Disney Research promueve nuevas fronteras utilizando la realidad virtual

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Científicos de la división de investigación de Walt Disney Company son pioneros en formas innovadoras de optimizar la coordinación mano-ojo al usar una interfaz de realidad virtual (VR) para atrapar una pelota de tenis real. Según Disney Research, la interacción dinámica con objetos físicos tangibles en la realidad virtual mejora dramáticamente la experiencia de realidad virtual. Estos hallazgos tienen muchas aplicaciones potenciales para entretenimiento, juegos, entrenamiento deportivo, así como el desarrollo futuro de intervenciones terapéuticas y herramientas de aprendizaje de realidad virtual basadas en la educación.

El equipo de Disney Research de Günter Niemeyer y Matthew Pan presentó esta semana su primera investigación de este tipo, "Catching Ball in Virtual Reality", esta semana en la conferencia IEEE Virtual Reality 2017 en Los Ángeles. En una declaración a Disney Research, el investigador principal, Günter Niemeyer, dijo:

"Atrapar y sentir el balón real en tu mano hace que la RV sea mucho más rica, más creíble, más emocionante, más interactiva, más dinámica, más real. Coger una pelota requiere muchas habilidades coordinadas aprendidas desde la primera infancia, incluida una fuerte coordinación mano-ojo ".

Niemeyer recibió su maestría y doctorado. del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en las áreas de control de robot adaptativo y teleoperación bilateral. Su investigación en Disney continúa examinando las interacciones humano-robótica y la propiocepción en entornos de realidad virtual. (El cerebelo juega un papel central en la coordinación de los aspectos inconscientes de la propiocepción).

En su último experimento con VR dinámico para guiar a los participantes a atrapar una pelota exitosamente, Niemeyer y Matthew Pan, asociados del laboratorio de investigación de Disney y un Ph.D. estudiante de la Universidad de British Columbia, han demostrado (por primera vez) que la coordinación mano-ojo requerida para atrapar un balón real es posible en la realidad virtual.

Durante este experimento, Pan y Niemeyer examinaron tres situaciones diferentes de captura de bolas de realidad virtual. Curiosamente, los participantes del estudio tuvieron una tasa de éxito del 95 por ciento atrapando la pelota en las tres circunstancias de realidad virtual. De hecho, la capacidad del sistema de realidad virtual para predecir el vuelo de una pelota de tenis y ayudar al participante a visualizar la trayectoria de la bola le dio al receptor una ventaja práctica que no está disponible en el mundo real. En una declaración que toca la mecánica cerebral involucrada en atrapar una pelota, Pan explicó la alta tasa de éxito:

"La explicación más evidente es que, sin información sobre la ubicación de la bola, el receptor debe confiar en el punto objetivo identificado, cambiando la tarea de una que requiera funciones cerebrales más altas para estimar la trayectoria a una tarea de apuntamiento más simple y visualmente guiada".

Notablemente, la ayuda predictiva de las visualizaciones de realidad virtual mejoró los sentidos del receptor de balón pero también ayudó a afinar una estrategia efectiva para atrapar la pelota en cuestión de milisegundos de contacto real con el objetivo, como puede ver en el video del laboratorio de investigación de Disney a continuación:

Su cerebelo es el asiento de la propiocepción y la coordinación mano-ojo requerida para atrapar una pelota

La nueva investigación de Disney no se zambulle profundamente en la neurociencia de sus avances en la captura de bolas de realidad virtual. Dicho esto, he pasado décadas investigando y escribiendo sobre el papel que desempeña el cerebelo (en latín, "pequeño cerebro") en la optimización del rendimiento deportivo y el potencial humano, tanto dentro como fuera de la cancha.

Basándome en mi fascinación por el cerebelo, me entusiasmó observar el experimento "Atrapar una bola en realidad virtual" a través de la lente de la propiocepción cerebelosa, la coordinación mano-ojo y VOR. ( Cerebellar es la palabra hermana para cerebral y significa "relacionado o localizado en el cerebelo").

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Cerebelo (latín para "pequeño cerebro") en rojo.
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El reflejo vestibuloocular (VOR) es un reflejo automático que produce un movimiento ocular en la dirección opuesta al movimiento de la cabeza cuando se rastrea un objetivo o se atrapa una pelota. El VOR del cerebelo permite a alguien enfocar y rastrear cualquier objeto en movimiento en el deporte y la vida. Sin el sistema VOR del cerebelo, no podrías practicar deportes de coordinación mano-ojo o atrapar una pelota real en la realidad virtual. Además, tener un "ojo para la pelota" es un reflejo de un sistema VOR robusto.

