Elektrotehniški vestnik 87(5): 267-274, 2020 Izvirni znanstveni članek
Vplivi izpostavljenosti navidezni višini na psihofizične parametre človeka
Jernej Camernik, Sanja Kezič, Jan Babič
Institut Jožef Stefan, Jamova c. 39, 1000 Ljubljana, Slovenija E-pošta: jernej.camernik@ijs.si
Povzetek. Namen raziskave je bil na podlagi analiz fizioloških in psiholoških odzivov ovrednotiti vpliv navidezne višine na posturalni nadzor človeka. S kombinacijo navidezne resničnosti in robotske platforme smo ustvarili okolje, v katerem lahko človeka navidezno dvignemo na višino 3 metrov. S tem smo zeleli vplivati na veččutno zaznavo premikanja v prostoru, ki bi povzročila ali okrepila psihofizične odzive človeka na spremembo okolja. V raziskavi smo pripravili kratek preizkus, kjer smo ob hkratnem sunkovitem dvigu robotske platforme in vizualni spremembi višine spremljali posturalni nadzor 20 prostovoljčev ter ga primerjali s stanjem, ki smo ga zabelezili pred tem dogodkom. S pomočjo pritiskovnih plošč in optičnega sistema za zajem gibanja smo opazovali premike sil na podlago in premike tezišča telesa merjenčev - COP in COM. Analizirali smo njuni povprečni vrednosti, povprečni frekvenči močnostnega spektra (MPF) in efektivni vrednosti (RMS). Pred končanim navideznim dvigom in po končanem navideznem dvigu smo pri merjenčih z vprašalnikom za ugotavljanje stopnje anksioznosti ter merilnikom prevodnosti koze (EDA) in temperature na površini koze ovrednotili še stanje njihove trenutne in splošne zaznave tesnobe. Ugotovili smo, da so se takoj po izpostavljenosti navidezni višini povečali tesnobnost, strah, prevodnost koze ter povprečni frekvenči močnostnega spektra gibanja COP in COM. Hkrati so se zmanjšali stabilnost, zaupanje, temperatura ter efektivni vrednosti oziroma amplitudi COP in COM. Fiziolosški odziv na zaznavo visšine se je pokazal tudi v spremembi povprečšnih vrednostih premika COP in COM v smeri naprej-nazaj, saj so se posamezniki takoj po dvigu nagnili nazaj - stran od roba. Z raziskavo smo pokazali, da se tudi pri posameznikih, ki se ne bojijo visšine, s posturalno grozšnjo pojavijo spremembe v čustvenem in fiziološkem stanju, hkrati pa se poostri nadzor drze.
Ključne besede: nadzor drze, posturalna anksioznost, akrofobija, navidezna resničnost (VR), elektrodermalna aktivnost (EDA)
Impact of the virtual-height exposure on human psychophysical parameters
The study evaluates the impact of the virtual height on the human postural control by analyzing the human physiological and psychological responses. Combining the virtual reality and a robotic platform, an environment is created in which a human is seemingly raised to a height of three meters, to affect the human's multi-sensory perception of a movement in the space, causing or enhancing the human's psychophysical responses to an environment at change. A short test is made to monitor the postural control of 20 volunteers during an event of a simultaneous sudden jerk of a robotic platform and a visual change in the height. The data are recorded before and after the event and the results are compared. Using force-plates and an optical system for capturing the volunteer's movement, the movements of forces on the ground and the volunteer's body mass (COP and COM) are observed. Their average values, average power spectrum frequency (MPF) and the root mean square values (RMS) are analyzed. Before and after a virtual rise, the state of the volunteer's current and general perception of anxiety is evaluated with a questionnaire to determine their level of anxiety, electrodermal activity (EDA) and skin-surface temperature. It is shown, that immediately after the volunteer's exposure to a virtual height, their anxiety, fear,
Prejet 29. julij, 2020 Odobren 14. avgust, 2020
skin conductivity and average frequency spectrum of the ČOP and ČOM movement increase and their stability, confidence, temperature and RMS values of ČOP and ČOM decrease. The volunteer's physiological response to their height perception is also reflected in the change in the mean values of the ČOP and ČOM movement in the anterior-posterior direction after they lean backwards, i.e. away from the edge, immediately after lifting. Our study results show that changes in the human emotional and physiological state, as a consequence of a postural threat, and simultaneously also an increase in the human postural control, occur even in humans who are not afraid of the height.
