Dit document bevat een samenvatting van het Coordination gedeelte van Concepts in HMS dat ik heb gemaakt door middel van college aantekeningen. Dat wat de docent als belangrijk acht, staat er daarom in. De samenvatting is helemaal compleet in het Nederlands. Inclusief afbeeldingen, beschrijvingen v...
Concepts in the HMS
Coordination
College 1: Information
Sensori-motor loop / Perception-action coupling
= continue koppeling tussen perceptie en actie. Je CZS sturen een beweging aan. Hiervoor
heb je informatie nodig uit de omgeving om dit goed te laten verlopen. Daarnaast is er ook
informatie nodig van de beweging zelf om te zorgen dat deze goed wordt uitgevoerd.
Daarom is er een continue koppeling tussen je perceptie (waarneming) en de actie
(beweging).
Er zijn verschillende perspectieven/concepten over het verkrijgen van (sensorische)
informatie. In dit college:
• Computational approach (met als voorbeeld Bayesian approach)
• Ecological psychology
Computational approach
à zegt dat informatie vanuit de senses eerst moet worden verwerkt
(processing) voordat de signalen een betekenis krijgen
Twee type information processing:
• Bottom-up à toekomstige analyse
• Top down à invloed context/kennis
Bottom-up
Aanwezige stimulus (zien) à detectie kenmerken à combinatie kenmerken à
patroonherkenning
Het CZS weet na de combinatie van de informatie (kenmerken) wat het heeft gezien.
Hierdoor is er een analyse van de toekomst.
Top down
Informatie komt niet alleen uit de omgeving, maar er is ook invloed van de context/kennis.
De omgeving heeft dus invloed op wat je ziet (denk aan rij met letters (B) en rij met getallen
(13))
De computational approach zegt dus dat er information processing nodig is. Er zijn
verwerkingsprocessen nodig voordat de informatie wordt geïnterpreteerd
Stimuli à mental processing à perception
= ‘indirect’ perception
, CONCEPTS IN THE HMS - COORDINATION 2
Voorbeeld van computational approach: bayesian information processing
Bij deze benadering wordt rekening gehouden met het feit dat sensorische informatie niet
perfect is. Er zit verstoring in. Daarom is er een uncertainty (=onzekerheid). Het doel is om
deze uncertainty zo klein mogelijk te maken. Dit kan door de kennis die je al hebt, toe te
passen. Daarom top-down: je hebt al bepaalde kennis over een taak (zoals tennis) en
daarmee kan je voorspellen waar de tegenstander de bal gaat slaan.
Om de uncertainty zo klein mogelijk te maken, worden er 2 dingen gecombineerd:
• Prior
= de waarschijnlijkheid dat de waarde ‘x’ is
à gebaseerd op kennis/ervaring
à als ervaren tennisspeler heb je een bepaalde
‘verwachting’ waar de tegenstander de bal gaat spelen
à grote onzekerheid (wijde distributie), maar deze
verdeling kan kleiner worden door meer ervaring
• Likelihood
= de waarschijnlijkheid op observatie ‘o’, wanneer de
waarde ‘x’ is.
à afhankelijk van de perceptuele onzekerheid (goed
(zon) of slecht beeld (regen/mist)?
Het CZS combineert de prior en de likelihood in een
processing stap en dit leidt uiteindelijk tot:
• Posterior
= de waarschijnlijkheid dat de waarde ‘x’ is, gegeven de
observatie ‘o’
= prior * likelihood
Belangrijk:
• De likelihood wordt wel beïnvloedt door de perceptuele onzekerheid.
• De prior wordt niet beïnvloedt door de perceptuele onzekerheid!
• Hoe groter de perceptuele onzekerheid, hoe wijder het betrouwbaarheidsinterval van
de likelihood, waardoor de posterior meer gaat afhangen van de prior
• Ook gaat de posterior meer afhangen van de prior wanneer je meer ervaring hebt.
Het betrouwbaarheidsinterval van de ‘prior’ wordt dan dus smaller.
Samenvatting Bayesian Perspective
• Sensorische perceptie wordt gekarakteriseerd door uncertainty
• Het verwerken van informatie uit deze perceptie heeft als doel om deze uncertainty
te verkleinen, waarbij 2 statistische representaties worden gebruikt:
o Perceptual uncertainty
o Prior experience/knowledge
• Dit leidt tot een kleinere onzekerheid in de uiteindelijke ‘informatie’
, CONCEPTS IN THE HMS - COORDINATION 3
Ecological perspective
Dit houdt rekening met de omgeving waarmee een individu interacteert. Het zegt dat de
informatie ligt in de optic array. Je verkrijgt deze informatie door te interacteren met de
omgeving. Hierdoor ontstaan er veranderingen in de optic array. Veranderingen in de optic
array kunnen ontstaan door:
• de ontvanger zelf à je verplaatst om iets beter te kunnen zien
• de omgeving à een bewegend object
Dit zorgt voor lokale veranderingen in het optic array. Het patroon van deze veranderingen
specificeert HOE het verandert. Daarin ligt de informatie.
