Auge-Hand-Koordination - Eye–hand coordination

Hand-Auge-Koordination (auch bekannt als Auge-Hand-Koordination ) ist die koordinierte Steuerung der Augenbewegung mit Handbewegungen und die Verarbeitung visueller Eingaben zur Führung des Greifens und des Greifens zusammen mit der Propriozeption der Hände zur Führung der Augen. Die Auge-Hand-Koordination wurde bei so unterschiedlichen Aktivitäten wie der Bewegung von festen Objekten wie Holzklötzen, Bogenschießen, sportlichen Leistungen, Musiklesen , Computerspielen, Abschreiben und sogar Teezubereitung untersucht. Es ist Teil der Mechanismen zur Ausführung alltäglicher Aufgaben; Ohne sie wären die meisten Menschen nicht in der Lage, selbst die einfachsten Aktionen auszuführen, wie zum Beispiel ein Buch von einem Tisch zu nehmen oder ein Videospiel zu spielen. Während es unter dem Begriff Hand-Auge-Koordination anerkannt ist , beziehen sich medizinische Quellen und die meisten psychologischen Quellen ausnahmslos auf die Auge-Hand-Koordination .

Evolution

Die Augen-Vordergliedmaßen-Hypothese

Die Augen-Vordergliedmaßen-Hypothese (EF) legt nahe, dass sich das visuelle System der Primaten parallel zur Spezialisierung der Hand durch einen gemeinsamen evolutionären Mechanismus verändert hat. Das ultimative Ergebnis war eine genaue Tiefenwahrnehmung, Geschwindigkeit und Genauigkeit der Hand beim Greifen.

Warum haben Primaten ihre Augen nach vorne gerichtet und warum ungekreuzte Nerven aus den Augen?

Warum haben alle Primaten, einschließlich des Menschen, ihre Augen geradeaus gerichtet? Und warum haben Primaten ein Chiasma opticum (OC), von dem fast die Hälfte (45 Prozent) aus ungekreuzten Nerven besteht? Die traditionelle Idee ist, dass ein solches Sehen mit einer hochwertigen Binokularität kombiniert wird, um das Tiefensehen zu fördern. Ein Übersichtsartikel in Brain, Behavior and Evolution stellt jedoch eine neue "Auge-Vordergliedmaßen-Hypothese" (EF-Hypothese) vor, die darauf hindeutet, dass sich die neuronale Architektur des visuellen Systems von Primaten zu einem völlig anderen Zweck entwickelt hat. Die EF-Hypothese postuliert, dass es einen selektiven Wert hat, kurze Nervenbahnen zwischen Bereichen des Gehirns zu haben, die visuelle Informationen über die Hand erhalten, und den motorischen Kernen, die die Koordination der Hand kontrollieren. Das Herzstück der EF-Hypothese ist, dass die evolutionäre Transformation bei OC die Länge dieser Nervenbahnen beeinflusst.

Eine Möglichkeit, die Hypothese zu testen, besteht darin, die Präzision und Geschwindigkeit beispielsweise der linken Hand bei der Ausführung von Aufgaben im linken und rechten Sichtfeld zu vergleichen. Mehrere solcher Experimente wurden durchgeführt. Obwohl sie nicht primär zum Testen der EF-Hypothese durchgeführt wurden, stimmen die Ergebnisse eindeutig mit der Hypothese überein: eine höhere Präzision und Geschwindigkeit, solange die Hand im ipsilateralen Sichtfeld arbeitet. Berlucchi et. seitlich.

Primaten benutzen ihre Hände gekonnt unter Aufsicht des Auges

Primaten und Katzen benutzen ihre vorderen Gliedmaßen gekonnt unter Aufsicht des Auges. Primaten und Katzen (Katze) haben einen hohen Anteil an ipsilateralen Netzhautprojektionen (IRP) (45% bzw. 30% IRP). Der Tatsache, dass Krokodilen, den meisten Vögeln und Fischen IRP fehlt, wird auch durch die EF-Hypothese Rechnung getragen. Krokodile, Vögel und Fische nutzen aus anatomisch-funktionellen Gründen die vordere Extremität in ihrem Frontalraum wenig. Der Afrikanische Klauenfrosch Xenopus laevis hat vor der Metamorphose nur Vorsprünge gekreuzt, danach entwickelt er binokulares Sehen und vordere Extremitäten mit Krallen. Xenopus laevis verwendet seine Krallen, wenn er Beute fängt, die sich vor dem Frosch befindet. Delfinen fehlt IRP, was mit der Hypothese übereinstimmt, da das vordere Ende des Delfins (die Brustflosse) nur seitlich verwendet wird. Unter den Beuteltieren weisen drei baumkletternde Arten einen hohen Anteil an IRP auf. Vombater (Vombatidae), hat sehr wenig IRP, was der EF-Hypothese entspricht, da es sich um einen terrestrischen Pflanzenfresser handelt. Diese Art der Nahrungssuche reduziert die Notwendigkeit einer hervorragenden visuellen Kontrolle des Vorfußes. Die anderen Beuteltiere liegen zwischen diesen Extremen.