Keywords: human postural control, postural anxiety, acrophobia, virtual reality, electrodermal activity
1 Uvod
Nadzor človekove drže (posturalni nadzor) zajema nadzor in ohranjanje stabilnosti telesa in je bistvenega pomena za ravnotezje in gibanje. Padci, ki so nemalokrat posledica nenadne izgube ravnotezja zaradi razlicnih fizicnih (npr. zdrs ali spotik) in/ali psiholoških (strah) vzrokov, pa se veckrat koncajo tudi z resnejšimi telesni poškodbami. Za vecino ljudi se strah pred padcem pojavi ob ekstremnih okolišcinah, kot je stoja na visoki zgradbi
268
CAMERNIK, KEZIC, BABItC
ali na robu skale. Vendar pa se morajo nekateri posamezniki spopadati s taksnimi psihološkimi bremeni tudi v vsakdanjem Življenju [6]. Ta strah se kaZe kot anksiozna motnja, imenovana akrofobija. Psihologi so ugotovili, da se ta motnja lahko zdravi, če se posameznik sooči s strahovi in se postopoma prilagodi na take situacije. V primeru zdravljenja akrofobije lahko tako navidezno povečanje posturalne groznje ustvarimo z nenadnimi premiki podporne ploskve [7] ali s spremembo višine [3], [1], [8], [17].
Dosedanje raziskave so pokazale, da mirna stoja blizu roba na določeni višini povzroča povečanje fiziološke vzburjenosti, ki se kaze kot povečano izločanje znoja, povečanje krvnega pritiska in zmanjšanje telesne temperature [14]. S samoočeno so posamezniki potrdili povečšano tesnobnost in strah pred padčem. Pri tem so opazili tudi druge psiholosške spremembe, kot sta manjsše zaupanje v ravnotezne sposobnosti in povečanje nestabilnosti, ko stojijo na bolj ogrozenih površinah [1], [2], [11]. Te raziskave dokazujejo povezavo med fiziološkimi in psiholosškimi spremembami stanja ter spremembami v posturalnem nadzoru. Podoben odziv se pojavi pri vseh ljudeh, ne glede na starost in zdravstveno stanje [4], saj je to nenadzorovan pročes čentralnega zšivčšnega sistema, ki zazna groznjo in sprozi nagon po prezivetju.
Ker je izpostavljanje realni visšini lahko zelo nevarno, se v raziskovanju vse bolj pogosto uporablja tehnologija z virtualno resničnostjo (VR). Ta tehnologija, ki omogoča varno raziskovanje, je sičer v uporabi ze od leta 1995 in je v preteklosti prevladovala pri psihološkem zdravljenju sštevilnih anksioznih motenj, dandanes pa se vse več uporablja tudi za proučevanje sprememb in tezav pri posturalnem nadzoru [9]. Poleg tega je uporabna za rehabilitačijske namene ter starejše posameznike, ki imajo tezave s pomanjkanjem ravnotezja in z njimi povezanimi fiziolosškimi spremembami. Dokazano je tudi, da je človeška perčepčija virtualne višine primerljiva z realnim svetom [8], [14].
V tej študiji smo zeleli pokazati, da se tudi pri posameznikih, ki se ne bojijo visšine, pri določšeni visšini pojavi tesnobnost ter da lahko z virtualno pogojeno po-sturalno groznjo vplivamo na človekovo čustveno in fiziološko stanje. Ker ljudje višino zaznamo izključno z raz-polozšljivo vizualno informačijo, mora biti ta usklajena z informačijo iz vestibularnega in somatosenzoričnega sistema, saj se v nasprotnem primeru pojavi slabost. Zato smo v naši študiji zdruzili virtualni dvig s premikom paralelne robotske platforme. Zaznava navideznega okolja kot realnega se bo tako čim bolj priblizala realnemu okolju in omogočila učinkovitejše ovrednotenje čšlovekovega odziva na nenadno spremembo visšine. Predvidevali smo, da se bodo zaradi večščšutne zaznave spremembe okolja tako fiziolosški kot psiholosški odzivi merjenčev pomembno povečali.
2 Metode
Pri študiji je sodelovalo 20 mladih in zdravih oseb, ki niso imele strahu pred višino (povprečna vrednost ± standardni odklon: starost 25,4 ± 1,4 let, 5 zensk).
Za simulačijo dviga z dvigalom smo uporabili Ste-wartovo platformo - paralelnega robota s 6 prosto-stnimi stopnjami (slika 1). Platforma je vgrajena v večji eksperimentalni oder, ki je namenjen izvajanju študij za proučevanje človekovega ravnotezja in nadzora drze [13].
Slika 1: Eksperiment. Udelezenči so stali bosi na Stewartovi platformi. Roki so imeli ob telesu in stopala rahlo razmaknjena. Med merjenjem so stali čim bolj mirno in s pogledom, usmerjenim v virtualno steno, oddaljeno 3,14 m. Na glavo smo jim namestili očala za prikaz navidezne resničnosti Očulus Rift (1). Na nedominantno roko smo jim pritrdili merilnik temperature in prevodnosti koze (2). Na oba gleznja (3), ledveni del hrbta (4) in rob platforme (5) smo namestili aktivne markerje, s katerimi smo spremljali premike udelezenčev in platforme.
