Pesquisa Disney pionei novas fronteiras usando a realidade virtual

Fonte: Nicescene / Shutterstock

Os cientistas da divisão de pesquisa da Walt Disney Company são pioneiros em formas inovadoras para otimizar a coordenação mão-olho ao usar uma interface de realidade virtual (VR) para capturar uma bola de tênis real. De acordo com a Disney Research, a interação dinâmica com objetos físicos tangíveis na realidade virtual melhora drasticamente a experiência de VR. Essas descobertas têm muitas aplicações potenciais para entretenimento, jogos, treinamento esportivo, bem como o desenvolvimento futuro de intervenções terapêuticas e ferramentas de aprendizagem de realidade virtual baseadas em educação.

A equipe de pesquisa da Disney de Günter Niemeyer e Matthew Pan apresentaram sua primeira pesquisa, "Catching a Ball in Virtual Reality", nesta semana na conferência IEEE Virtual Reality 2017 em Los Angeles. Em uma declaração à Disney Research, pesquisador sênior, Günter Niemeyer, disse:

"Pegar e sentir a bola real em sua mão torna a VR muito mais rica, mais credível, mais emocionante, mais interativa, mais dinâmica, mais real. Pegar uma bola requer muitas habilidades coordenadas aprendidas desde a infância, incluindo uma forte coordenação mão-olho ".

Niemeyer recebeu seu MS e Ph.D. do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) nas áreas de controle adaptativo de robôs e teleoperação bilateral. Sua pesquisa na Disney continua a examinar interações humano-robóticas e propriocepção em ambientes de realidade virtual. (O cerebelo desempenha um papel central na coordenação dos aspectos inconscientes da propriocepção.)

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Em seu último experimento, usando o VR dinâmico para orientar os participantes a conquistar uma bola, Niemeyer e Matthew Pan, o associado do laboratório de pesquisa da Disney e um Ph.D. estudante da Universidade da Colúmbia Britânica, mostraram (pela primeira vez) que a coordenação mão-olho necessária para pegar uma bola real é possível na realidade virtual.

Durante esta experiência, Pan e Niemeyer examinaram três diferentes situações de captura de bola de VR. Curiosamente, os participantes do estudo tiveram uma taxa de sucesso de 95%, pegando a bola nas três circunstâncias de VR. Na verdade, a capacidade do sistema VR para prever o voo de uma bola de tênis e ajudar o participante a visualizar a trajetória da bola deu ao coletor uma vantagem prática não disponível no mundo real. Em uma declaração que toca na mecânica do cérebro envolvida com a captura de uma bola, Pan explicou a alta taxa de sucesso:

"A explicação mais aparente é que, sem informações sobre a localização da bola, o coletor deve confiar no ponto alvo identificado, alterando a tarefa de uma que exige funções superiores do cérebro para estimar a trajetória para uma tarefa de apontar mais simples e guiada visualmente".

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Notavelmente, a assistência preditiva das visualizações de VR melhorou os sentimentos do coletor de bola, mas também ajudou a ajustar uma estratégia efetiva para pegar a bola dentro de milésimos de segundos de entrar em contato com o alvo, como você pode ver no vídeo do laboratório de pesquisa da Disney abaixo:

Seu Cerebelo é o assento de Propriocepção e coordenação mão-olho necessária para pegar uma bola

A nova Disney Research não mergulha profundamente na neurociência de seus avanços na captura de bola de realidade virtual. Dito isto, passei décadas pesquisando e escrevendo sobre o papel que o cerebelo (latino para "cérebro pequeno") desempenha na otimização do desempenho esportivo e do potencial humano dentro e fora da quadra.

Com base no meu fascínio pelo cerebelo, fiquei ansioso para olhar o experimento "Pegando uma bola na realidade virtual" através da lente da propriocepção cerebelar, coordenação mão-olho e VOR. ( Cerebelar é a palavra da irmã para o cerebral e significa "relacionar-se ou localizar no cerebelo").

Cerebelo (latino para "cérebro pequeno") em vermelho.

Fonte: Banco de Dados de Ciências da Vida / Wikimedia Commons

O reflexo vestíbulo-ocular (VOR) é um reflexo automático que produz um movimento ocular na direção oposta ao movimento da cabeça ao rastrear um alvo ou pegar uma bola. O VOR do cerebelo permite que alguém se concentre e rastreie qualquer objeto em movimento no esporte e na vida. Sem o sistema VOR do cerebelo, você não podia jogar esportes de coordenação mão-olho ou pegar uma bola real na realidade virtual. Além disso, ter um "olho para a bola" é um reflexo de um sistema robusto VOR.

