Disney Research Pionieri di nuove frontiere che utilizzano la realtà virtuale

Fonte: Nicescene / Shutterstock

Gli scienziati della divisione di ricerca della Walt Disney Company stanno sperimentando metodi innovativi per ottimizzare la coordinazione occhio-mano mentre si utilizza un'interfaccia di realtà virtuale (VR) per catturare una vera palla da tennis. Secondo Disney Research, l'interazione dinamica con oggetti fisici tangibili nella realtà virtuale migliora drammaticamente l'esperienza VR. Questi risultati hanno molte potenziali applicazioni per l'intrattenimento, i giochi, l'allenamento sportivo, nonché il futuro sviluppo di interventi terapeutici e strumenti di apprendimento della realtà virtuale basati sull'istruzione.

Il team di ricerca Disney di Günter Niemeyer e Matthew Pan hanno presentato la loro prima ricerca, "Catching a Ball in Realtà Virtuale", questa settimana alla conferenza IEEE Virtual Reality 2017 a Los Angeles. In una dichiarazione a Disney Research, scienziato ricercatore senior, Günter Niemeyer, ha dichiarato:

"Prendere e sentire la vera palla in mano rende la VR molto più ricca, più credibile, più eccitante, più interattiva, più dinamica, più reale. Prendere palla richiede molte abilità coordinate apprese sin dalla prima infanzia, tra cui una forte coordinazione occhio-mano. "

Niemeyer ha ricevuto la sua MS e il Ph.D. dal Massachusetts Institute of Technology (MIT) nelle aree del controllo adattativo del robot e della teleoperazione bilaterale. La sua ricerca su Disney continua a esaminare le interazioni uomo-robot e la propriocezione negli ambienti di realtà virtuale. (Il cervelletto svolge un ruolo centrale nel coordinare gli aspetti inconsci della propriocezione).

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Nel loro ultimo esperimento utilizzando la VR dinamica per guidare i partecipanti a catturare con successo una palla, Niemeyer e Matthew Pan, collaboratore del laboratorio di ricerca Disney e un dottorato di ricerca. studente dell'Università della British Columbia, ha dimostrato (per la prima volta) che la coordinazione occhio-mano richiesta per catturare una palla reale è possibile nella realtà virtuale.

Durante questo esperimento, Pan e Niemeyer hanno esaminato tre diverse situazioni di cattura della palla VR. È interessante notare che i partecipanti allo studio hanno avuto un tasso di successo del 95% che ha catturato la palla in tutte e tre le circostanze della realtà virtuale. Infatti, la capacità del sistema VR di prevedere il volo di una pallina da tennis e assistere il partecipante nella visualizzazione della traiettoria della palla ha dato al ricevitore un vantaggio nella pratica non disponibile nel mondo reale. In una dichiarazione che tocca la meccanica del cervello coinvolta con la cattura di una palla, Pan ha spiegato l'alto tasso di successo:

"La spiegazione più evidente è che, senza informazioni sulla posizione della palla, il catcher deve fare affidamento sul punto target identificato, cambiando il compito da uno che richiede funzioni cerebrali più elevate per stimare la traiettoria verso un compito di puntamento più semplice e visivamente guidato."

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In particolare, l'assistenza predittiva delle visualizzazioni VR ha migliorato i sensi del pallone ma ha anche aiutato a mettere a punto una strategia efficace per prendere la palla entro pochi millisecondi dal contatto effettivo con il bersaglio, come potete vedere nel video del laboratorio di ricerca Disney qui sotto:

Il tuo cervelletto è la sede della propriocezione e coordinazione occhio-mano necessaria per prendere una palla

La nuova Disney Research non si tuffa profondamente nelle neuroscienze dei loro progressi nella cattura della realtà virtuale. Detto questo, ho passato decenni a cercare e scrivere sul ruolo che il cervelletto (in latino "piccolo cervello") gioca nell'ottimizzare le prestazioni sportive e il potenziale umano sia dentro che fuori dal campo.

