Purpose : The object of this study was to examine the effect of motor learning on brain activation depending on the method of motor learning. Methods : The brain activation was measured in 9 men by fMRI. The subjects were divided into the following groups depending on the method of motor learning: actually practice (AP, n=3) group, action observation (AO, n=3) group and motor imagery (MI, n=3) group. In order to examine the effect of motor learning depending on the method of motor learning, the brain activation data were measured during learning. For the investigation of brain activation, fMRI was conducted. Results : The results of brain activation measured before and during learning were as follows; (1) During learning, the AP group showed the activation in the following areas: primary motor area located in precentral gyrus, somatosensory area located in postcentral gyrus, supplemental motor area and prefrontal association area located in precentral gyrus, middle frontal gyrus and superior frontal gyrus, speech area located in superior temporal gyrus and middle temporal gyrus, Broca's area located in inferior parietal lobe and somatosensory association area of precuneus; (2) During learning, the AD groups showed the activation in the following areas: primary motor area located in precentral gyrus, prefrontal association area located in middle frontal gyrus and superior frontal gyrus, speech area and supplemental motor area located in superior temporal gyrus and middle temporal gyrus, Broca's area located in inferior parietal lobe, somatosensory area and primary motor area located in precentral gyrus of right cerebrum and left cerebrum, and somatosensory association area located in precuneus; and (3) During learning, the MI group showed activation in the following areas: speech area located in superior temporal gyrus, supplemental area, and somatosensory association area located in precuneus. Conclusion : Given the results above, in this study, the action observation was suggested as an alternative to motor learning through actual practice in serial reaction time task of motor learning. It showed the similar results to the actual practice in brain activation which were obtained using activation of mirror neuron. This result suggests that the brain activation occurred by the activation of mirror neuron, which was observed during action observation. The mirror neurons are located in primary motor area, somatosensory area, premotor area, supplemental motor area and somatosensory association area. In sum, when we plan a training program through physiotherapy to increase the effect during reeducation of movement, the action observation as well as best resting is necessary in increasing the effect of motor learning with the patients who cannot be engaged in actual practice.
Purpose: Recent electrophysiological studies have shown that the sensorymotor cortex is activated during both actual action excuted by themselves and observation of action performed by other persons. Observation of action based on mirror neuron system can be used as a cognitive intervention to promote motor learning. The purpose of this study was to investigate the brain activity changes during action observation and action execution using EEG. Methods: Thirty healthy volunteers participated and were requested to perform hand action and to observe the video of hand action performed by another person. The EEG activity was evaluated by a method which segregated the time-locked for each condition. To compare the differences between action observation and execution, the Mu suppression and the relative band power were analysed. Results: The results showed significant mu suppression during the action observation and execution, but the differences between the two conditions were not observed. The relative band power showed a significant difference during the action observation and execution, but there were no differences between the two conditions. Conclusion: These results indicate that action execution and observation involve overlapping neural networks in the sensorymotor cortical areas, proposing positive changes on neurophysiology. We are expected to provide information related to the intervention of cognitive rehabilitation.
Reinforcement learning is a type of machine learning paradigm that forces agents to repeat the observation-action-reward process to assess and predict the values of possible future action sequences. This allows the agents to incrementally reinforce the desired behavior for a given observation. Thanks to the recent advancements of deep learning, reinforcement learning has evolved into deep reinforcement learning that introduces promising results in various control and optimization domains, such as games, robotics, autonomous vehicles, computing, industrial control, and so on. In addition to this trend, a number of programming libraries have been developed for importing deep reinforcement learning into a variety of applications. In this article, we briefly review and summarize 10 representative deep reinforcement learning libraries and compare them from a development project perspective.
Purpose: New therapeutic approaches have emerged to improve gait ability in patients with brain damage, such as action observation learning (AOT), auditory cueing, motor imagery etc. We attempted to investigate the effects of AOT with auditory cueing (AOTAC) on gait function in patients with stroke. Methods: The eighteen stroke patients with a unilateral hemiparesis were randomly divided into three groups; the AOTAC, AOT, and control groups. The AOTAC group (n=8) received training via observing a video that showed normal gait with sound of footsteps as an auditory cue; the AOT group (n=6) receive action observation without auditory stimulation; the control group (n=5) observed the landscape video image. Intervention time of three groups was 30 minutes per day, five times a week, for four weeks. Gait parameters, such as cadence, velocity, stride length, stance phase, and swing phase were collected in all patients before and after each training session. Results: Significant differences were observed among the three groups with respect to the parameters, such as cadence, velocity, stride length, and stance/swing phase. Post-hoc analysis indicated that the AOTAC group had a greater significant change in all of parameters, compared with the AOT and control groups. Conclusion: Our findings suggest that AOTAC may be an effective therapeutic approach to improve gait symmetry and function in patients with stroke. We believe that this effect is attributable to the change of cortical excitability on motor related to cortical areas.
Purpose : The purpose of this study was to investigate the difference in motor cortical excitability during mental practice and action observation in subjects with forward head posture. Methods : This study was performed in two groups, a forward head posture group (n=17) and a normal posture group (n=17). Electroencephalography (EEG) was conducted to investigate cerebral cortex activity, and six electrodes were attached to Fp1, Fp2, C1, C2, C3, and C4 to measure the relative alpha power, relative beta power, relative gamma power, and mu rhythms. The subjects were requested to perform the four different conditions, which were eye opening, eye closing, mental practice, and action observation for 300 seconds. Results : The results showed that the relative alpha waves showed a significant difference between the normal and forward head posture groups in the C1, C2, C3, and C4 regions with the eyes open (p<.05). The relative beta waves also showed a significant difference between the two groups in the Fp1 and Fp2 regions during action observation (p<.05). The relative gamma waves were significantly different between the normal and forward head posture groups in the Fp1 and Fp2 regions during action observation (p<.05) in C1, C2, and C3 with eyes closed (p<.05) and in C1, C2, C3, and C4 with eyes open (p<.05). Conclusion : The results of this study showed that EEG change in the forward head posture group was different from that in the normal control group in action observation rather than in mental practice. Therefore, we are expected to provide a neurophysiological basis for applying action observation to motor skill learning during exercise for correcting forward head posture.