Como mencioné anteriormente, su cerebelo supervisa la propiocepción inconsciente necesaria para monitorear constantemente la posición de su cuerpo en el espacio. También orquesta el tiempo preciso de los movimientos musculares ajustados al comparar la velocidad de un objeto entrante con la posición de su cuerpo, extremidades, manos, etc. Esto se extiende al uso de un guante de catcher, raqueta de tenis, bate de béisbol o cualquier equipo deportivo para golpear una pelota o un disco de hockey.

Desde una perspectiva evolutiva, se cree que la capacidad de "visión ciega" del cerebelo es un remanente de nuestras raíces reptiles. En los tiempos modernos, la visión ciega y un robusto VOR permite a un atleta bien entrenado rastrear una pelota en movimiento o un disco de hockey a velocidades vertiginosas. . . del mismo modo que un lagarto utiliza la visión ciega para atrapar una mosca con la lengua en un abrir y cerrar de ojos.

La práctica mejora las capacidades cerebelosas de un atleta en todos los ámbitos. Años de práctica, práctica y práctica es la forma en que Babe Ruth perfeccionó las habilidades cerebelosas necesarias para golpear una curva fuera del parque. De la misma manera, décadas de práctica le permiten a Andy Roddick servir un as de 155 mph sin siquiera ver la pelota de tenis sobre su cabeza mientras golpea el punto dulce de su raqueta.

El cerebelo permite a los atletas "ver sin ver" y "saber sin saber"

Wayne Gretzky dijo famosamente: "Un buen jugador de hockey juega donde está el disco. Un gran jugador de hockey juega donde va a estar el disco ". Esta idea toca el poder cerebeloso de un atleta para evitar el" pensamiento excesivo "mientras confía en sus instintos intestinales.

Mi difunto padre, Richard Bergland, fue mi principal entrenador de tenis mientras crecía y durante mi adolescencia. También fue neurocientífico, neurocirujano y ex campeón de tenis, quien incorporó su fascinación con el cerebelo para "conocer sin saber" en su entrenamiento de tenis. Los métodos de mi padre siempre me recordaron a Obi-Wan Kenobi tratando de enseñarle a Luke Skywalker cómo usar un sable de luz con el escudo de explosión de su casco o confiar en The Force lo suficiente como para apagar la computadora guía en su caza estelar X-wing.

Cuando vi por primera vez el video de Disney Research (arriba) del participante del estudio atrapando una pelota de tenis que llevaba un "escudo" de realidad virtual que bloqueaba su visión real, tuve flashbacks hasta 1977 cuando era un aspirante a tenista de 11 años que soñaba con convertirse en el próximo Björn Borg. Y quién también estaba obsesionado con cómo Luke Skywalker usó The Force de manera que optimizó su intuición y visión ciega.

Como dice Obi-Wan Kenobi en la famosa escena de Star Wars a continuación, "Esta vez, suelta tu ser consciente, Luke. Y actuar por instinto. " (Para que conste: agradezco las lecciones arquetípicas de Hero's Journey, de Joseph Campbell, y The Power of Myth, tejidas a sabiendas en las narraciones de la película Star Wars de George Lucas por inspirarme a romper un récord mundial Guinness y explorar mundos como un atleta de ultra resistencia. Y, luego, regrese a casa al "mundo ordinario" para escribir sobre las lecciones que aprendí en mis aventuras para una audiencia general convencional en El camino del atleta: el sudor y la biología de la dicha. )

Inconscientemente, el consejo de entrenamiento de mi padre siempre se hizo eco de Obi-Wan Kenobi en mi mente. Como ejemplo, mi padre solía hacer que practicara mi tenis sin parar mientras usaba los ojos vendados. Practicar mi saque con el equivalente al escudo de explosión de Luke, fortaleció mis capacidades cerebelosas para saber dónde estaba la bola sin usar mis ojos.

Anecdóticamente, puedo dar fe de que la memoria muscular contenida en mi cerebelo desde estos ejercicios de "visión ciega" está indeleblemente codificada en mi circuito neuronal cerebeloso. Aunque solo juego al tenis una vez cada pocos años estos días … después de unos pocos minutos de calentamiento, puedo servir con éxito una pelota de tenis con los ojos cerrados, a pesar de que han pasado décadas desde que practiqué este taladro de tenis con los ojos vendados con regularidad.

Como entrenador de tenis basado en la neurociencia, mi padre decía cosas esotéricas y potencialmente no relacionadas que a menudo pasaban por alto. Por ejemplo, "Chris, piensa en martillear y forjar la memoria muscular contenida en las células de Purkinje de tu cerebelo con cada golpe". Afortunadamente, mi padre tuvo la humildad intelectual de explicar a qué se refería sin hacerme sentir como un "tonto". cuando preguntaba, con una mirada confundida en mi rostro, "¿De qué demonios estás hablando?!?"