Basandomi sulla mia passione per il cervelletto, ero entusiasta di guardare all'esperimento "Catching a Ball in Realtà Virtuale" attraverso la lente della propriocezione cerebellare, la coordinazione occhio-mano e il VOR. ( Cerebellar è la parola sorella per cerebrale e significa "relativo o localizzato nel cervelletto").

Cervelletto (in latino per "piccolo cervello") in rosso.

Fonte: database delle scienze della vita / Wikimedia Commons

Il riflesso vestibolo-oculare (VOR) è un riflesso automatico che produce un movimento oculare nella direzione opposta al movimento della testa quando si insegue un bersaglio o si prende una palla. Il VOR del cervelletto consente a qualcuno di mettere a fuoco e tracciare qualsiasi oggetto in movimento nello sport e nella vita. Senza il sistema VOR del cervelletto, non si poteva giocare a sport di coordinazione occhio-mano o prendere una palla vera nella realtà virtuale. Inoltre, avere un "occhio per la palla" è un riflesso di un robusto sistema VOR.

Come ho detto prima, il tuo cervelletto controlla la propriocezione inconscia necessaria per monitorare costantemente la posizione del tuo corpo nello spazio. Inoltre, orchestra il tempo preciso dei movimenti muscolari regolati mettendo a confronto la velocità di un oggetto in arrivo con la posizione del corpo, degli arti, delle mani, ecc. Questo si estende all'uso di un guanto da presa, una racchetta da tennis, una mazza da baseball o qualsiasi attrezzatura sportiva colpire una palla o un disco da hockey.

Da una prospettiva evolutiva, si ritiene che la capacità del "blindsight" del cervelletto sia un residuo delle nostre radici rettiliane. Nei tempi moderni, il blind blindightight e un VOR robusto consentono a un atleta ben allenato di tenere traccia di una palla o di un disco da hockey in movimento a velocità fulminee. . . proprio come una lucertola usa il cieco per prendere una mosca con la lingua in un batter d'occhio.

La pratica migliora le capacità cerebellare di un atleta su tutta la linea. Anni di pratica, pratica, pratica è come Babe Ruth ha perfezionato le abilità del cervelletto necessarie per colpire una curva accelerata fuori dal parco. Proprio come, decenni di pratica permettono ad Andy Roddick di servire un asso di 155 chilometri all'ora senza nemmeno vedere la pallina da tennis sopra la sua testa mentre colpisce il punto debole della sua racchetta.

Il cervelletto permette agli atleti di "vedere senza vedere" e "sapere senza saperlo"

Wayne Gretzky ha detto "Un buon giocatore di hockey suona dove si trova il disco. Un grande giocatore di hockey suona dove sarà il disco. "Questa intuizione tocca il potere del cervelletto di un atleta per evitare il" pensiero eccessivo "mentre si fida dei propri istinti mentali.

Il mio defunto padre, Richard Bergland, era il mio allenatore principale di tennis mentre crescevo e durante la mia adolescenza. Era anche un neuroscienziato, neurochirurgo ed ex campione di tennis che incorporò la sua passione per il cervelletto per "conoscere senza saperlo" nel suo allenamento di tennis. I metodi di mio padre mi hanno sempre ricordato che Obi-Wan Kenobi stava cercando di insegnare a Luke Skywalker come usare una spada laser con lo scudo del suo casco verso il basso o confidare a The Force abbastanza da spegnere il computer di guida nel suo caccia stellare X-wing.

Quando ho visto per la prima volta il video di Disney Research (sopra) del partecipante allo studio mentre prendeva una palla da tennis indossando uno "scudo" di realtà virtuale che bloccava la sua visione reale, ho avuto dei flashback fino al 1977 quando ero un 11enne aspirante tennista che sognava di diventare il prossimo Björn Borg. E che era anche ossessionato da come Luke Skywalker usava The Force in modi che ottimizzavano la sua intuizione e il blindfight.