Ker ima uporabljena platforma območje gibanja omejeno na le 17 čm, smo morali signal za dvigovanje platforme ustrezno prirediti (slika 2). Tako je signal, ki ga pošiljamo na os v vertikalni smeri (os z), sestavljen iz začetnega hitrega pospeševanja, kjer poleg gravitačijske sile deluje še sila pospeška, ter rahlega pojemka, ki naj ga udelezenči ne bi občutili. Nato sledi območje mirovanja oziroma del, ko se čšlovek dviguje in pri tem ne čšuti nobenih sil razen gravitačijske. Pristanek dvigala smo simulirali s pospesškom, vendar v nasprotni smeri. Tako smo ustvarili občšutek pojemanja.
Na vrhu platforme sta namesščšeni dve pritiskovni plošči (Kistler Instrumente AG, Winterthur, Switzer-
NAVIDEZNA VISINA IN POSTURALNI NADZOR
Pospešek
0	5	10	15	20	25	30
Višina
„ 15	'	---—
E 10	^^^^
■c 5	"
0I-1—-
0	5	10	15	20	25	30
čas [s]
Slika 2: Časovni profil gibanja platforme navzgor - simulacija premika realnega dvigala. Pot je sestavljena iz treh delov. Na začetku dvigalo pospešuje s pospeškom 0,5 m/s2, nato sledi konstantno gibanje s pridobljeno hitrostjo ter na koncu ustavitev s pojemkom, ki ima enako absolutno vrednost kot zacšetni pospesšek.
land), na katerima so med eksperimentom merjenci stali. S pritiskovnima ploščama smo merili sile reakcije podlage (sile na območju stika stopal s podlago), na osnovi katerih smo izračunali center pritiska na podlago (COP) [16]. Sile na podlago smo vzorčili s frekvenco 1000 Hz in nato podatke filtrirali z nizkopasovnim filtrom drugega reda Butterworth z mejno frekvenco 5 Hz.
S sistemom za zajem gibanja Optotrak 3D Investigator (Northern Digital Incorporated, Kanada) smo opazovali aktivne markerje, ki smo jih namestili na zunanjo stran obeh glezenjskih sklepov (lateralni malleolus) in izrastek petega ledvenega vretenca (L5) udelezšencev ter na rob Stewartove platforme. Signale aktivnih markerjev smo vzorcili s frekvenco 100 Hz. Za analizo smo kinematicne podatke interpolirali na frekvenco 1000 Hz in nato filtrirali z nizkopasovnim filtrom drugega reda Butterworth z mejno frekvenco 5 Hz. Interpolacija na višjo frekvenco je bila potrebna zaradi poravnave podatkov, zajetih s pritiskovnima plošcama.
Vrednosti COP in COM smo opazovali v sagitalni (AP - anterior posterior) in celni ravnini (ML - mediolateral). Srednje vrednosti COP in COM dolocajo polozaj telesa posameznika na obeh višinah. Povprecno srednjo vrednost smo dolocili referencno glede na polozaj mar-kerja na desnem glezenjskem sklepu v smeri AP in referencno glede na središce razkoraka v smeri ML (slika 3).
Za dolocitev efektivne vrednosti (angl. root mean square - RMS) in povprecne frekvence mocnostnega spektra (angl. mean power frequency - MPF) smo najprej odsšteli povprecšno vrednost od vseh vrednosti COP oz. COM. RMS odrazša velikost spremembe polozšaja COP oziroma amplitudo nihanja na obeh visšinah. MPF
269
Slika 3: Izhodišče koordinatnega sistema za analizo parametrov ČOP in COM. Prikazana sta še primer polozaja srednje vrednosti ČOP na izhodiščni višini (IZHODIŠČE) in višini po dvigu (DVIG) ter primer krivulje gibanja ČOP. Premik srednje vrednosti ČOP iz izhodišča v smer nazaj nakazuje na nagib človeka stran od roba platforme.
je podatek o povprečni frekvenči v spektru moči vrednosti ČOP in predstavlja frekvenčo nihanja telesa udelezenča v smeri AP oziroma ML. Glede na literaturo [6], [8], [17] izračun teh vrednosti zadostuje za očeno vpliva posturalne groznje na nadzor ČOP in ČOM.
Oba parametra, ČOP in ČOM, smo analizirali v treh fazah. V prvi fazi smo izhodiščne povprečne vrednosti (stoja na nizki višini) primerjali s povprečnimi vrednostmi v prvih 5 sekundah po dvigu na končno višino. Ker je v prvih 5 sekundah po končanem dvigu vpliv dviga na destabilizačijo stoječega polozaja največji, smo ta del analizirali ločeno. V drugi fazi smo primerjali iz-hodisščšne povprečšne vrednosti s povprečšnimi vrednostmi na intervalu od 5 do 120 sekund po končšanem dvigu. Z analizo preostalega časa na končni višini smo se osredotočili zgolj na vpliv višine in tako delno ločili vpliv dviga na rezultate meritev. Za opazovanje povprečšne srednje vrednosti smo uporabili še dodaten način (tretja faza), s katerim smo analizirali spremembe premikov ČOP in ČOM posameznika po dvigu oziroma na visšini 3,2 m. Signal smo zato najprej razdelili na krajše intervale - dvominutni interval smo razdelili na 24 delov, vsak del traja 5 sekund, nato pa za vsak del izračunali povprečšno vrednost signala.