Como mencionei anteriormente, seu cerebelo supervisiona a propriocepção inconsciente necessária para monitorar constantemente a posição do seu corpo no espaço. Ele também orquestra o tempo preciso de movimentos musculares ajustados, comparando a velocidade de um objeto recebido com a posição do seu corpo, membros, mãos, etc. Isso se estende para usar a luva de um coletor, raquete de tênis, bastão de beisebol ou qualquer equipamento esportivo para bater uma bola ou disco de hóquei.

Do ponto de vista evolutivo, acredita-se que a capacidade de "cegueira" do cerebelo seja uma sobra de nossas raízes reptilianas. Nos tempos modernos, a visão cega e um VOR robusto permitem que um atleta bem treinado rastreie uma bola em movimento ou um disco de hóquei a velocidades rápidas. . . Assim como um lagarto usa visão cega para pegar uma mosca com a língua em um piscar de olhos.

A prática melhora as habilidades cerebelares de um atleta em todo o quadro. Anos de prática, prática, prática é como Babe Ruth aperfeiçoou as habilidades cerebelares necessárias para atingir um speedball fora do parque. Assim como, décadas de prática permitem que Andy Roddick sirva um atá de 155 mph sem nem mesmo ver a bola de tênis acima de sua cabeça enquanto atingia o doce ponto de sua raquete.

O Cerebelo permite aos atletas "ver sem ver" e "Conhecer sem saber"

Wayne Gretzky disse: "Um bom jogador de hockey joga onde está o disco. Um excelente jogador de hockey joga onde o disco vai ser. "Esta visão toca o poder cerebelar de um atleta para evitar" pensar excessivamente "enquanto confia nos seus instintos intestinais.

Meu falecido pai, Richard Bergland, foi meu principal treinador de tênis enquanto estava crescendo e durante minha adolescência. Ele também era um neurocientista, neurocirurgião e ex-campeão de tênis que incorporou seu fascínio pelo cerebelo para "conhecer sem saber" em seu treinamento de tênis. Os métodos de meu pai sempre me lembraram de Obi-Wan Kenobi tentando ensinar a Luke Skywalker a usar um sabão de luz com o protetor de explosão de seu capacete para baixo ou confiar na Força o suficiente para desligar o computador de orientação em seu Starfighter X-wing.

Quando vi pela primeira vez o vídeo da Disney Research (acima) do participante do estudo pegando uma bola de tênis vestindo um "escudo" de realidade virtual que bloqueou sua visão real, eu tive flashbacks para 1977 quando eu era um tenista de tenis de 11 anos que sonhou em se tornar o próximo Björn Borg. E que também estava obcecado com a forma como Luke Skywalker usou The Force de maneiras que otimizaram sua intuição e visão cega.

Como Obi-Wan Kenobi diz na famosa cena da Star Wars abaixo: "Desta vez, solte sua consciência, Luke. E para agir de acordo com o instinto. " (Para o registro: Eu credito as lições arquetípicas da Jornada do Herói de Joseph Campbell e do Poder do Mito conscientemente entretecido nas narrativas do filme Star Wars por George Lucas por me inspirar a quebrar um Recorde Mundial da Guinness e explorar" extraordinário mundos como atleta de ultra-resistência. E, então, voltem para o mundo comum para escrever sobre as lições que aprendi em minhas aventuras para um público geral em geral O Atleta: Suor e a Biologia da Felicidade. )

De forma incondicional, o conselho de treinamento do meu pai sempre ecoou o de Obi-Wan Kenobi na minha mente. Por exemplo, meu pai costumava fazer-me praticar meu tenis servindo sem parar enquanto usava uma venda. Praticando meu saque com o equivalente ao escudo da explosão de Luke, fortaleceu minhas habilidades cerebelares para saber onde a bola estava sem usar meus olhos.

Anecdótimamente, posso atestar que a memória muscular realizada no meu cerebelo a partir dessas brocas de "persiana" é codificada indelévelmente em meu circuito neural cerebelar. Embora eu apenas jogue tênis uma vez a cada poucos anos nos dias de hoje … depois de alguns minutos de aquecimento, posso servir com sucesso uma bola de tênis com os olhos fechados – mesmo que tenha sido décadas desde que pratiquei esta broca de tênis com os olhos com regularidade.

Como um treinador de tenis com base em neurociência, meu pai diria coisas esotéricas e potencialmente incomparáveis ​​que muitas vezes passaram por cima da minha cabeça. Como "Chris, pense em martelar e forjar a memória muscular realizada nas células de Purkinje do seu cerebelo com cada golpe". Felizmente, meu pai teve a humildade intelectual para explicar o que ele queria dizer sem me fazer sentir como um "atleta burro" Quando eu perguntaria, com um olhar confuso no meu rosto, "Sobre o que você está falando?"?