Come dice Obi-Wan Kenobi nella famosa scena di Star Wars in basso, "Questa volta, lascia andare il tuo sé cosciente, Luke. E agire d'istinto. " (Per la cronaca: merito le lezioni archetipiche di Hero's Journey di Joseph Campbell e The Power of Myth tessute consapevolmente nelle narrazioni del film di Guerre Stellari di George Lucas per avermi ispirato a battere un Guinness World Record ed esplorare" straordinari " mondi come atleta ultra-resistente e, quindi, tornare a casa nel "mondo ordinario" per scrivere delle lezioni che ho imparato sulle mie avventure per un pubblico generale mainstream in The Athlete's Way: Sweat and the Biology of Bliss. )

Senza volerlo, i consigli di coach di mio padre hanno sempre fatto eco a Obi-Wan Kenobi nella mia mente. Ad esempio, mio ​​padre mi faceva praticare il mio tennis a tempo indeterminato mentre indossavo una benda. Praticando il mio servizio con l'equivalente dello scudo di fuoco di Luke, ho rafforzato le mie capacità cerebellari per sapere dove si trovava la palla senza usare i miei occhi.

Aneddoticamente, posso attestare che la memoria muscolare trattenuta nel mio cervelletto da queste esercitazioni "blindsight" è indelebilmente codificata nel mio circuito neurale cerebellare. Anche se oggi gioco a tennis solo una volta ogni pochi anni … dopo pochi minuti di riscaldamento, riesco a servire con successo una palla da tennis con gli occhi chiusi, anche se sono passati decenni da quando praticavo regolarmente questa esercitazione da tennis con gli occhi bendati.

Come allenatore di tennis basato sulla neuroscienza, mio ​​padre avrebbe detto cose esoteriche e potenzialmente inaffidabili che mi passavano spesso in testa. Ad esempio, "Chris, pensa a martellare ea forgiare la memoria muscolare contenuta nelle cellule di Purkinje del tuo cervelletto ad ogni colpo." Fortunatamente, mio ​​padre ha avuto l'umiltà intellettuale di spiegare cosa voleva dire senza farmi sentire un "stupido jock" quando chiederei, con un'espressione confusa sul mio viso, "Di che diavolo stai parlando?!?"

Tuttavia, in un continuo tentativo di rendere più imparentabile il linguaggio accademico e cerebrale di mio padre, ho sempre immaginato dei modi per applicare i suoi consigli neuroscientifici usando visualizzazioni cinematografiche o fingendo di essere il protagonista che camminava con le stesse scarpe dei miei idoli matinée.

"Di questo, ne sono assolutamente certo. Diventare un neurochirurgo è stata una diretta conseguenza del mio occhio per la palla. "- Richard Bergland, MD

Al college, Richard (Dick) Bergland ha guadagnato il soprannome "facile" basato sulla sua prodezza di tennis e sulla sua grazia sotto pressione.

Fonte: per gentile concessione di Kay Bergland

Come neurochirurgo, mio ​​padre attribuì le capacità cerebellari che padroneggiava sul campo da tennis come abilità trasferibile che portò con sé in sala operatoria. Diceva spesso: "Di questo, ne sono assolutamente certo. Diventare un neurochirurgo è stata una conseguenza diretta del mio occhio per la palla ".

Per mio padre, diventare un chirurgo del cervello era come essere un atleta ben addestrato o un maestro scultore. Considerava la neurochirurgia molto più cerebellare che cerebrale. Infatti, mio ​​padre ha detto che se pensava troppo a quello che stava facendo in sala operatoria, lo avrebbe portato fuori dal suo "canale di flusso" ed essere "nella zona". Ciò ha reso più difficile sperimentare la superfluidità e mantenere grazia sotto pressione.

" Unclamping " il rigido controllo delle funzioni esecutive nella sua corteccia prefrontale è una visualizzazione e una terminologia che mio padre ha preso in prestito dal "Gospel of Relaxation" di William James e condiviso con me come un novellino per aiutarmi ad imparare come evitare la "paralisi per analisi" dentro e fuori dal campo.