Moving point of observation Optic flow
De ecological approach zegt dus dat informatie aanwezig is in de optic array. Omdat het in
dit array aanwezig is, hoeft het niet te worden verwerkt. Het moet alleen worden detecteert.
à ‘direct’ perception
Het specificeert de relatie van de ontvanger met de omgeving.
Affordances
= de mogelijkheden die de omgeving de ontvanger biedt
De ‘echte’ informatie ligt in wat de omgeving jou kan bieden. Bijv. waar een stoel voor dient.
Voor de ene betekent een stoel iets om op te zitten. Voor een kind betekent een stoel een
verstopplek. Informatie is dus een mogelijkheid voor de ontvanger om te bewegen, om een
actie uit te voeren.
Volgens de ecological approach gaat de informatie dus niet over uncertainty’s, maar ziet
informatie als specificatie: welke optische variabelen zijn aanwezig/worden gebruikt?
à animal-environment systems
, CONCEPTS IN THE HMS - COORDINATION 4
College 2: sensori-motor loop
Dit college
• Motorprogramma’s
• Computational approach: internal models
De sensori-motor loop zorgt voor een koppeling tussen perceptie en actie. Wat als dit is
verstoord? Kunnen we bewegen zonder sensorische feedback?
Open-loop control
= bewegen zonder sensorische feedback
à apenexperiment: de apen konden zonder de sensorische informatie, toch nog bewegen.
Aangezien het dus mogelijk is om zonder sensorische feedback te bewegen, dacht men dat
dit te maken had met dat het voorgeschreven lag. Toen kwam het idee van
motorprogramma’s.
Motorprogramma’s
= een set van spiercommando’s waarop een beweging kan worden uitgevoerd, zonder af te
hangen van de periferische feedback. De hele beweging ligt dus vooraf beschreven in een
programma.
à dit maakt open-loop controle dus mogelijk!
Problemen met motorprogramma’s
• Novelty problem
à waar ontstaan deze programma’s?
à hoe ontstaan deze programma’s?
• Storage problem
à waar liggen de programma’s opgeslagen?
Gedeeltelijke oplossing: generalized motorprograms
= motorprogramma’s die gedefinieerd worden als klassen van bewegingen. Je hebt bijv. het
beweging fietsen. Deze beweging wordt geselecteerd en vervolgens worden hier
aanpassingen aan gedaan wat betreffende kracht of snelheid.
Problemen
• Ligt de hele beweging voorgeschreven voordat het wordt uitgevoerd?
à dit klopt niet altijd want soms wordt een beweging tijdens het bewegen
aangepast
, CONCEPTS IN THE HMS - COORDINATION 5
• Context-afhankelijke variabiliteitsprobleem
à Hoe wordt er rekening gehouden met (variaties in) de status van het motorische
systeem en de omgeving? Wat gebeurt er als je oefent?
De startpositie kan bij het maken van de beweging telkens anders zijn. Ook kan de
beweging worden verstoord of moet het bijv. eerst een bepaalde kracht overwinnen
voordat de beweging wordt gemaakt.
Experiment
à patiënt kon zonder zijn sensorische informatie het motorprogramma na een tijdje niet
meer goed uitvoeren.
Gebaseerd hierop moest het idee van motorprogramma’s, die geproduceerd worden met
open-loop controle, worden verworpen. Daarom ontstond het nieuwe idee: sensori-motor
loop. De actie is gekoppeld aan de sensorische informatie. Hierbij zijn er 3 perspectieven:
• Computational approach
• Ecological psychology
• Common coding theory
Computational approach
à information processing
Hierbij zijn interne modellen in het CZS heel belangrijk
= representaties van het motor apparatus (en de context)
à essentieel voor de sensori-motor loop controle!
Verschillende modellen
• Inverse model
= Welke motorcommando’s zijn nodig om een doel te bereiken?
à je weet de gewenste uitkomst en het inverse model moet bepalen welke
commando’s nodig zijn om deze uitkomst te bereiken
• Forward dynamic model
= Welke motorische effecten zullen de commando’s hebben?
à je weet de input (de commando’s) en het forward dynamic model moet bepalen
wat de uitkomsten zijn (bewegingen)
• Forward sensory model
= Welke sensorische feedback zal ontstaan ten gevolgen van de gebruikte motor
commando’s?