Die EF-Hypothese bietet neue Perspektiven auf die menschliche Evolution. Tugendhafte Augenhandkontrolle sind typische Merkmale von Primaten. Fossile Beweise deuten darauf hin, dass die ersten echten Primaten vor etwa 55 Millionen Jahren erschienen. Schon damals scheint die Hand auf das Greifen spezialisiert zu sein. Frühe Primatenvorfahren haben möglicherweise diesen speziellen Griff entwickelt, um Blüten, Nektar und Blätter in den distalen Ästen von Bäumen zu erreichen und zu essen. Bloch und Boyer behaupten, dass sich die Grifffähigkeit der Hand vor der visuellen Spezialisierung der Primaten entwickelt hat. Im Gegensatz dazu weist die EF-Hypothese darauf hin, dass sich das Sehsystem der Primaten parallel zur Spezialisierung der Hand durch einen gemeinsamen evolutionären Mechanismus entwickelt hat. Grundsätzlich hat eine Erhöhung des IRP einen selektiven Wert bei Tieren, die regelmäßig die vordere Extremität im frontalen Sichtfeld verwenden.

Verhalten und Kinematik

Neurowissenschaftler haben das menschliche Blickverhalten umfassend erforscht, wobei Studien festgestellt haben, dass die Verwendung des Blicks sehr aufgabenspezifisch ist, dass Menschen jedoch typischerweise eine proaktive Kontrolle zeigen, um ihre Bewegungen zu steuern. Normalerweise fixieren die Augen ein Ziel, bevor die Hände für eine Bewegung verwendet werden, was darauf hinweist, dass die Augen räumliche Informationen für die Hände liefern. Die Dauer, während der die Augen bei einer Handbewegung auf ein Ziel fixiert zu sein scheinen, variiert – manchmal bleiben die Augen fixiert, bis eine Aufgabe abgeschlossen ist. Zu anderen Zeiten scheinen die Augen nach anderen interessanten Objekten zu suchen, bevor die Hand das Objekt überhaupt ergreift und manipuliert.

Augengeführte Handbewegung

Wenn Augen und Hände für Kernübungen verwendet werden, lenken die Augen im Allgemeinen die Bewegung der Hände auf Ziele. Darüber hinaus liefern die Augen erste Informationen über das Objekt, einschließlich seiner Größe, Form und möglicherweise Greifstellen, die verwendet werden, um die Kraft zu bestimmen, die die Fingerspitzen aufwenden müssen, um eine Aufgabe auszuführen.

Bei sequentiellen Aufgaben tritt die Blickbewegung bei wichtigen kinematischen Ereignissen auf, wie z. B. beim Ändern der Bewegungsrichtung oder beim Passieren von wahrgenommenen Orientierungspunkten. Dies hängt mit der aufgabensuchorientierten Natur der Augen und ihrer Beziehung zur Bewegungsplanung der Hände und den Fehlern zwischen der motorischen Signalausgabe und den von den Augen und anderen Sinnen wahrgenommenen Konsequenzen für die Korrekturbewegungen zusammen. Die Augen neigen dazu, sich auf ein Ziel zu "refixieren", um die Erinnerung an seine Form aufzufrischen oder sich bei Zeichenaufgaben, bei denen es sich um visuelle Eingaben und Handbewegungen handelt, auf Änderungen seiner Form oder Geometrie zu aktualisieren, um eine Kopie dessen zu erstellen, was war wahrgenommen. Bei hochpräzisen Aufgaben, wenn auf größere Mengen visueller Reize reagiert wird, erhöht sich die Zeit, die zum Planen und Ausführen von Bewegungen benötigt wird, gemäß dem Fitts-Gesetz linear .