Za merjenje prevodnosti kozše smo uporabili merilnik GRS+unit (Shimmer Sensing, Dublin, Irska). Prilozene suhe elektrode smo pritrdili na kozo notranje strani prstov (planarna prstniča) na nedominantni roki. Dodatno smo merili temperaturo na povrsšini kozše na blaziniči prsta nedominantne roke z merilnikom MSR145 (Seuzačh, Sviča). Podatke smo analizirali z uporabo programskega okolja Ledalab - prosto dostopen program, podprt v okolju Matlab, za analizo signala prevodnosti koze.
Za večjo zanesljivost rezultatov smo k poskusu dodali še vprašalnike, ki nam pomagajo razumeti posameznikovo dozivljanje situačije. Očenjevali smo tesnobnost, strah, zaupanje in stabilnost. Po vsaki dvominutni
270
CAMERNIK, KEZIC, BABItC
stoji na obeh višinah je udeleženec ustno odgovoril na vprašanja, projicirana v virtualnem okolju. V ta namen smo uporabili splošno dostopni vprašalnik (angl. The State-Trait Anxiety Inventory oziroma krajše STAI) [15], ki temelji na 4-toCkovni Likertovi skali in vsebuje 40 vprasšanj na podlagi samoocene.
Za lažjo primerjavo rezultatov smo poskušali Cim bolj posnemati virtualen laboratorij (slika 4), prikazan v Clanku [8]. Virtualno okolje smo ustvarili s pomočjo programa Unity (Unity Technologies, San Francisco, Kalifornija, ZDA), ki smo ga prek povezave UDP sin-hronižirali s premikom Stewartove platforme.
Celoten eksperiment je bil zasnovan v programskem okolju Simulink (Mathworks, Natick, MA, USA), ki omogoca Real-Time™ sinhornizacijo in krmiljenje paralelnega robota v realnem casu. Preko povezave UDP pa smo povezali in krmilili še navidezno okolje, izdelano v programskem okolju Unity.
Za ugotavljanje statisticne razlike med višinama (0,8 m in 3,2 m) smo za vse spremenljivke (povprecne vrednosti, RMS, MPF pri merjenju COP in COM v obeh smereh, prevodnost, temperatura, strah, stabilnost, tesnobnost, zaupanje) uporabili parni t-test.
Metode z vsemi preostalimi podrobnostmi in psi-holosškimi vprasšalniki so zapisane v magistrskem delu [12].
2.1 Protokol merjenja
Po prihodu udelezšencev eksperimenta v laboratorij smo jih najprej seznanili s potekom merjenja in jim v podpis predlozšili obrazec za prostovoljno privolitev k sodelovanju. Nato smo nanje namestili senzorje in virtualna ocala. Sledila je faza umiritve v sedecem polozaju in privajanja na virtualno okolje. Po nekaj minutah smo udelezšencem pomagali vstati in nato se je zacela dvominutna faza merjenja na virtualni višini 0,8 m - izhodišce. Pri tem so morali stati cim bolj mirno in gledati naravnost v oznacšeno tocško na virtualni steni, oddaljeni 3,14 m. Po koncani fazi umiritve so udelezenci ustno odgovorili na vprašanja, ki smo jih projicirali na steno v virtualnem okolju (slika 4). Nato se je platforma dvignila in takoj po tem je ponovno sledila faza dvominutne mirne stoje na virtualni visšini 3,2 m -koncna višina. Po koncani fazi mirne stoje so udelezenci zopet odgovorili na isti vprasšalnik kot na zacšetku.
3 Rezultati
3.1 Analiza parametrov COP
Pri primerjanju podatkov na zacetni višini s prvimi 5 sekundami na višini 3,2 m obstaja statisticna razlika pri skoraj vseh opazovanih vrednostih parametrov COP (slika 5 levo). Pri primerjanju srednjih vrednosti v smeri AP obstaja statisticna razlika med višinama (t(18) = 3,281, p = 0,004), medtem ko v smeri ML ni opazne statisticne razlike (t(18) = -0, 792, p = 0,439). Pri vrednostih RMS obstaja razlika s podobnim trendom
Slika 4: Virtualno okolje. V virtualnem okolju (pisarni) so udeleženci stali na premični platformi, na steno pred njimi pa smo projicirali vprašalnik (1) ter točko (2), na katero so se osredotočali v fazah umiritve.
v smereh AP (t(18) = -4,410, p < 0,001) in ML (t(18) = -4,436, p < 0,001). Prav tako opazimo razliko s podobnim trendom pri vrednostih MPF v smereh AP (t(18) = -9,426, p < 0,001) in ML (t(18) = -11,119, p < 0, 001).
