Doktorsvörn í Sálfræði - Rebekka Hoffman

Föstudaginn 18. janúar ver Rebekka Hoffmann doktorsritgerð sína í sálfræði við Sálfræðideild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið Snerti- og titringsskynjun og notkun þeirra í skynskiptibúnaði fyrir blinda og sjónskerta. Experiments on haptic perception in relation to sensory substitution for the blind.

Andmælendur eru dr. Jan van Erp, prófessor við University of Twente, Hollandi, og dr. Johan Wessberg, prófessor við Háskólann í Gautaborg, Sahlgrenska Akademin. 

Umsjónarkennarar og leiðbeinendur voru dr. Árni Kristjánsson, prófessor við Sálfræðideild, og dr. Rúnar Unnþórsson, prófessor við Verkfræði- og náttúruvísindasvið.

Daníel Ólason, prófessor og forseti  Sálfræðideildar, stjórnar athöfninni sem fer fram í Hátíðasal Háskóla Íslands og hefst kl.13:00.                      

Ágrip af rannsókn

Nota má snerti- og titringsskynjunarbúnað til þess að bæta fyrir skerta virkni annarra skynfæra eins og sjónar, heyrnar eða jafnvægisskyns, sem og að styðja við upplifun í sýndarveruleika. Þessir notkunarmöguleikar leiða til þess að þörf verður á að skilja betur grunneðli snerti- og titringsskynjunar. Meðal annars er mikilvægt við hönnun snertiskynsbúnaðar að þekkja hversu nálægt tvö titrandi áreiti geta verið án þess að áhrifum þeirra sé blandað saman með því að meta næmi fyrir titrandi áreitum með sáleðlisfræðilegum mælingum. Mælt var hversu vel þátttakendum gekk að greina á milli tveggja titrara eftir því hve langt var á milli þeirra á baki þátttakenda. Mismunandi fjarlægðir milli áreitanna tveggja voru prófaðar (30 til 13 mm milli miðju titraranna, sem voru 10 mm í þvermál). Niðurstöður sýndu að erfiðara er að greina á milli áreitanna tveggja því nær sem þau eru hvort öðru, en aðgreiningin er samt góð fyrir minnsta muninn (13mm). Í framhaldsrannsókn var aðgreining í 4x4 fylki titrara mæld þar sem bilið á milli þeirra var 25 mm, 20 mm, og 10 mm. Tveir titrarar hreyfðust í hverri umferð og áttu þátttakendur að segja hvort sá síðari var vinstra eða hægra megin og ofan eða neðan við þann fyrri. Niðurstöðurnar sýna að eiginleikar titraranna hafa marktæk áhrif á svarnákvæmni. Það þýðir að taka verður tillit til sértækra eiginleika titrara þegar snerti- og titringsskynjun er mæld. Jafnframt sýndi rannsóknin fram á ósamhverfu í snerti- og titringsskynjun þar sem aðgreiningarnákvæmni var hærri fyrir láréttan mun á staðsetningu heldur en fyrir lóðréttan mun. Einnig var aðgreiningarnákvæmnin minni nálægt mænunni heldur en fjær henni á baki þátttakenda.

Tvær rannsóknir voru jafnframt gerðar á nýrri snerti-skynvillu sem leiðir til þess að snerting er skynjuð á röngum stað. Tvær tegundir titrara voru prófaðar á lægri hluta baks þátttakenda. Sýndarhreyfing var mynduð með því að kveikja á tveimur titrurum með stuttu millibili með mismunandi fjarlægð og átt. Einnig var breytilegt hvort fyrri og seinni titringurinn var sterkur eða veikur. Þátttakendur svöruðu til um skynjaða átt áreitanna. Rannsóknin staðfesti tilvist skynvillunnar með annarri mælingaraðferð þar sem áttin á áreitinu var metin. Niðurstöður beggja rannsóknanna sýna að mismunandi tímamunur á milli áreitanna tveggja með mismunandi styrk leiðir til skynvillu þar sem staðsetning áreitanna er metin ranglega: þegar sterkt áreiti fylgdi í kjölfar veiks áreitis skynjuðu þátttakendur hreyfingu niður, en ef veikt áreiti kom fyrst og sterkt í kjölfarið skynjuðu þátttakendur hreyfingu upp á við.

Annar hluti doktorsritgerðinnar fjallar um Sound of Vision verkefnið og skynskiptibúnaðinn sem var þróaður innan þess fyrir blinda og sjónskerta. Í Sound of Vision er sjónrænum upplýsingum breytt í hljóð og snertiskynsskilaboð. Við mátum hversu vel þátttakendum gekk að nota búnaðinn. Fjórtán sjáandi þátttakendur sem voru með bundið fyrir augun voru þjálfaðir í tvær klukkustundir við notkun búnaðarins. Einnig voru 6 blindir þáttakendur þjálfaðir í 8 klukkustundir hver á búnaðinum. Þátttakendur áttu að finna leið í gegnum staðlað umhverfi þar sem ýmiss konar hlutir voru í veginum. Frammistaðan var metin á kerfisbundinn hátt (hversu oft þátttakendur rákust á fyrirstöðu, hversu fljótir þeir voru að klára verkefnið og hversu vel þeir fundu áreitin). Við bárum frammistöðuna með SOV tækinu saman við frammistöðu með hvíta stafnum. Niðurstöðurnar sýndu að þátttakendur lærðu að nota SOV búnaðinn hratt og örugglega, sem leiddi til færri árekstra og betri vitundar um fyrirstöður.

Samanlagt sýna niðurstöðurnar í þessari ritgerð að hægt er að þróa skynskiptibúnað fyrir blinda og sjónskerta. Einnig verður hægt að nota rannsóknirnar á snertiskyni við frekari þróun á búnaði sem notaður er til þess að koma upplýsingum til þátttakenda í gegnum snertiskyn (t.d. í skynskiptibúnaði), og veita frekari upplýsingar um eðli snertiskyns.

Abstract

Vibrotactile displays can compensate for the loss of sensory function of people with permanent or temporary deficiencies in vision, hearing, or balance, and augment the immersive experience in virtual environments. One key consideration when designing tactile displays is determining the minimal possible spacing between tactile actuators (tactors), by empirically assessing vibrotactile spatial acuity. We therefore assessed relative discrimination accuracy in the lower thoracic region by, comparing relative discrimination accuracy for three different tactor types. The results indicate that tactor characteristics significantly affect spatial acuity measurements, highlighting that the results of vibrotactile spatial acuity measurements may only apply to the specific tactors tested.

Furthermore, the study of haptic illusions allows valuable insights into the neuro-cognitive processes underlying the perception of touch. They are also relevant for practical applications, since spatio-temporal illusions can be exploited to increase the perceived resolution of tactile displays. We conducted two experiments to verify a new spatio-temporal haptic illusion that involves an error of localization.

Another part of the thesis is dedicated to the design, implementation and evaluation of multimodal sensory substitution devices (SSDs) for the visually impaired. We evaluated the efficiency and usability of a new audio-haptic SSD, as well as its auditory algorithm. Six blind subjects were trained for eight hours with the complete SSD. In both experiments, subjects were asked to navigate through a set of standardized scenes while their performance was systematically assessed. The results show rapid and substantial learning with the new SSD, with less collisions and higher obstacle awareness.

Um doktorsefnið           

Rebekka Hoffmann er fædd árið 1988 og lauk grunnháskólagráðu í sálfræði frá Humboldt-háskólanum í Berlín árið 2015. Hún innritaðist ári síðar í doktorsnám við Sálfræðideild Háskóla Íslands.