Sin embargo, en un intento continuo de hacer que el lenguaje académico y cerebral de mi padre sea más identificable, siempre he imaginado formas de aplicar sus consejos neurocientíficos mediante el uso de visualizaciones cinemáticas o fingiendo que fui el protagonista caminando en los mismos zapatos que mis ídolos matinee.

"De esto, estoy absolutamente seguro. Convertirse en un neurocirujano fue una consecuencia directa de mi ojo para la pelota ". Richard Bergland, MD

Courtesy of Kay Bergland
En la universidad, Richard (Dick) Bergland ganó el apodo de "fácil" en base a su destreza en el tenis y la gracia bajo presión.
Fuente: Cortesía de Kay Bergland

Como neurocirujano, mi padre atribuyó las habilidades cerebelosas que dominaba en la cancha de tenis como una habilidad transferible que llevó consigo a la sala de operaciones. A menudo decía: "De esto, estoy absolutamente seguro". Convertirse en un neurocirujano fue una consecuencia directa de mi ojo para la pelota ".

Para mi padre, convertirse en cirujano cerebral era similar a ser un atleta bien entrenado o un maestro escultor. Consideraba que la neurocirugía era mucho más cerebelosa que cerebral. De hecho, mi padre dijo que si pensaba demasiado en lo que estaba haciendo en el quirófano, lo sacaría de su "canal de flujo" y estaría "en la zona". Esto hizo que sea más difícil experimentar la superfluidez y mantener la gracia bajo presion.

" Soltar " el rígido control de las funciones ejecutivas en su corteza prefrontal es una visualización y terminología que mi padre tomó prestado del "Evangelio de la relajación" de William James y me compartió como un atleta novato para ayudarme a aprender cómo evitar "parálisis por análisis" dentro y fuera de la cancha.

Mi papá sabía por experiencia de vida que el "pensamiento excesivo" le hizo tensarse y ahogarse durante ambos puntos de partido y procedimientos neuroquirúrgicos de alta presión. Pero, a través de décadas de práctica, se enseñó a sí mismo a confiar de todo corazón en las habilidades cerebelosas de "conocer sin saber" en su cerebelo. Al hacerlo, se convirtió en jefe de neurocirugía en el BIDMC de la Escuela de Medicina de Harvard y en otros hospitales docentes.

Desde mi perspectiva de la cultura pop, siempre traduje la lengua vernácula académica de mi padre a un estilo explicativo personalizado, como utilizar The Force para soltar mis funciones ejecutivas prefrontales y acomodarme en el cerebelo. En mi imaginación, las palabras de sabiduría de Obi Wan para Luke reflejaban el consejo de mi padre de confiar en la memoria muscular que había "martillado y forjado" en mi cerebelo a través de la práctica, la práctica y la práctica sin fin.

La práctica diaria optimiza la conectividad funcional de su cerebelo y permite un rendimiento máximo sin tener que involucrarse excesivamente en los circuitos neuronales cerebrales o pensar demasiado. Por supuesto, cada vez que alguien comienza a pensar demasiado en el campo de juego o en la cancha de tenis, es mucho más probable que se ahogue, pierda el balón y deje caer la pelota. (Escribí sobre esto en una publicación de blog de Psychology Today , "¿Por qué el pensamiento excesivo hace que los atletas se ahoguen?")

"Imagineering" Aplicaciones futuras de la tecnología de realidad virtual

Durante décadas, la realidad virtual se ha utilizado en simuladores de vuelo para enseñar a los pilotos (como mi hermana Sandy Bergland, que aplicó las lecciones cerebelosas de nuestro padre a convertirse en piloto de Boeing 777 para FedEx) cómo resolver problemas y tener gracia bajo presión en el calor del momento durante las situaciones de emergencia en el peor de los casos.

Una vez más, el valor subestimado de la tecnología de realidad virtual es que activa automáticamente los aspectos propioceptivos del cerebelo, lo que permite que alguien funcione en "piloto automático" utilizando una memoria implícita bien entrenada y, al mismo tiempo, libera la memoria cerebral funcional para resolver problemas de manera efectiva.

Claramente, la tendencia de Walt Disney para combinar creatividad e innovación está prosperando en Disney Research. En términos de "imaginar" (un término que el padre de Disney acuñó para representar una mezcla de imaginación e ingeniería) los usos futuros de las tecnologías de realidad virtual que podrían mejorar realmente las vidas de las personas, las posibilidades parecen ilimitadas.

"A medida que los sistemas de realidad virtual se vuelven cada vez más comunes, la idea de que la experiencia del usuario puede enriquecerse mediante la interacción dinámica con objetos reales está ganando interés", dijo Markus Gross, director de Disney Research Zürich, en una declaración reciente sobre atrapar una pelota en realidad virtual. . "Este trabajo temprano de nuestro equipo es tentador y sugiere que unir los mundos virtual y real no solo es posible, sino que ofrece muchas nuevas oportunidades y beneficios".