Pri primerjavi vrednosti pri začetni višini s preostalimi podatki (ne opazujemo prvih 5 sekund po dvigu -slika 5 desno) ni opazne statistične razlike pri srednjih vrednosti v smereh AP (t(18) = -0,161, p = 0,874) in ML (t(18) = -1, 987, p = 0,062). Prav tako se statistično ne razlikujejo vrednosti RMS v AP (t(18) = 0, 736, p = 0,471). V smeri ML opazimo statistično razliko (t(18) = -2,616,p = 0,017). Razlika obstaja tudi pri vrednostih MPF s podobnim trendom v smereh AP (t(18) = -5,133, p < 0,001) in ML (t(18) = -6,193, p < 0, 001).
3.2 Analiza parametrov COM
Pri primerjanju podatkov na nizki visšini z začšetnimi 5 sekundami na višini 3,2 m obstaja statistična razlika pri primerjanju srednjih vrednosti v smeri AP (t(18) = 2,738, p = 0,014), medtem ko v smeri ML ni opazne statistične razlike (t(18) = -0,069, p = 0, 946). Pri vrednostih RMS obstaja razlika v smeri AP (t(18) = 2,119, p = 0,048). S primerjavo podatkov RMS v smeri ML opazimo, da ni statistične razlike (t(18) = -0,272, p = 0, 788). Prav tako obstaja razlika pri vrednostih MPF v smereh AP (t(18) = -5,150, p < 0,001) in ML (t(18) = -9,988, p < 0,001) s podobnim trendom v obeh smereh.
Pri primerjavi vrednosti pri nizki visšini s preostalimi podatki (ne opazujemo prvih 5 sekund po dvigu) pa ni opazne statističšne razlike med opazovanimi spremenljivkami: med srednjimi vrednostmi v smereh AP (t(18) = 0,473, p = 0,642) in ML (t(18) = -0, 261, p = 0, 797), vrednostmi RMS v smereh AP (t(18) = 1,447, p = 0,165) in ML (t(18) = -1, 528, p = 0, 144) ter vrednostmi MPF v smereh AP (t(18) = -1,742, p = 0,099) in ML (t(18) =
NAVIDEZNA VISINA IN POSTURALNI NADZOR
271
COP - prvih 5 s
AP	ML
višina [m]
višina [m]
COP - od 5 do 120 s
AP	ML
0,8	3,2
0,8	3,2
0,8	3,2
višina [m]
0.5 0.45
0.35 0.3
višina [m]
Slika 5: Primerjava vrednosti COP na obeh višinah - na višini 3,2 m brez prvih 5 sekund po dvigu. Diagrami levo prikazujejo vrednosti v smeri AP (naprej-nazaj), diagrami desno pa vrednosti v smeri ML (levo-desno). Primerjave so izrisane za srednjo vrednost COP glede na desni glezenj in MPF. Označene so srednje vrednosti in standardna napaka srednje vrednosti. Manjša je vrednost v smeri AP, večji je nagib telesa stran od roba.
26
24
22
20
18
16
3
2
2
4
-1, 810, p = 0, 087).
3.3	Potek prilagoditve ravnotežja na novo okolje
Opazovanje srednje vrednosti COP in COM v 5-sekundnih intervalih je prikazano na slikah 7 in 8. Na višini 0,8 m je srednja povprečna vrednost tako pri COP kot COM bolj konstantna v primerjavi z vrednostmi po dvigu na visšino 3,2 m, kjer se na začšetku opazi negativen odklon vrednosti predvsem v smeri AP (vrednosti se pomaknejo proti ničli). Kot ze omenjeno, to pomeni nagib nazaj oziroma stran od roba. S časom (umirjanje po končšanem dvigu) se povprečšna vrednost ustali in vrne na vrednosti, ki smo jih zabelezšili na začšetni visšini.
3.4	Analiza fizioloških kazalcev - elektrodermalna aktivnost in temperatura kože
Na sliki 9 so grafično prikazane spremembe prevodnosti koze in temperature na površini koze s spremembo visšine. Pričšakovano je, da se z izpostavljenostjo nevarni situačiji prevodnost koze poveča in temperatura zmanjša. To potrjujejo rezultati, saj se faktor prevodnosti povečša za 0,5 in temperatura pade priblizšno za 0,3 °C. Z uporabo statistične analize smo dokazali, da se fiziolosško stanje posameznika razlikuje med opazovanima višinama. Za vrednosti SCL je t(19) = -7,165,
in p < 0,001. Pri primerjavi temperature pa dobimo t(19) = 2.630 in p = 0.016.
3.5 Psiho-socialni kazalci
Rezultati psiholosških vprasšalnikov, s katerimi smo preverili stopnjo vzivetja v virtualno resničnost, so prikazani na sliki 10. Zaupanje v sposobnost vzdrzevanja ravnotezšja in stabilnost z izpostavljenostjo visšini padata, medtem ko strah in tesnobnost naraščata. S t-testom smo ugotovili, da obstaja statističšna razlika med visšinama 0,8 m in 3,2 m pri vseh opazovanih psiholoških spremenljivkah. Na višini 0,8 m je faktor prečenjevanja (očena višine/dejanska višina) 1,5 ± 0,10 (povprečna vrednost ± napaka srednje vrednosti), na visšini 3,2 m pa smo dobili nekoliko nizjo vrednost 1,3 ± 0,07 (pov-prečšna vrednost ± napaka srednje vrednosti). Rezultat je grafičšno prikazan na sliki 10.
