Prospective, Randomized Assessment of Transfer of Training (ToT) and Transfer Effectiveness Ratio (TER) of Virtual Reality Simulation Training for Laparoscopic Skill Acquisition

OBJECTIVES:: We assessed the effectiveness of ToT from VR laparoscopic simulation training in 2 studies. In a second study, we also assessed the TER. ToT is a detectable performance improvement between equivalent groups, and TER is the observed percentage performance differences between 2 matched groups carrying out the same task but with 1 group pretrained on VR simulation. Concordance between simulated and in-vivo procedure performance was also assessed. DESIGN:: Prospective, randomized, and blinded. PARTICIPANTS:: In Study 1, experienced laparoscopic surgeons (n = 195) and in Study 2 laparoscopic novices (n = 30) were randomized to either train on VR simulation before completing an equivalent real-world task or complete the real-world task only. RESULTS:: Experienced laparoscopic surgeons and novices who trained on the simulator performed significantly better than their controls, thus demonstrating ToT. Their performance showed a TER between 7% and 42% from the virtual to the real tasks. Simulation training impacted most on procedural error reduction in both studies (32- 42%). The correlation observed between the VR and real-world task performance was r > 0·96 (Study 2). CONCLUSIONS:: VR simulation training offers a powerful and effective platform for training safer skills.

Living in The Matrix: Virtual Reality Systems and Hyperspatial Representation in Architecture

In the digital age, the hyperspace of virtual reality systems stands out as a new spatial concept creating a parallel realm to "real" space. Virtual reality influences one’s experience of and interaction with architectural space. This "otherworld" brings up the criticism of the existing conception of space, time and body. Hyperspaces are relatively new to designers but not to filmmakers. Their cinematic representations help the comprehension of the outcomes of these new spaces. Visualisation of futuristic ideas on the big screen turns film into a medium for spatial experimentation. Creating a possible future, The Matrix (Andy and Larry Wachowski, 1999) takes the concept of hyperspace to a level not-yet-realised but imagined. With a critical gaze at the existing norms of architecture, the film creates new horizons in terms of space. In this context, this study introduces science fiction cinema as a discussion medium to understand the potentials of virtual reality systems for the architecture of the twenty first century. As a "role model" cinema helps to better understand technological and spatial shifts. It acts as a vehicle for going beyond the spatial theories and designs of the twentieth century, and defining the conception of space in contemporary architecture.

Virtual Reality: immersed in the structural world

Virtual reality is a rapidly emerging technology, driven by the computer gaming industry. The maturity of the concept, combined with modern hardware, is delivering an experience which offers a useful commercial tool for industry and educators. This article discusses the uses of virtual reality within structural engineering and provides an understanding of how it can be incorporated easily and efficiently for design purposes and beyond.

Understanding perception and action in sport:How can virtual reality technology help?

Although technology can facilitate improvements in performance by allowing us to understand, monitor and evaluate performance, improvements must ultimately come from within the athlete. The first part of this article will focus on understanding how perception and action relate to performance from two different theoretical viewpoints. The first will be predominantly a cognitive or indirect approach that suggests that expertise and decision-making processes are mediated by athletes accruing large knowledge bases that are built up through practice and experience. The second, and alternative approach, will advocate a more 'direct' solution, where the athlete learns to 'tune' into the relevant information that is embedded in their relationship with the surrounding environment and unfolding action. The second part of the article will attempt to show how emerging virtual reality technology is revealing new evidence that helps us understand elite performance. Possibilities of how new types of training could be developed from this technology will also be discussed. © 2014 Crown Copyright.

A brain-computer interface for navigation in virtual reality

L'interface cerveau-ordinateur (ICO) décode les signaux électriques du cerveau requise par l’électroencéphalographie et transforme ces signaux en commande pour contrôler un appareil ou un logiciel. Un nombre limité de tâches mentales ont été détectés et classifier par différents groupes de recherche. D’autres types de contrôle, par exemple l’exécution d'un mouvement du pied, réel ou imaginaire, peut modifier les ondes cérébrales du cortex moteur. Nous avons utilisé un ICO pour déterminer si nous pouvions faire une classification entre la navigation de type marche avant et arrière, en temps réel et en temps différé, en utilisant différentes méthodes. Dix personnes en bonne santé ont participé à l’expérience sur les ICO dans un tunnel virtuel. L’expérience fut a était divisé en deux séances (48 min chaque). Chaque séance comprenait 320 essais. On a demandé au sujets d’imaginer un déplacement avant ou arrière dans le tunnel virtuel de façon aléatoire d’après une commande écrite sur l'écran. Les essais ont été menés avec feedback. Trois électrodes ont été montées sur le scalp, vis-à-vis du cortex moteur. Durant la 1re séance, la classification des deux taches (navigation avant et arrière) a été réalisée par les méthodes de puissance de bande, de représentation temporel-fréquence, des modèles autorégressifs et des rapports d’asymétrie du rythme β avec classificateurs d’analyse discriminante linéaire et SVM. Les seuils ont été calculés en temps différé pour former des signaux de contrôle qui ont été utilisés en temps réel durant la 2e séance afin d’initier, par les ondes cérébrales de l'utilisateur, le déplacement du tunnel virtuel dans le sens demandé. Après 96 min d'entrainement, la méthode « online biofeedback » de la puissance de bande a atteint une précision de classification moyenne de 76 %, et la classification en temps différé avec les rapports d’asymétrie et puissance de bande, a atteint une précision de classification d’environ 80 %.