The understanding of another's behavior is a fundamental cognitive ability for primates including humans. Recent neuro-physiological studies suggested that there is a direct matching algorithm from visual observation onto an individual's own motor repertories for interpreting cognitive ability. The mirror neurons are known as core regions and are handled as a functionality of intent recognition on the basis of imitative learning of an observed action which is acquired from visual-information of a goal-directed action. In this paper, we addressed previous works used to model the function and mechanisms of mirror neurons and proposed a computational model of a mirror neuron system which can be used in human-robot interaction environments. The major focus of the computation model is the reproduction of an individual's motor repertory with different embodiments. The model's aim is the design of a continuous process which combines sensory evidence, prior task knowledge and a goal-directed matching of action observation and execution. We also propose a biologically inspired plausible equation model.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권3호
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pp.754-774
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2023
Wrestling is one of the popular events for modern sports. It is difficult to quantitatively describe a wrestling game between athletes. And deep learning can help wrestling training by human recognition techniques. Based on the characteristics of latest wrestling competition rules and human recognition technologies, a set of wrestling competition video analysis and retrieval system is proposed. This system uses a combination of literature method, observation method, interview method and mathematical statistics to conduct statistics, analysis, research and discussion on the application of technology. Combined the system application in targeted movement technology. A deep learning-based facial recognition psychological feature analysis method for the training and competition of classical wrestling after the implementation of the new rules is proposed. The experimental results of this paper showed that the proportion of natural emotions of male and female wrestlers was about 50%, indicating that the wrestler's mentality was relatively stable before the intense physical confrontation, and the test of the system also proved the stability of the system.
Purpose: Although medical curricula are now better structured for integration of biomedical sciences and clinical training, most teaching and learning activities still follow the older teacher-centric discipline-specific formats. A newer pedagogical approach, known as Collaborative Learning Cases (CLCs), was adopted in the medical school to facilitate integration and collaborative learning. Before incorporating CLCs into the curriculum of year 1 students, two pilot runs using the action research method was carried out to improve the design of CLCs. Methods: We employed the four-phase Kemmis and McTaggart's action research spiral in two cycles to improve the design of CLCs. A class of 300 first-year medical students (for both cycles), 11 tutors (first cycle), and 16 tutors (second cycle) were involved in this research. Data was collected using the 5-points Likert scale survey, open-ended questionnaire, and observation. Results: From the data collected, we learned that more effort was required to train the tutors to understand the principles of CLCs and their role in the CLCs sessions. Although action research enables the faculty to improve the design of CLCs, finding the right technology tools to support collaboration and enhance learning during the CLCs remains a challenge. Conclusion: The two cycles of action research was effective in helping us design a better learning environment during the CLCs by clarifying tutors' roles, improving group and time management, and meaningful use of technology.
To enhance the automatic performance of existing predicting and planning algorithms that require a predefined probability of the states' transition, this paper proposes a multiple sequence generation system. When interacting with unknown environments, a virtual agent needs to decide which action or action order can result in a good state and determine the transition probability based on the current state and the action taken. We describe a sequential behavior generation method motivated from the change in the agent's state in order to help the virtual agent learn how to adapt to unknown environments. In a sequence learning process, the sensed states are grouped by a set of proposed motivation filters in order to reduce the learning computation of the large state space. In order to accomplish a goal with a high payoff, the learning agent makes a decision based on the observation of states' transitions. The proposed multiple sequence behaviors generation system increases the complexity and heightens the automatic planning of the virtual agent for interacting with the dynamic unknown environment. This model was tested in a virtual library to elucidate the process of the system.
Purpose: To explore the effects of action observation combined with modified constraint-induced movement therapy on upper-extremity function and the activities of daily living in subacute stroke patients. Methods: Twenty-four subacute stroke patients were randomly assigned to the experimental group or the control group (n = 12 each). Both groups received therapy based on motor learning concepts, including repetitive and task-specific practice. The experimental group watched video clips for 10 minutes related to tasks performed during modified constraint-induced movement therapy while the control group watched videos unrelated to upper-extremity movement. These programs were performed for 40 minutes a day five times a week for four weeks. Their scores on the Fugl-Meyer assessment of upper extremities (FMA-UE), the action research arm test (ARAT), a motor activity log (amount of use [AOU] and quality of movement [QOM]), and the modified Barthel index (MBI) were recorded. Results: In both groups, all variables were significantly different between the pre-test and post-test periods (p < 0.05). The post-test variables were significantly different within each group (p < 0.05). In the experimental group, the changes between pre-test and post-test scores in the FMA-UE (14.39 ± 4.31 versus 6.31 ± 4.63), the ARAT (16.00 ± 4.73 versus 11.46 ± 3.73), MAL-AOU (1.57 ± 0.15 versus 1.18 ± 0.28), and MBI (27.54 ± 4.65 versus 18.08 ± 8.52) were significantly higher than those of the control group (p < 0.05). Conclusion: These findings suggest that action observation combined with modified constraint-induced movement therapy may be a beneficial rehabilitation option to improve upper-extremity function in subacute stroke patients with moderate impairment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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