No entanto, em uma tentativa contínua de tornar a linguagem acadêmica e cerebral de meu pai mais confiável, eu sempre imaginei formas de aplicar seu conselho neurocientífico usando visualizações cinematográficas ou fingindo que eu era o protagonista caminhando com os mesmos sapatos que meus idolos matinés.

"Com isso, tenho certeza absoluta. Tornar-se um neurocirurgião foi uma consequência direta do meu olho para a bola. "- Richard Bergland, MD

Na faculdade, Richard (Dick) Bergland ganhou o apelido "fácil" com base em sua proeza de tênis e graça sob pressão.

Fonte: Cortesia de Kay Bergland

Como neurocirurgião, meu pai creditou as habilidades cerebelares que dominou no campo de tênis como uma habilidade transferível que ele trouxe com ele para a sala de operações. Ele dizia com frequência: "Com isso, tenho certeza absoluta. Tornar-se um neurocirurgião foi uma consequência direta do meu olho para a bola ".

Para meu pai, tornar-se um cirurgião cerebral era semelhante a ser um atleta bem treinado ou um mestre escultor. Considerou a neurocirurgia como muito mais cerebelosa do que cerebral. Na verdade, meu pai disse que, se ele pensasse demais no que estava fazendo no OR, isso o levaria para fora de seu "canal de fluxo" e sendo "na zona". Isso tornou mais difícil experimentar superfluidez e manter Graça sob pressão.

" Desbloquear " o controle rígido das funções executivas em seu córtex pré-frontal é uma visualização e terminologia que meu pai tomou emprestado do "Evangelho de Relaxamento" de William James e compartilhou comigo como um atleta novato para me ajudar a aprender a evitar "paralisia por análise" dentro e fora do tribunal.

Meu pai sabia, por experiência de vida, que o "pensamento excessivo" causou que ele se acalmava e engasgasse durante os dois pontos de partida e os procedimentos neurocirúrgicos de alta pressão. Mas, através de décadas de prática, ele ensinou a si mesmo a confiar de todo o coração nas habilidades cerebelosas "sabendo sem saber" realizadas em seu cerebelo. Ao fazê-lo, ele passou a se tornar chefe de neurocirurgia no BIDMC da Harvard Medical School e outros hospitais de ensino.

Do ponto de vista da minha cultura pop, eu sempre traduzi o vernáculo acadêmico do meu pai em um estilo explicativo personalizado, como fazer uma varredura na Força, sobre desbloquear minhas funções executivas pré-frontais e assentar-me no cerebelo. Na minha imaginação, as palavras de sabedoria de Obi Wan para Luke refletiram o conselho do meu pai para confiar na memória muscular que eu "martelava e forjava" no meu cerebelo através de uma prática, prática e prática infinitas.

A prática diária otimiza a conectividade funcional do seu cerebelo e permite um desempenho máximo sem ter que envolver excessivamente os circuitos neurais cerebrais ou pensar demais. Claro, sempre que alguém começa a pensar demais no campo de jogo ou no campo de ténis, ele ou ela é muito mais propensos a engasgar, balbuciar e soltar a bola. (Eu escrevi sobre isso em uma postagem de blog da Psychology Today , "Por que Overthinking causa atletas para sufocar?")

Aplicações futuras "Imagineering" da Virtual Reality Technology

Durante décadas, a realidade virtual foi usada em simuladores de vôo para ensinar pilotos (como minha irmã, Sandy Bergland, que aplicou as lições cerebelares de nosso pai para se tornar um piloto Boeing 777 para a FedEx) como resolver problemas e ter graça sob pressão em o calor do momento durante as emergências do pior cenário.

Novamente, o valor subestimado da tecnologia VR é que ele envolve automaticamente os aspectos proprioceptivos do cerebelo, que permite que alguém funcione no "piloto automático" usando memória implícita bem treinada ao mesmo tempo em que libera a memória de trabalho cerebral para solucionar problemas de forma eficaz.

Claramente, a propensão de Walt Disney para combinar criatividade e inovação está prosperando na Disney Research. Em termos de "imaginar" (um termo o pai da Disney inventado para representar uma mistura de imaginação e engenharia) usos futuros de tecnologias VR que possam realmente melhorar a vida das pessoas, as possibilidades parecem ilimitadas.

"À medida que os sistemas de realidade virtual se tornam cada vez mais comuns, a idéia de que a experiência do usuário pode ser enriquecida ao permitir a interação dinâmica com objetos reais está ganhando interesse", disse Markus Gross, diretor da Disney Research Zürich, em uma declaração recente sobre pegar uma bola em VR . "Este trabalho inicial da nossa equipe é tentador e sugere que superar os mundos virtual e real não só é possível, mas oferece muitas novas oportunidades e benefícios".