A virtual reality approach to the study of visually driven postural control in developing and aging humans

L'être humain utilise trois systèmes sensoriels distincts pour réguler le maintien de la station debout: la somesthésie, le système vestibulaire, et le système visuel. Le rôle de la vision dans la régulation posturale demeure peu connu, notamment sa variabilité en fonction de l'âge, du type développemental, et des atteintes neurologiques. Dans notre travail, la régulation posturale induite visuellement a été évaluée chez des participants au développement et vieillissement normaux âgés de 5-85 ans, chez des individus autistes (développement atypique) âgés de 12-33 ans, ainsi que chez des enfants entre 9-18 ans ayant subi un TCC léger. À cet effet, la réactivité posturale des participants en réponse à un tunnel virtuel entièrement immersif, se mouvant à trois niveaux de vélocité, a été mesurée; des conditions contrôles, où le tunnel était statique ou absent, ont été incluses. Les résultats montrent que la réactivité (i.e. instabilité) posturale induite visuellement est plus élevée chez les jeunes enfants; ensuite, elle s'atténue pour rejoindre des valeurs adultes vers 16-19 ans et augmente de façon linéaire en fonction de l'âge après 45 ans jusqu'à redevenir élevée vers 60 ans. De plus, à la plus haute vélocité du tunnel, les plus jeunes participants autistes ont manifesté significativement moins de réactivité posturale comparativement à leurs contrôles; cette différence n'était pas présente chez des participants plus âgés (16-33 ans). Enfin, les enfants ayant subi un TCC léger, et qui étaient initialement modérément symptomatiques, ont montré un niveau plus élevé d'instabilité posturale induite visuellement que les contrôles, et ce jusqu'à 12 semaines post-trauma malgré le fait que la majorité d'entre eux (89%) n'étaient plus symptomatiques à ce stade. En somme, cela suggère la présence d'une importante période de transition dans la maturation des systèmes sous-tendant l'intégration sensorimotrice impliquée dans le contrôle postural vers l'âge de 16 ans, et d'autres changements sensorimoteurs vers l'âge de 60 ans; cette sur-dépendance visuelle pour la régulation posturale chez les enfants et les aînés pourrait guider l'aménagement d'espaces et l'élaboration d'activités ajustés à l'âge des individus. De plus, le fait que l'hypo-réactivité posturale aux informations visuelles chez les autistes dépende des caractéristiques de l'environnement visuel et de l'âge chronologique, affine notre compréhension des anomalies sensorielles propres à l'autisme. Par ailleurs, le fait que les enfants ayant subi un TCC léger montrent des anomalies posturales jusqu'à 3 mois post-trauma, malgré une diminution significative des symptômes rapportés, pourrait être relié à une altération du traitement de l'information visuelle dynamique et pourrait avoir des implications quant à la gestion clinique des patients aux prises avec un TCC léger, puisque la résolution des symptômes est actuellement le principal critère utilisé pour la prise de décision quant au retour aux activités. Enfin, les résultats obtenus chez une population à développement atypique (autisme) et une population avec atteinte neurologique dite transitoire (TCC léger), contribuent non seulement à une meilleure compréhension des mécanismes d'intégration sensorimotrice sous-tendant le contrôle postural mais pourraient aussi servir comme marqueurs sensibles et spécifiques de dysfonction chez ces populations. Mots-clés : posture, équilibre, vision, développement/vieillissement sensorimoteur, autisme, TCC léger symptomatique, réalité virtuelle.

How soccer players head the ball: a test of optic acceleration cancellation theory with virtual reality

We measured the movements of soccer players heading a football in a fully immersive virtual reality environment. In mid-flight the ball’s trajectory was altered from its normal quasi-parabolic path to a linear one, producing a jump in the rate of change of the angle of elevation of gaze (α) from player to ball. One reaction time later the players adjusted their speed so that the rate of change of α increased when it had been reduced and reduced it when it had been increased. Since the result of the player’s movement was to regain a value of the rate of change close to that before the disturbance, the data suggest that the players have an expectation of, and memory for, the pattern that the rate of change of α will follow during the flight. The results support the general claim that players intercepting balls use servo control strategies and are consistent with the particular claim of Optic Acceleration Cancellation theory that the servo strategy is to allow α to increase at a steadily decreasing rate.