Mio padre sapeva per esperienza della vita che il "pensiero eccessivo" lo aveva indotto a irrigidirsi e soffocare durante entrambi i match point e le procedure neurochirurgiche ad alta pressione. Ma, attraverso decenni di pratica, ha insegnato a se stesso come fidarsi di tutto cuore del cervelletto "conoscere senza saperlo" le abilità possedute nel suo cervelletto. In tal modo, è diventato capo della neurochirurgia presso il BIDMC della Harvard Medical School e altri ospedali universitari.

Dal mio punto di vista della cultura pop, ho sempre tradotto il volgare accademico di mio padre in uno stile esplicativo personalizzato, come quello di attingere a The Force per sbloccare le mie funzioni esecutive prefrontali e sedermi nel cervelletto. Nella mia immaginazione, le parole di saggezza di Obi Wan a Luke rispecchiavano il consiglio di mio padre di confidare nella memoria muscolare che avevo "martellato e forgiato" nel mio cervelletto attraverso infinite pratiche, pratica, pratica.

La pratica quotidiana ottimizza la connettività funzionale del cervelletto e consente prestazioni di picco senza dover impegnare eccessivamente i circuiti neurali cerebrali o pensare troppo. Ovviamente, ogni volta che qualcuno inizia a pensare troppo sul campo da gioco o sul campo da tennis, è molto più probabile che soffochi, inciampi e faccia cadere la palla. (Ho scritto su questo in un post del blog di Psychology Today , "Perché Overthinking provoca la riduzione degli atleti?")

"Immaginare" le Future Applicazioni della Tecnologia della Realtà Virtuale

Per decenni, la realtà virtuale è stata utilizzata nei simulatori di volo per insegnare ai piloti (come mia sorella Sandy Bergland, che ha applicato le lezioni di cervelletto di nostro padre per diventare un pilota del Boeing 777 per FedEx) come risolvere i problemi e avere la grazia sotto pressione in il calore del momento durante le emergenze del caso peggiore.

Ancora una volta, il valore sottovalutato della tecnologia VR è che impegna automaticamente gli aspetti propriocettivi del cervelletto, che consente a qualcuno di funzionare su "autopilota" utilizzando memoria implicita ben addestrata liberando contemporaneamente la memoria di lavoro cerebrale per risolvere efficacemente il problema.

Chiaramente, la propensione di Walt Disney per la combinazione di creatività e innovazione è fiorente per Disney Research. In termini di "immaginazione" (un termine che il padre di Disney ha coniato per rappresentare una miscela di immaginazione e ingegneria) usi futuri di tecnologie VR che potrebbero migliorare realmente la vita delle persone, le possibilità sembrano illimitate.

"Man mano che i sistemi di realtà virtuale diventano sempre più comuni, l'idea che l'esperienza utente possa essere arricchita consentendo un'interazione dinamica con oggetti reali sta guadagnando interesse", ha affermato Markus Gross, direttore della Disney Research Zürich, in una recente dichiarazione su come prendere una palla in realtà virtuale . "Questo primo lavoro del nostro team è allettante e suggerisce che collegare il mondo virtuale e quello reale non solo è possibile, ma offre molte nuove opportunità e vantaggi".

Interfacce ibride che combinano elementi di realtà virtuale e realtà virtuale potrebbero essere utilizzate per trattare una vasta gamma di disturbi cerebellari

La scorsa settimana, in una zona completamente diversa della ricerca di neuroscienze all'avanguardia, gli scienziati della Stanford University sono incappati in una funzione precedentemente sconosciuta del cervelletto usando un'altra tecnologia all'avanguardia chiamata "imaging di calcio a due fotoni". I ricercatori di Stanford hanno scoperto (per la prima volta) le cellule granulari nel cervelletto codificano e predicono i premi. Queste scoperte confermano un'ondata di altre ricerche negli ultimi due anni che suggeriscono che l'attività neuronale "inconscia" nel cervelletto può svolgere un ruolo nel guidare comportamenti di ricerca di dipendenza da dipendenza.