Dodatno smo s t-testom ugotovili, da za faktor prečenjevanja obstaja signifikantna razlika med obema višinama (t(19) = 5.135 in p < 0.001) (slika 11).
4 Zaključek
Podobno kot v prejšnjih raziskavah [1], [6], [10] smo pokazali, da ima sprememba virtualne visšine vpliv na
272
CAMERNIK, KEZIC, BABIC
COM - prvih 5 s
AP	ML
52 50 48 46 44 42 40 38 36 -
5 4.8 4.6
4 3.8 3.6 -
0,8	3,2
0,8	3,2
0,8	3,2
višina [m]
0,8 322T višina [m]
COM - od 5 do 120 s
AP	ML
54 r
52 50 48 46 44 42 -5.4 5.2 5 4.8 4.6 4.4 4.2 4 3.8
0.13 p 0.125 0.12 0.115 0.11 0.105 0.1 -
0,8	3,2
0,8	3,2
0,8	3,2
višina [m]
6 2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11

~0ÎB 32"
i2~
višina [m]
Slika 6: Primerjava vrednosti COM na obeh višinah - na višini 3,2 m brez prvih 5 sekund po dvigu. Diagrami levo prikazujejo vrednosti v smeri AP (naprej-nazaj), diagrami desno pa vrednosti v smeri ML (levo-desno). Primerjave so izrisane za srednjo vrednost COM glede na desni glezenj, RMS in MPF. Označene so srednje vrednosti in standardna napaka srednje vrednosti. Manjša je vrednost v smeri AP, večji je nagib telesa stran od roba.
54
16
14
12
10
8
0
posturalni nadzor posameznika in čustven odziv, za katerega so značilni povečanje fiziološke vzburjenosti in tesnobe. Drastično spremembo višine človek zazna kot groznjo in nenadzorovano se sprozi nagon po prezivetju. To vključuje poostren nadzor nad drzo, preprečevanje izgube ravnotezja in padča. Centralni zivčni sistem poveča togost sklepov glezšnja ter s tem uravnava napetost misšič in zmanjša nihanje. Pri tem se poviša frekvenča in niza amplituda zibanja. Pri analizi podatkov COP in COM smo najprej primerjali vrednosti dvominutne stoje na nizji višini z vrednostmi na višini 3,2 m. Ker ni bilo opaziti očitne spremembe v povprečnih vrednostih na obeh višinah, smo se odločili, da opazovanje na večji visšini razdelimo na dva dela. Prvi del zajema prvih 5 sekund takoj po dvigu, saj je takrat posturalna sprememba največja, drugi del pa preostali del stoje na višini 3,2 m. S tem delno ločimo vpliv dviga na meritev. Iz dobljenih rezultatov vidimo, da se srednja vrednost COP in COM v smeri AP v prvih petih sekundah zmanjša, kar pomeni odklon stran od roba. Ce opazujemo interval brez prvih 5 sekund, pa se v povprečju srednja vrednost skoraj ne spreminja, kar prikazuje, da se posameznik prilagodi na višino in vzdrzuje mirno stojo. Zgolj zaradi boljšega pregleda nad srednjimi vrednostmi COP in COM smo se
odločili za razširitev analize tako, da dvominutna intervala na obeh višinah razdelimo na manjše petsekundne intervale in izračunamo povprečne vrednosti na teh intervalih. Tako vidimo, daje odmik največji takoj po dvigu in se sčasoma ustali. Povprečna frekvenca močnostnega spektra MPF se poveča pri podatkih COP in COM v obeh smereh. Višja frekvenča zibanja omogoča poostren nadzor nad stojo. Efektivna vrednost RMS pri podatkih COP v prvih petih sekundah opazovanja narašča v obeh smereh, v intervalu opazovanja brez prvih 5 sekund pa v smeri AP pada. Podoben potek imajo tudi vrednosti COM, v smeri AP se z visšino RMS nizša, medtem ko se v smeri ML zviša. Opazimo, da se vrednosti COM spreminjajo nekoliko drugače kot vrednosti COP. Mozšnost odstopanja vrednosti COM je povezana tudi z 10-krat nizjo frekvenčo vzorčenja kot tudi načinom merjenja, saj smo merili le priblizek z enim aktivnim markerjem. Za večjo natančnost bi morali imeti markerje po čelotnem telesu in nato glede na polozaje delov telesa določiti masno središče. Zavedati se je treba, da so premiki vrednosti COP in COM zelo majhni, zgodijo se v rangu nekaj milimetrov. Pri merjenju smo imeli na levi strani samo eno kamero za zajem gibanja in posledičšno se lahko izgubi vidljivost aktivnih markerjev. Zaradi tega
NAVIDEZNA VISINA IN POSTURALNI NADZOR
273
višina 0,8 m	COP	višina 3,2 m		višina 0,8 m	COM	višina 3,2 m
	28					
_ 10_
25 0
T- -TTT.