Interfaces híbridas que combinam VR e elementos do mundo real podem ser usadas para tratar uma ampla gama de distúrbios cerebelares

Na semana passada, em uma área completamente diferente de pesquisa de neurociência de ponta, os cientistas da Universidade de Stanford tropeçaram em uma função anteriormente desconhecida do cerebelo usando outra tecnologia de ponta chamada "imagem de cálcio de dois fótons". Os pesquisadores de Stanford descobriram (pela primeira vez) que as células granulares no cerebelo codificam e prevejam recompensas. Essas descobertas corroboram um fundamento de outras pesquisas nos últimos dois anos sugerindo que a atividade neuronal "inconsciente" no cerebelo pode desempenhar um papel na condução de comportamentos de busca de drogas viciantes.

Estou otimista de que as últimas evidências empíricas de Stanford que ligam o cerebelo com o comportamento de busca de recompensas e as tarefas cerebelares da realidade virtual da Disney Research com objetos do mundo real poderiam algum dia ser "imaginadas" para criar intervenções de drogas personalizadas que envolvam respostas cerebelares à droga sugestões em um ambiente VR seguro e controlado.

Além disso, a mistura de elementos do mundo real que desencadeiam o transtorno de estresse pós-traumático (PTSD) em um cenário de realidade virtual segura e sólida poderia ser uma forma de ajudar a combater os veteranos, muitos dos quais têm PTSD ligada ao dano cerebelar criado por microvasões na zona de guerra. (Eu escrevi sobre essas descobertas na publicação do blog Psychology Today , "Cerebellum Damage pode ser a raiz do PTSD em veteranos de combate").

Outra aplicação potencial da VR de fusão e do mundo real para melhorar o bem-estar em déficits relacionados ao cerebelo é o distúrbio do espectro do autismo (TEA) que demonstrou ter um elemento cerebelar definitivo. Por exemplo, combinando a tecnologia de rastreamento ocular e os exercícios de reflexos vestibulo-oculares em uma configuração VR que de alguma forma incorpora o mundo real, poderia ajudar as crianças com ASD a praticar o contato visual preditivo em uma variedade de situações sociais controladas. Da mesma forma, tecnologias de realidade virtual poderiam ser desenvolvidas para ajudar pacientes com ataxia após um acidente vascular cerebral ou tumor cerebral.

Em termos de psicologia positiva e usos cotidianos da VR no futuro, ferramentas de realidade virtual avançadas semelhantes às utilizadas para treinar um atleta podem ser adaptadas para capacitar alguém em técnicas específicas necessárias para aceitar uma entrevista de trabalho dominando os aspectos proprioceptivos da interação humana realizada em VOR e linguagem corporal.

Sobre o potencial lado obscuro desta nova tecnologia, existe sempre a possibilidade de confiar muito nos avanços de VR pode criar um tipo de "Choque Futuro" ou desconexão das interações pessoais face a face. Este tipo de distopia futurista foi recentemente explorado no episódio "Playtest" do Black Mirror. Neste episódio, o protagonista (Wyatt Russell) fica preso em um jogo de realidade virtual que faz curto-circuitos. Os criadores do jogo são incapazes de desligar o computador, o que torna impossível para ele escapar do mundo virtual cheio de seus medos e pesadelos mais profundos criados pelos especialistas em jogos da VR.

No final, vale a pena notar que na cena final do filme original de Star Wars (A New Hope, Episódio IV) Luke ouve as palavras de Obi-Wan Kenobi dizendo "Use a força, Luke. Deixe ir! " E troca de seu sistema de segmentação por computador baseado em VR. Usando sua intuição e não confiando em um computador VR, finalmente, permite que Luke evite Darth Vader e exploda a Estrela da Morte. De certa forma, essa cena poderia ser vista com retrospectiva como um lembrete profético de que, em uma era digital do século 21, devemos ser cautelosos sobre tornar-se muito dependente das tecnologias informáticas e nos esforçar para manter nossas funções do cerebelo fortes através de experiências de vida do mundo real , como praticar esportes, atividades físicas diárias e engajamento social.

Obviamente, muitas coisas que podem ser treinadas e dominadas na realidade virtual podem (e devem) também ser praticadas e ajustadas sem qualquer visualização de VR. Dito isto, estes são momentos emocionantes para pesquisas pioneiras nos mundos da realidade virtual e da neurociência. Felizmente, as próximas descobertas neurocientíficas e VR serão aplicadas em um casamento da realidade virtual com a "realidade cotidiana" que melhora a vida diária e fortalece o melhor em todos nós.