trial, irrespective of the side of presentation. The effect of sensory and attentional manipulations was assessed for both measures. Our study contributed to dissociate the CUD and bimanual asynchrony. Specifically, total split-brain individuals, but not partial split-brain individuals, showed a larger CUD than normal individuals, whereas both split-brain groups were less synchronous than normal individuals. We therefore postulate that independent processes underlie the CUD and bimanual asynchrony. Furthermore, the parallel modulation of the RTE and bimanual asynchrony across groups suggest common underlying processes for these two measures