35 L
0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25
18-,-,-,-,- 18
35 L
16 -
TTTTI

0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25
Slika 7: COP srednje vrednosti z oknjenjem 5 s. Diagrami levo prikazujejo srednjo vrednost na višini 0,8 m, desno pa vrednosti na višini 3,2 m. Označene so srednje vrednosti in standardna napaka srednje vrednosti. Razlika je očitna v smeri AP. Na nizji višini (zgoraj levo) je človek stal bolj mirno, zato se tudi vrednost ne spreminja. Po dvigu na visšino 3,2 m se na začšetku opazi odklon vrednosti v smeri AP v negativno smer (zgoraj desno). S čšasom se povprečšna vrednost ustali. Center pritiskovnih plošč je lociran na 0 mm, premik v negativno smer AP pomeni nagib stran od roba.
je večja možnost odstopanja vrednosti v smeri ML.
S tem ko se kri končentrira v mišičah, ki vzdrzujejo mirno stojo, se zmanjšata pretok krvi skozi okončine in temperatura na površini koze [5]. Povišanje EDA je najverjetneje poslediča tudi drugih dejavnikov, kot sta potenje prstov zaradi zalepljenih elektrod in odziv na virtualno okolje. Pretirana očena višine pomeni, da so imeli udelezšenči močšan občšutek prisotnosti v virtualnem okolju, kar je primerljivo z dosedanjimi raziskavami [8], [14]. Ni jasno, zakaj obstaja signifikantna razlika med visšinama. Za pojasnitev bi bilo treba izvesti dodatne namenske raziskave.
Z raziskavo smo pokazali, da so rezultati primerljivi z rezultati prejšnjih raziskav o učinkih višine na nadzor drze in anksioznost posameznikov v realnih pogojih, in s tem potrdili primernost uporabe okrepljenega navideznega okolja v raziskavah o nadzoru človekove drze in ravnotezja. Poleg tega smo pokazali še, da se tudi pri posameznikih, ki se ne bojijo visšine, s posturalno
okno [5s]
10 15 okno [5s]
Slika 8: COM srednje vrednosti z oknjenjem 5 s. Diagrami levo prikazujejo srednjo vrednost na visšini 0,8 m, desno pa vrednosti na višini 3,2 m. Označene so srednje vrednosti in standardna napaka srednje vrednosti. Razlika je očšitna v smeri AP. Na nizšji visšini (zgoraj levo) je čšlovek stal bolj mirno, zato se tudi vrednost ne spreminja. Po dvigu na visšino 3,2 m se na začšetku opazi odklon vrednosti v smeri AP v negativno smer (zgoraj desno). S čšasom se povprečšna vrednost ustali. Center pritiskovnih plosščš je ločiran na 0 mm, premik v negativno smer AP pomeni nagib stran od roba.
2			T			30
1,6			■ 1 ■			29,5
1,2		rf~~i	1		u 03 -t-J rs	29
0,8					aj cp E aj 1-	28,5
0,4			1			28
0			■			27,5
0,8 3,2 višina [m]
0,8	3.2
višina [m]
Slika 9: Rezultati odziva prevodnosti in temperature koze. Na levem diagramu je prikaz primerjave elektrodermalne aktivnosti koze na obeh višinah, desno pa je prikazana primerjava temperaturnega odziva koze. Označene so srednje vrednosti in standardna napaka srednje vrednosti.
55
55
50
50
45
45
40'
40
5
10
15
20
25
5
10
15
20
16
14
14
12
12
10
10
8
6
-J 6 25 0
0
20
5
20
25
274
CAMERNIK, KEZIC, BABItC
100	
	80
	
<T5	
>	
CO	
C	60
	
m	
N	
<T5	
	
>	40
v	
CD	
_Q	
	20
m	0
višina [m]
Slika 10: Rezultati vprašalnikov. Na diagramu je grafično prikazana primerjava ocen zaupanja, stabilnosti, strahu in tesnobe na obeh višinah. Označene so srednje vrednosti in standardna napaka srednje vrednosti.
višina [m]
Slika 11: Faktor precenjenosti višine. Na diagramu je prikazana primerjava ocen višine na obeh polozajih (nizko in visoko). Označene so srednji vrednosti in standardni napaki srednje vrednosti.
grožnjo pojavijo spremembe v čustvenem in fiziološkem stanju, hkrati pa se poostri nadzor drze.
Zahvala
[5]	W. Boucsein, Electrodermal Activity. Boston, MA: Springer US, 2012.
[6]	M. Carpenter, J. Frank, C. Silcher, and G. Peysar, The influence of postural threat on the control of upright stance, Exp. Brain Res., vol. 138, no. 2, pp. 210-218, May 2001.