Sono ottimista sul fatto che le ultime prove empiriche di Stanford che collegano il cervelletto con il comportamento alla ricerca della ricompensa e la ricerca di Disney che combinano compiti di realtà virtuale con oggetti del mondo reale possano un giorno essere "immaginate" per creare interventi farmacologici personalizzati che coinvolgono le risposte cerebellari alla droga spunti in un ambiente VR sicuro e controllato.

Inoltre, fondere elementi del mondo reale che scatenano il disturbo da stress post-traumatico (PTSD) in un ambiente di realtà virtuale sicuro e sano potrebbe essere un modo per aiutare a combattere i veterani, molti dei quali hanno il DPTS che è legato al danno cerebellare creato da micro-esplosioni nella zona di guerra. (Ho scritto su questi risultati nel post del blog di Psychology Today , "Il danno al cervelletto può essere la radice del PTSD in Combat Veterans".)

Un'altra potenziale applicazione della fusione della realtà virtuale e del mondo reale per migliorare il benessere dei deficit correlati al cervelletto sono i disturbi dello spettro autistico (ASD) che hanno dimostrato di avere un elemento cerebellare definitivo. Ad esempio, combinando la tecnologia di eye-tracking e gli esercizi di riflesso vestibolo-oculare in un ambiente VR che in qualche modo incorpora il mondo reale, potrebbe aiutare i bambini con la pratica ASD a fare un contatto visivo predittivo in una varietà di situazioni sociali controllate. Allo stesso modo, le tecnologie di realtà virtuale potrebbero essere sviluppate per aiutare i pazienti con atassia dopo un ictus cerebrale o un tumore al cervello.

In termini di psicologia positiva e uso quotidiano della VR in futuro, strumenti avanzati di realtà virtuale simili a quelli utilizzati per allenare un atleta potrebbero essere personalizzati per istruire qualcuno su tecniche specifiche necessarie per affrontare un colloquio di lavoro padroneggiando gli aspetti propriocettivi dell'interazione umana tenuti in VOR e linguaggio del corpo.

Sul potenziale lato oscuro di questa nuova tecnologia, c'è sempre la possibilità che fare affidamento troppo sui progressi della realtà virtuale possa creare un tipo di "Shock futuro" o disconnessione dalle interazioni umane faccia a faccia. Questo tipo di distopia futuristica è stato recentemente esplorato nell'episodio "Playtest" di Black Mirror. In questo episodio, il protagonista (Wyatt Russell) viene intrappolato in un gioco di realtà virtuale che mette in corto circuito. I creatori del gioco non sono in grado di spegnere il computer, il che gli rende impossibile sfuggire al mondo virtuale pieno delle sue paure più profonde e degli incubi creati dagli specialisti del gioco VR.

In chiusura, vale la pena notare che nella scena finale del film originale di Star Wars (A New Hope, Episodio IV) Luke sente le parole di Obi-Wan Kenobi che dice "Usa la forza, Luke. Lascia andare! " E interruttori del suo sistema di puntamento computerizzato basato su VR. Usando la sua intuizione e non affidandosi a un computer VR in ultima analisi, permette a Luke di sfuggire a Darth Vader e far saltare in aria la Morte Nera. In qualche modo, questa scena potrebbe essere vista con il senno di poi come un promemoria profetico che, in un'era digitale del 21 ° secolo, dovremmo essere cauti nel divenire troppo dipendenti dalle tecnologie informatiche e sforzarci di mantenere forti le funzioni del cervelletto attraverso le esperienze di vita del mondo reale , come praticare sport, attività fisiche quotidiane e impegno sociale.

Ovviamente, molte cose che possono essere allenate e padroneggiate nella realtà virtuale possono (e dovrebbero) essere anche praticate e messe a punto senza alcuno scatto di realtà virtuale. Detto questo, questi sono tempi entusiasmanti per la ricerca pionieristica sia nel mondo della realtà virtuale che nelle neuroscienze. Si spera che le prossime scoperte neuroscientifiche e VR verranno applicate in un connubio di realtà virtuale con la "realtà quotidiana" che migliora la vita quotidiana e fortifica il meglio di tutti noi.