Handgeführte Sakkaden

Menschen haben die Fähigkeit bewiesen, die Augenbewegungen ohne Sicht auf die Hand zu richten, indem sie den Sinn der Propriozeption verwenden , mit nur geringfügigen Fehlern im Zusammenhang mit der internen Kenntnis der Gliedmaßenposition. Es hat sich gezeigt, dass die Propriozeption der Gliedmaßen sowohl bei der aktiven als auch bei der passiven Bewegung zu Überschwingern der Augensakkade führt, wenn die Hände zur Führung der Augenbewegungen verwendet werden. Diese Überschwinger resultieren aus der Kontrolle der Augensakkaden und nicht aus früheren Bewegungen der Hände in Experimenten. Dies impliziert, dass die auf Gliedmaßen basierende Propriozeption in okuläre motorische Koordinaten umgewandelt werden kann, um die Augensakkaden zu führen, was die Führung der Sakkaden durch Hände und Füße ermöglicht.

Neuronale Mechanismen

Die neuronale Kontrolle der Auge-Hand-Koordination ist komplex, weil sie jeden Teil des zentralen Nervensystems einbezieht, der am Sehen beteiligt ist: Augenbewegungen, Berührung und Handkontrolle. Dazu gehören die Augen selbst, die Großhirnrinde , subkortikale Strukturen (wie das Kleinhirn , die Basalganglien und der Hirnstamm ), das Rückenmark und das periphere Nervensystem . Weitere am intensivsten untersuchte Bereiche der Auge-Hand-Koordination sind die frontalen und parietalen Kortexbereiche zur Kontrolle der Augensakkaden und der Handreichweite. Beiden Bereichen wird eine Schlüsselrolle bei der Auge-Hand-Koordination und der Bewegungsplanung bei Aufgaben zugeschrieben.

Es wird angenommen, dass ein spezifischer Bereich, der Parieto- Occipital-Übergang , an der Transformation des peripheren visuellen Inputs für das Greifen mit den Händen beteiligt ist, wie durch fMRT festgestellt wurde . Insbesondere in dieser Region gibt es Unterteilungen für Reichweite, Griff und Sakkaden. Neben dem parieto-okzipitalen Übergang wird angenommen, dass der posteriore parietale Kortex eine wichtige Rolle bei der Verbindung der Propriozeption und der Transformation motorischer sensorischer Eingaben zur Planung und Steuerung von Bewegungen in Bezug auf visuelle Eingaben spielt.

Viele dieser Bereiche zeigen neben der Steuerung von Sakkaden oder Reichweite auch Augenpositionssignale, die für die Umwandlung von visuellen Signalen in motorische Befehle erforderlich sind. Darüber hinaus zeigen einige der an der Reichweite beteiligten Bereiche, wie der mediale intraparietale Kortex, eine blickzentrierte Neuabbildung der Reaktionen während der Augenbewegungen sowohl bei Affen als auch beim Menschen. Wenn jedoch einzelne Neuronen in diesen Bereichen aufgezeichnet werden, zeigen die Reichweitenbereiche oft einige sakkadenbezogene Reaktionen und die Sakkadenbereiche zeigen oft einige reichweitenbezogene Reaktionen. Dies kann die Auge-Hand-Koordination unterstützen oder auf die Fähigkeit von Zellen hinweisen, sich bei häufigerer Verwendung miteinander zu verbinden.

Klinische Syndrome

Zahlreiche Störungen, Krankheiten und Beeinträchtigungen führen zu einer Störung der Auge-Hand-Koordination aufgrund einer Schädigung des Gehirns selbst, einer krankheits- oder altersbedingten Degeneration des Gehirns oder einer scheinbaren Unfähigkeit, die Sinne vollständig zu koordinieren.

Altern

Bei älteren Erwachsenen wurden Beeinträchtigungen der Auge-Hand-Koordination gezeigt, insbesondere bei schnellen und präzisen Bewegungen. Dies wurde der allgemeinen Degeneration des Kortex zugeschrieben, die zu einem Verlust der Fähigkeit führt, visuelle Eingaben zu berechnen und sie mit Handbewegungen in Verbindung zu bringen. Obwohl sich ältere Erwachsene für diese Art von Aufgaben mehr Zeit nehmen, sind sie dennoch in der Lage, genauso genau zu bleiben wie jüngere Erwachsene, jedoch nur, wenn die zusätzliche Zeit in Anspruch genommen wird.