[7]	C.-L. L. Chen, S.-Z. Z. Lou, H.-W. W. Wu, S.-K. K. Wu, K.-T. T. Yeung, and F.-C. C. Su, Effects of the type and direction of support surface perturbation on postural responses, J. Neuroeng. Rehabil., vol. 11, no. 1, p. 50, 2014.
[8]	T. W. Cleworth, B. C. Horslen, M. G. Carpenter, Influence of real and virtual heights on standing balance., Gait Posture, vol. 36, no. 2, pp. 172-176, Jun. 2012.
[9]	C. M. Coelho, A. M. Waters, T. J. Hine, and G. Wallis, The use of virtual reality in acrophobia research and treatment, J. Anxiety Disord., vol. 23, no. 5, pp. 563-574, Jun. 2009.
[10]	J. R. Davis, A. D. Campbell, A. L. Adkin, and M. G. Carpenter, The relationship between fear of falling and human postural control,, Gait Posture, vol. 29, no. 2, pp. 275-279, Feb. 2009.
[11]	K. J. Johnson, M. Zaback, C. D. Tokuno, M. G. Carpenter, and A. L. Adkin, Exploring the relationship between threat-related changes in anxiety, attention focus, and postural control, Psychol. Res., vol. 83, no. 3, pp. 445-458, Apr. 2019.
[12]	S. Kezic, Vpliv navidezne visine na posturalni nadzor cloveka, 2019.
[13]	Z. Potocanac, R. Goljat, J. Babic, A robotic system for delivering novel real-time, movement dependent perturbations, Gait Posture, vol. 58, no. August, pp. 386-389, Oct. 2017.
[14]	P. I. Simeonov, H. Hsiao, B. W. DotsonM, D. E. Ammons, B. W. Dotson, D. E. Ammons, Height Effects in Real and Virtual Environments, Hum. Factors J. Hum. Factors Ergon. Soc., vol. 47, no. 2, pp. 430-438, Jun. 2005.
[15]	P. Skapinakis, Spielberger State-Trait Anxiety Inventory, in Encyclopedia of Quality of Life and Well-Being Research, A. C. Michalos, Ed. Dordrecht: Springer Netherlands, 2014, pp. 6261-6264.
[16]	D. A. Winter, Human balance and posture control during standing and walking, Gait Posture, vol. 3, no. 4, pp. 193-214, 1995.
[17]	M. Zaback, A. L. Adkin, M. G. Carpenter, Adaptation of emotional state and standing balance parameters following repeated exposure to height-induced postural threat, Sci. Rep., vol. 9, no. 1, p. 12449, Dec. 2019.
Jernej Camernik je leta 2007 diplomiral na Fakulteti za sport Univerze v Ljubljani, leta 2020 pa doktoriral na Mednarodni podiplomski šoli Jozefa Stefana v Ljubljani. Njegova raziskovalna dejavnost se nanaša na raziskovanje človekovih gibalnih sposobnosti: upravljanje gibanja in gibalno učenje. Se zlasti se osredotoča na raznovrstne stike čšloveka s predmeti v njegovi okoliči, ki lahko sluzšijo ohranjanju ravnotezšja in preprečševanju padčev ali zgolj za bolj ekonomičšno gibanje.
Delo je bilo financirano iz programa EU za raziskave in inovacije H2020 (st. 731540, An.Dy).
Literatura
[1]	A. L. Adkin, J. S. Frank, M. G. Carpenter, G. W. Peysar, Postural control is scaled to level of postural threat, Gait Posture, vol. 12, no.1 2, pp. 87-93, Oct. 2000.
[2]	A. L. Adkin, J. S. Frank, M. G. Carpenter, in G. W. Peysar, Fear of falling modifies anticipatory postural control, Exp. Brain Res., vol. 143, no. 2, pp. 160-170, 2002.
[3]	L. A. Brown, J. S. Frank, Postural compensations to the potential consequences of instability: kinematics, Gait Posture, vol. 6, no. 2, pp. 89-97, Oct. 1997.
[4]	L. A. Brown, M. A. Polych, and J. B. Doan, The effect ofanxiety on the regulation of upright standing among younger and older adults, Gait Posture, vol. 24, no. 4, pp. 397-405, Dec. 2006.
Sanja Kezic je leta 2016 diplomirala na Fakulteti za elektrotehniko, po tem je nadaljevala sštudij na smeri robotika in magistrirala leta 2019. Raziskovalno področje magistrske naloge je bilo opazovanje posturalnega nadzora pri spremembi virtualne višine. Po končanem študiju se je zaposlila kot testna inzenirka v SIQ Ljubljana.
Jan Babic je diplomiral in doktoriral na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani v letih 1999 in 2004. Njegova raziskovalna dejavnost obsega splosšne raziskave motoričšne kontrole pri ljudeh in uporabo biolosških dognanj pri razvoju robustnih robotskih sistemov za fizično interakčijo s človekom in okoljem.