à in dit geval moeten de uitkomsten in de sensorische feedback worden voorspeld
aan de hand van het model
Open-loop control or feedforward (FF) control
, CONCEPTS IN THE HMS - COORDINATION 6
Het motorcommando wordt aangepast aan de kenmerken van het systeem, gebaseerd op
het interne model. Het interne model heeft deze motorcommando’s klaarliggen. Echter, hoe
goed de beweging vervolgens is, hangt af van de:
• Kwaliteit van het interne model
• Kwaliteit van de schatting van de huidige status
• Invloed van externe verstoringen
à correctie vindt niet plaats! Als er verstoringen zijn, dan kan de beweging hier niet op
worden aangepast omdat er geen (sensorische) feedback is.
Closed-loop control
Bij closed-loop control is er feedback op het systeem. Hierdoor kan een beweging worden
aangepast wanneer het wordt verstoord. Dit gebeurt al tijdens de beweging. Er zijn dus
online aanpassingen! Om dit te doen, is er sensorische feedback nodig. Daarnaast moet het
systeem wel doorhebben dat er een ‘error’ is. De sensorische feedback moet dus vergeleken
worden met een referentie, afkomstig uit het forward sensory model.
Kortom, er treedt een combinatie op van alle modellen. De modellen zijn dus allemaal met
elkaar verbonden.
Je hebt een doel. De motorcontroller weet d.m.v. het
inverse model welke motorcommando’s moeten
worden gegeven om dat doel te bereiken en stuurt
deze motorcommando’s naar het motorische
systeem.
Daarbij wordt een efferente kopie van deze
commando’s naar het forward dynamic model
gestuurd. Dit model voorspelt wat de dynamische
consequenties zullen zijn van de commando’s.
Ook wordt er een efferente kopie naar het forward sensory model gestuurd. Dit model
voorspelt wat de sensorische gevolgen van de commando’s zal zijn.
De beweging wordt uitgevoerd. Dit genereert sensorische feedback. Deze sensorische
feedback wordt vergeleken met de ‘voorspelling’ van het forward dynamic en forward
sensory model. Aan de hand hiervan, kan feedback-based error correction optreden.
Daarnaast kan er ook feed-forward error correction optreden. Hierbij wordt de voorspelling
van de beweging vergeleken met hoe de beweging er werkelijk uitziet. Is dit anders, dan kan
er tijdens het maken van de beweging al correctie optreden.
, CONCEPTS IN THE HMS - COORDINATION 7
Er zijn dus 2 types van error-correction:
• Feedback-based
à Tijdsvertraging
o Reactie langzaam
o Risico op oscillaties
• Feedforward-based
o Heel snel
o Kan niet reageren op externe verstoringen
De modellen ontstaan waarschijnlijk in het cerebellum. Daar worden de ‘computations’
gemaakt.
Recap computational approach
Deze benadering gaat er van uit dat de sensorimotor coordination is gebaseerd op interne
modellen, waaronder:
• Inverse model à om goede motorische commando’s te genereren
• Forward models à om te voorspellen wat de uitkomst zal zijn van deze motorische
commando’s (zowel dynamisch als sensorisch)
Hierdoor kunnen fouten worden gecorrigeerd.
Het idee is dat de interne modellen ontstaan in het cerebellum.
, CONCEPTS IN THE HMS - COORDINATION 8
College 3: Perception-action coupling
• Ecological approach
• Common coding theory
Ecological approach
Recap
• Informatie is aanwezig in het optic array
• Directe perceptie à er is geen processing nodig van deze informatie
• ‘Perception for action’: je moet waarnemen om een actie te doen
• ‘Action for perception’: vanuit een actie komt een waarneming
Taak voor de wetenschap:
• Wat zijn de variabelen die worden gebruikt om informatie te krijgen?
• Worden deze variabelen ook echt gebruikt?
Voorbeeld variabele 1: Time To Contact (TTC)
à hoe lang duurt het voordat het object jou bereikt? Of hoe lang duurt het voordat jij een
object bereikt?
à Oftewel: hoe lang duurt het voordat het punt van observatie en het object samenvallen?
Volgens ecological approach is er ‘optical specification’ van dit timing issue. De TTC is dus
een fysieke kwantiteit dat optisch wordt gespecificeerd door:
Wanneer een object op je af komt, dan wordt het beeld op je retina groter (ϕ). De
vergroting van het ‘optic expansion pattern’ op de retina:
• Specificeert de TTC
• Is direct ontvangbaar
• Hoeft niet te worden berekend (no computation)
Echter, het is de vraag of het timing van bewegen wordt aangepast aan dit
vergrotingspatroon.
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller evalouisevanderspek. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $4.96. You're not tied to anything after your purchase.
