Hemodynamic response to modulated stress conditions via postural instability in virtual reality: fnirs study

Resumen

ABSTRACT

Introduction: The study of brain mechanisms and their localization in the processes of perception of volumetric moving stimulation in virtual reality and its influence on the formation of the image of the body position in space is a significant direction in modern neuroscience. Objective: The aim of this study was to identify changes in brain activity and postural stability indicators during induced stress exposure by disrupting the balance function in virtual reality. Method: 26 women (average age 21 years) participated. The experiment consisted of a 2-series design with an optokinetic presentation in VR conditions. The speed (30 and 60 degrees per second) and the direction of rotation of the optokinetic drum (right and left) were changed. A 24-channel fNIRS Brite Artinis Medical Systems BV was used. ST-150 stabilometry complex. VR device HTC Vive Pro Eye. The task is to track oculomotor behavior and gaze fixation in the central area of VR and to respond by pressing a key on the computer keyboard when sensations of a change in body position occur. Results: Differences in the quality of the balance function were revealed depending on the conditions of influence of the "Speed" factor (f = 8.984b; df = 1; p = < 0.006). Differences in the right parietal region: in the Rx8-Tx10 channel by the factors "Rotation speed" (f = 5.433b; df = 1; p = < 0.028), "Gaze movement dynamics" (f = 5.433b; df = 1; p = < 0.025), "Rotation speed + Eye movement dynamics" (f = 6.115b; df = 1; p = < 0.021).  Conclusion: The obtained data indicate the importance of gaze control parameters in maintaining the functional state during optokinetic exposure in virtual reality conditions

Keywords: virtual reality, fNIRS, disruption of balance function, stabilometry, eye movements.

RESUMEN

Introducción: El estudio de los mecanismos cerebrales y su localización en los procesos de percepción de la estimulación volumétrica en movimiento en la realidad virtual y su influencia en la formación de la imagen de la posición del cuerpo en el espacio es una dirección importante en la neurociencia moderna. Objetivo: El objetivo de este estudio fue identificar cambios en la actividad cerebral y los indicadores de estabilidad postural durante la exposición al estrés inducido al interrumpir la función de equilibrio en la realidad virtual. Método: Participaron 26 mujeres (edad media 21 años). El experimento consistió en un diseño de 2 series con una presentación optocinética en condiciones de VR. Se cambiaron la velocidad (30 y 60 grados por segundo) y la dirección de rotación del tambor optocinético (derecha e izquierda). Se utilizó un fNIRS de 24 canales Brite Artinis Medical Systems BV. Complejo de estabilometría ST-150. Dispositivo de VR HTC Vive Pro Eye. La tarea consiste en rastrear el comportamiento oculomotor y la fijación de la mirada en el área central de VR y responder presionando una tecla en el teclado de la computadora cuando se producen sensaciones de un cambio en la posición corporal. Resultados: Se revelaron diferencias en la calidad de la función de equilibrio en función de las condiciones de influencia del factor “Velocidad” (f = 8,984b; gl = 1; p = < 0,006). Diferencias en la región parietal derecha: en el canal Rx8-Tx10 por los factores “Velocidad de rotación” (f = 5,433b; gl = 1; p = < 0,028), “Dinámica del movimiento de la mirada” (f = 5,433b; gl = 1; p = < 0,025), “Velocidad de rotación + Dinámica del movimiento ocular” (f = 6,115b; gl = 1; p = < 0,021). Conclusión: Los datos obtenidos indican la importancia de los parámetros de control de la mirada en el mantenimiento del estado funcional durante la exposición optocinética en condiciones de realidad virtual.

Palabras clave:  realidad virtual, fNIRS, alteración de la función del equilibrio, estabilometría, movimientos oculares.

RESUMO

Introdução: O estudo dos mecanismos cerebrais e sua localização nos processos de percepção da estimulação volumétrica em movimento na realidade virtual e sua influência na formação da imagem da posição do corpo no espaço é uma direção significativa na neurociência moderna. Objetivo: O objetivo deste estudo foi identificar mudanças na atividade cerebral e nos indicadores de estabilidade postural durante a exposição ao estresse induzido pela interrupção da função de equilíbrio na realidade virtual. Método: Participaram 26 mulheres (idade média de 21 anos). O experimento consistiu em um desenho de 2 séries com uma apresentação optocinética em condições de VR. Foram alteradas a velocidade (30 e 60 graus por segundo) e a direção de rotação do tambor optocinético (direita e esquerda). Foi utilizado um fNIRS de 24 canais da Brite Artinis Medical Systems BV, complexo de estabilometria ST-150 e dispositivo de VR HTC Vive Pro Eye. A tarefa consistia em rastrear o comportamento oculomotor e a fixação do olhar na área central da VR e responder pressionando uma tecla no teclado do computador quando surgissem sensações de mudança na posição corporal. Resultados: Foram reveladas diferenças na qualidade da função de equilíbrio em função das condições de influência do fator “Velocidade” (f = 8,984; gl = 1; p = < 0,006). Diferenças na região parietal direita: no canal Rx8-Tx10 pelos fatores “Velocidade de rotação” (f = 5,433; gl = 1; p = < 0,028), “Dinâmica do movimento do olhar” (f = 5,433; gl = 1; p = < 0,025), “Velocidade de rotação + Dinâmica do movimento ocular” (f = 6,115; gl = 1; p = < 0,021). Conclusão: Os dados obtidos indicam a importância dos parâmetros de controle do olhar na manutenção do estado funcional durante a exposição optocinética em condições de realidade virtual.

Palavras-chave: realidade virtual, fNIRS, alteração da função do equilíbrio, estabilometria, movimentos oculares.