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Bachelor- und Masterarbeitsthemen in der AE Theoretische Neurowissenschaft 

Bewegungsprimitive beim Tanzen in Virtual Reality

Unsere Körper verfügt über eine große Zahl von Gelenken, die von unseren Nervensystemen in Echtzeit kontrolliert werden müssen. Eine Theorie zur Motoriksteuerung postuliert die Existenz von Bewegungsprimitiven (movement primitives) um diese Kontrolle zu vereinfachen. Eine Bewegungsprimitive ist eine gespeicherte, stereotype Bewegungskomponente, die bei Bedarf in Kombination mit anderen Primitiven kombiniert werden kann, um neue Bewegungen zu erzeugen. Ob diese Primitive existieren, also im Nervensystem implementiert werden, ist eine bis dato ungekläre Frage. In dieser Bachelor/Masterarbeit soll untersucht werden, ob sich Bewegungsprimitive auch dazu eignen, Tanzverhalten zu modellieren. Hierzu werden wir die Tanzbewegungen der Versuchspersonen im Virtual-Reality Testraum aufnehmen und durch Bewegungsprimitive modellieren. Die so modellierten Bewegungen sollen dann in einem Wahrnehmungsexperiment validiert werden.

Literatur

D. Endres, E. Chiovetto, and M.A. Giese (2013). Model selection for the extraction of movement primitives. Frontiers in Computational Neuroscience, 7:185, 2013. DOI:10.3389/fncom.2013.00185.

D. Endres, E. Chiovetto, and M.A. Giese (2015). Bayesian approaches for learning of primitive-based compact representations of complex human activities. In J.P. Laumond and A. Naoko, editors, Dance notation and robot motion, Springer Tracts in Advanced Robotics 111. Springer.

 Kontakt: Prof. Dr. Dominik Endres

Kann der Mensch lernen, einen zusätzlichen Arm zu kontollieren?

Unsere Körper verfügt über eine große Zahl von Gelenken, die von unseren Nervensystemen in Echtzeit kontrolliert werden müssen. Eine Theorie zur Motoriksteuerung postuliert das dies per Optimalsteuerung (optimal control) geschieht, d.h. für jedes Handlungsziel wird eine optimale Bewegung berechnet, um dieses Ziel zu erreichen. Zwei wesentliche Vorhersagen dieser Theorie sind: a) höhere Varianz in Freiheitsgraden (Gelenkwinkeln), die nicht relevant für das Erreichen des Zieles sind, und b) Existenz von Synergieen zwischen Freiheitsgraden. In diesem Projekt soll untersucht werden, ob die höhere Varianz in nicht-zielrelevanten Freiheitsgraden benutzt werden kann, um damit einen dritten Arm zu kontrollieren, oder ob diese Varianz nicht kontollierbar ist. Hierzu soll ein Experiment im Virtual-Reality Testraum durchgeführt werden, in dem Versuchspersonen einen dritten Arm erhalten. Zunächst sollen die Freiheitsgrade hoher Varianz per Bewegungsaufzeichnung festgestellt werden, sodann werden diese Freiheitsgrade an den dritten Arm gekoppelt. Die VPs müssen dann einen 3-armige Manipulationsaufgabe lernen. Wir wollen die Lernbarkeit der Aufgabe feststellen, sowie die Schwierigkeit der Lernaufgabe quantifizieren und die Varianz in den 'umgelernten' Freiheitsgraden untersuchen. Im Weitern möchten wir ebenfalls verstehen, ob die VPs neue Bewegungsprimitive/Synergieen für diese Aufgabe lernen.

Literatur

A. Won, J. Bailenson, J. Lee and J. Lanier (2015). Homuncular Flexibility in Virtual Reality. Journal of Computer-Mediated Communication 20, 241–259.

D. Endres, E. Chiovetto, and M.A. Giese (2013). Model selection for the extraction of movement primitives. Frontiers in Computational Neuroscience, 7:185, 2013. DOI:10.3389/fncom.2013.00185.