Interfaces híbridas que combinan VR y elementos del mundo real podrían utilizarse para tratar una amplia gama de trastornos cerebelosos

La semana pasada, en un área completamente diferente de investigación neurocientífica de vanguardia, los científicos de la Universidad de Stanford tropezaron con una función previamente desconocida del cerebelo usando otra tecnología de última generación llamada "imagen de calcio de dos fotones". Los investigadores de Stanford descubrieron (por primera vez) que las células granulares en el cerebelo codifican y predicen recompensas. Estos hallazgos corroboran una oleada de otras investigaciones en los últimos dos años, lo que sugiere que la actividad neuronal "inconsciente" en el cerebelo puede desempeñar un papel en la conducción de conductas adictivas de búsqueda de drogas.

Soy optimista de que la última evidencia empírica de Stanford vinculando el cerebelo con el comportamiento de recompensa y la fusión de tareas de cerebelo de realidad virtual de Disney Research con objetos del mundo real algún día podría "imaginarse" para crear intervenciones farmacológicas personalizadas que involucren respuestas cerebelosas al fármaco señales en un entorno seguro y controlado de realidad virtual.

Además, la combinación de elementos del mundo real que desencadenan el trastorno de estrés postraumático (TEPT) en un entorno de realidad virtual seguro y sólido podría ayudar a combatir a los veteranos, muchos de los cuales tienen TEPT relacionado con el daño cerebeloso creado por microdesgastes en la zona de guerra. (Escribí sobre estos hallazgos en la publicación del blog Psychology Today , "Daño al cerebelo puede ser la raíz del TEPT en los veteranos de combate").

Otra posible aplicación de la fusión de la realidad virtual y el mundo real para mejorar el bienestar en los déficits relacionados con el cerebelo es el trastorno del espectro autista (TEA), que se ha demostrado que tiene un elemento cerebeloso definitivo. Por ejemplo, combinar la tecnología de seguimiento ocular y los ejercicios de reflejo vestibuloocular en una configuración de realidad virtual que de alguna manera incorpore el mundo real, podría ayudar a los niños con TEA a practicar el contacto visual predictivo en una variedad de situaciones sociales controladas. Del mismo modo, las tecnologías de realidad virtual podrían desarrollarse para ayudar a los pacientes con ataxia después de un derrame cerebeloso o un tumor cerebral.

En términos de psicología positiva y usos cotidianos de la realidad virtual en el futuro, las herramientas avanzadas de realidad virtual similares a las utilizadas para entrenar a un atleta se pueden adaptar para entrenar a alguien en técnicas específicas necesarias para realizar una entrevista de trabajo dominando los aspectos propioceptivos de la interacción humana. VOR y lenguaje corporal.

En el lado oscuro potencial de esta nueva tecnología, siempre existe la posibilidad de que confiar demasiado en los avances de realidad virtual podría crear un tipo de "Descarga futura" o desconexión de las interacciones humanas cara a cara. Este tipo de distopía futurista se exploró recientemente en el episodio "Playtest" de Black Mirror. En este episodio, el protagonista (Wyatt Russell) queda atrapado en un juego de realidad virtual que provoca un cortocircuito. Los creadores del juego no pueden apagar la computadora lo que hace que sea imposible para él escapar del mundo virtual lleno de sus miedos más profundos y pesadillas creadas por los especialistas en juegos de realidad virtual.

Para cerrar, vale la pena señalar que en la escena final de la película original de La guerra de las galaxias (A New Hope, Episodio IV), Luke escucha las palabras de Obi-Wan Kenobi que dicen: "Usa la fuerza, Luke. Let Go Go! " Y los interruptores de su sistema de orientación por computadora basada en realidad virtual. Usar su intuición y no confiar en una computadora de realidad virtual finalmente le permite a Luke evadir a Darth Vader y volar la Estrella de la Muerte. De alguna manera, esta escena podría verse en retrospectiva como un recordatorio profético de que, en una era digital del siglo XXI, debemos ser cautelosos acerca de depender demasiado de las tecnologías informáticas y esforzarnos por mantener nuestras funciones de cerebelo fuertes a través de experiencias vitales reales. , como jugar deportes, actividades físicas diarias y participación social.

Obviamente, muchas cosas que se pueden entrenar y dominar en la realidad virtual pueden (y deben) también ser practicadas y ajustadas sin ningún tipo de tiempo de grabación de realidad virtual. Dicho esto, estos son tiempos emocionantes para la investigación pionera en los mundos de la realidad virtual y la neurociencia. Con suerte, los próximos descubrimientos neurocientíficos y de realidad virtual se aplicarán en un matrimonio de realidad virtual con la "realidad cotidiana" que mejora la vida cotidiana y fortalece lo mejor de todos nosotros.

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