Balint-Syndrom

Das Bálint-Syndrom ist durch ein völliges Fehlen der Auge-Hand-Koordination gekennzeichnet und tritt nachweislich isoliert von der Optikusataxie auf. Es handelt sich um eine seltene psychische Erkrankung, die am häufigsten aus einer beidseitigen Schädigung des oberen parieto-okzipitalen Kortex resultiert. Eine der häufigsten Ursachen sind Schlaganfälle, aber auch Tumore, Traumata und Alzheimer können Schäden verursachen. Patienten mit Balint-Syndrom können an drei Hauptkomponenten leiden: optische Apraxie, optische Ataxie und Simultanagnosie. Simultanagnosie ist, wenn Patienten Schwierigkeiten haben, mehr als ein Objekt gleichzeitig wahrzunehmen. Es gibt drei verschiedene Ansätze für die Rehabilitation. Der erste Ansatz ist der adaptive oder funktionale Ansatz. Es handelt sich um funktionelle Aufgaben, die die Stärken und Fähigkeiten des Patienten nutzen. Der zweite Ansatz ist ein Heilansatz und beinhaltet die Wiederherstellung des geschädigten zentralen Nervensystems durch Training der Wahrnehmungsfähigkeiten. Der letzte Ansatz ist der Multikontext-Ansatz, und dieser Ansatz beinhaltet das Üben einer gezielten Strategie in einer multiplen Umgebung mit unterschiedlichen Aufgaben und Bewegungsanforderungen sowie Selbstbewusstseinsaufgaben.

Optische Apraxie

Optische Apraxie ist ein Zustand, der aus der völligen Unfähigkeit einer Person resultiert, Augen- und Handbewegungen zu koordinieren. Obwohl sie der Optikusataxie ähnlich ist, sind ihre Auswirkungen schwerwiegender und resultieren nicht unbedingt aus einer Schädigung des Gehirns, sondern können durch genetische Defekte oder Degeneration von Gewebe entstehen.

Optische Ataxie

Optische Ataxie oder visuomotorische Ataxie ist ein klinisches Problem, das mit einer Schädigung des okzipital-parietalen Kortex beim Menschen verbunden ist, was zu einer mangelnden Koordination zwischen Auge und Hand führt. Sie kann eine oder beide Hände betreffen und kann in einem Teil des Gesichtsfeldes oder im gesamten Gesichtsfeld vorhanden sein. Optische Ataxie wird oft als hochgradige Beeinträchtigung der Auge-Hand-Koordination angesehen, die aus einer Kaskade von Ausfällen der sensorischen zu motorischen Transformationen im posterioren Parietalkortex resultiert. Visuelle Wahrnehmung, Benennung und Lesen sind weiterhin möglich, aber visuelle Informationen können die motorischen Bewegungen der Hand nicht steuern. Optikusataxie wurde oft mit dem Balint-Syndrom verwechselt, aber neuere Forschungen haben gezeigt, dass Optikusataxie unabhängig vom Balint-Syndrom auftreten kann. Patienten mit optischer Ataxie haben normalerweise Schwierigkeiten, visuelle Objekte auf der Seite der Welt zu erreichen, die der Seite der Hirnschädigung gegenüberliegt. Häufig sind diese Probleme relativ zur aktuellen Blickrichtung und scheinen zusammen mit Änderungen der Blickrichtung neu abgebildet zu werden. Einige Patienten mit Schädigungen der Parietalrinde zeigen "magnetische Reichweite": ein Problem, bei dem Reichweiten in Richtung der Blickrichtung gezogen erscheinen, auch wenn sie vom gewünschten Greifobjekt abgewichen wird.

Parkinson-Krankheit

Es wurde beobachtet, dass Erwachsene mit Parkinson-Krankheit die gleichen Beeinträchtigungen wie normales Altern aufwiesen, nur in einem extremeren Ausmaß, zusätzlich zu einem Verlust der Kontrolle über die motorischen Funktionen gemäß den normalen Symptomen der Krankheit. Es ist eine Bewegungsstörung und tritt auf, wenn dopaminerge Neuronen degeneriert sind, die die Substantia nigra mit dem Nucleus caudatus verbinden. Zu den Hauptsymptomen eines Patienten gehören Muskelsteifheit, Bewegungsverlangsamung, Ruhetremor und Haltungsinstabilität. Es hat sich gezeigt, dass die Fähigkeit zu planen und aus Erfahrungen zu lernen, Erwachsenen mit Parkinson eine Verbesserung der Zeit ermöglicht, jedoch nur unter Bedingungen, unter denen sie Medikamente zur Bekämpfung der Auswirkungen von Parkinson einnehmen. Einige Patienten erhalten L-DOPA, eine Vorstufe von Dopamin. Es ist in der Lage, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden und wird dann von dopaminergen Neuronen aufgenommen und dann in Dopamin umgewandelt.

Siehe auch

Verweise

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