 Kontakt: Prof. Dr. Dominik Endres

Wie immersiv ist Consumer-VR im Vergleich zu High-End VR? 

Im Virtual-Reality Testraum des Fachbereichs tauchen Versuchspersonen in virtuelle Wirklichkeiten ein, indem sie ein Head-Mounted-Display (HMD) aufsetzen, durch das eine dreidimensionale, 'immersive' virtual-reality Erfahrung erzeugt werden soll. Doch wie glaubwürdig sind diese Immersionserfahrungen wirklich? Wie groß ist der unterschied zwischen einem (billigen) consumer-grade HMD und einem wesentlich teureren, professionellen HMD? Wir wollen dies anhand eine rubber hand Illusion untersuchen: in den künstlichen Wirklichkeiten werden die Versuchspersonen mit einem künstlichen Körper versehen, dessen Glaubwürdigkeit mittels Fragebögen und reflexartiger Reaktionen getestet wird. Uns interessiert hier, ob es einen messbaren Glaubwürdigkeitsunterschied zwischen dem Oculus Rift HMD und dem NVIS ST50 HMD gibt.

Literatur

N. Taubert, M. Löffler, N. Ludolph, A. Christensen, D. Endres, and M.A. Giese. A virtual reality setup for controllable, stylized real-time interactions between humans and avatars with sparse Gaussian process dynamical models. Proceedings of the ACM Symposium on Applied Perception, pages 41–44, 2013. DOI: 10.1145/2492494.2492515.

M. Slater, B. Spanlang, M.V: Sanchez-Vives, O. Blanke (2010) First Person Experience of Body Transfer in Virtual Reality. PLoS ONE 5(5): e10564. doi:10.1371/journal.pone.0010564

 Kontakt: Prof. Dr. Dominik Endres

Test visueller Ähnlichkeitsmodelle

(Visuelle) Ähnlichkeit wird in der kognitiven Neurowissenschaft oft eingesetzt, um mentale und neuronale Repräsentationen miteinander zu vergleichen. Für valide Vergleiche ist eine Formalisierung des Ähnlichkeitsbegriffs erforderlich, die Unvergleichbarkeit und nicht-Transitivität abbilden kann, da sich diese Eigenschaften in menschlichen Daten finden. Von beliebten Standardmethoden, wie z.B. multi-dimensionale Skalierung und Einbettung in euklidische Räume, können diese Eigenschaften nicht abgeleitet werden, vom Kontrastmodell der Ähnlichkeit nach A. Tversky hingegen schon. Wir wollen untersuchen, ob die Axiome dieses Modells in der erweiterten Form nach Geist et. al (1996) das Verhalten von Versuchspersonen abbilden. Insbesondere soll die Frage beantwortet werden, ob aus Merkmalen von Objekten deren Paar-Teilordnung vorhergesagt werden kann (vgl. auch unser EXPRA letztes Semester, in dem wir diese Frage zwar diskutiert, aber nicht beantwortet haben).

Literatur

A. Tversky (1977) Features of similarity . Psychological Review, Vol 84(4), Jul 1977, 327-352. http://dx.doi.org/10.1037/0033-295X.84.4.327

S. Geist, K. Lengnink, R. Wille (1996). An Order-Theoretic Foundation for Similarity Measures. In: K. Lengnink, Formalisierungen von Ähnlichkeit aus Sicht der Formalen Begriffsanalyse, Shaker-Verlag, 1996. ISBN 3-8265-1393-2

D. Endres, R. Adam, M.A. Giese, and U. Noppeney (2012). Understanding the semantic structure of human fMRI brain recordings with Formal Concept Analysis. In Proceedings of the 10h International Conference on Formal Concept Analysis (ICFCA 2012), LNAI 7278, pages 96–111. Springer

 Kontakt: Prof. Dr. Dominik Endres