Name: design and use of an apparatus for presenting graspable objects in 3d workspace
Uploaded: 2019-08-08T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Use of an Apparatus for Presenting Graspable Objects in 3D Workspace at JoVE.com

Vi takker Mr. Shijiang Shen for hans råd om apparat design og MS Guihua Wang for hendes hjælp med dyrepleje og uddannelse. Dette arbejde blev støttet af nationale centrale forsknings-og udviklings program i Kina (2017YFC1308501), National Natural Science Foundation i Kina (31627802), de offentlige projekter i Zhejiang-provinsen (2016C33059), og de grundlæggende forskningsmidler til Centrale universiteter.

Alle adfærdsmæssige og kirurgiske procedurer konforme til vejledning for pleje og brug af forsøgsdyr (China Ministry of Health) og blev godkendt af Animal Care komitéen på Zhejiang University, Kina.
1. montering af 3D translationel enhed
<ol><li>Byg en ramme af størrelse 920 mm x 690 mm x 530 mm med aluminium konstruktion skinner (tværsnit: 40 mm x 40 mm).</li>
	<li>Fastgør fire piederaler til de to ender af Y-skinnerne med skruer (M4) (figur 1b).</li>
	...

<ol>
	<li>Leone, F. T., Monaco, S., Henriques, D. Y., Toni, I., Medendorp, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+Reference+Frames+for+Grasp+Planning+in+Human+Parietofrontal+Cortex.">Flexible Reference Frames for Grasp Planning in Human Parietofrontal Cortex.</a> eNeuro. 2 (3), (2015).</li><li>Caminiti, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+coding+of+reaching:+frontal+and+parietal+association+connections+of+parieto-occipital+cortex.">Early coding of reaching: frontal and parietal association connections of parieto-occipital cortex.</a> European Journal of Neuroscience. 11 (9), 3339-3345 (1999).</li><li>Georgopoulos, A. P., Schwartz, A. B., Kettner, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuronal+population+coding+of+movement+direction.">Neuronal population coding of movement direction.</a> Science. 233 (4771), 1416-1419 (1986).</li><li>Fu, Q. G., Flament, D., Coltz, J. D., Ebner, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+encoding+of+movement+kinematics+in+the+discharge+of+primate+primary+motor+and+premotor+neurons.">Temporal encoding of movement kinematics in the discharge of primate primary motor and premotor neurons.</a> Journal of Neurophysiology. 73 (2), 836-854 (1995).</li><li>Moran, D. W., Schwartz, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+cortical+representation+of+speed+and+direction+during+reaching.">Motor cortical representation of speed and direction during reaching.</a> Journal of Neurophysiology. 82 (5), 2676-2692 (1999).</li><li>Carmena, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+to+control+a+brain-machine+interface+for+reaching+and+grasping+by+primates.">Learning to control a brain-machine interface for reaching and grasping by primates.</a> PLoS Biology. 1 (2), E42 (2003).</li><li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prior+Knowledge+of+Target+Direction+and+Intended+Movement+Selection+Improves+Indirect+Reaching+Movement+Decoding.">Prior Knowledge of Target Direction and Intended Movement Selection Improves Indirect Reaching Movement Decoding.</a> Behavioral Neurology. , 2182843 (2017).</li><li>Reina, G. A., Moran, D. W., Schwartz, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+relationship+between+joint+angular+velocity+and+motor+cortical+discharge+during+reaching.">On the relationship between joint angular velocity and motor cortical discharge during reaching.</a> Journal of Neurophysiology. 85 (6), 2576-2589 (2001).</li><li>Taylor, D. M., Tillery, S. I., Schwartz, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+cortical+control+of+3D+neuroprosthetic+devices.">Direct cortical control of 3D neuroprosthetic devices.</a> Science. 296 (5574), 1829-1832 (2002).</li><li>Wang, W., Chan, S. S., Heldman, D. A., Moran, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+cortical+representation+of+hand+translation+and+rotation+during+reaching.">Motor cortical representation of hand translation and rotation during reaching.</a> Journal of Neuroscience. 30 (3), 958-962 (2010).</li><li>Murata, A., Gallese, V., Luppino, G., Kaseda, M., Sakata, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selectivity+for+the+shape,+size,+and+orientation+of+objects+for+grasping+in+neurons+of+monkey+parietal+area+AIP.">Selectivity for the shape, size, and orientation of objects for grasping in neurons of monkey parietal area AIP.</a> Journal of Neurophysiology. 83 (5), 2580-2601 (2000).</li><li>Raos, V., Umilt&#225;, M. A., Murata, A., Fogassi, L., Gallese, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+Properties+of+Grasping-Related+Neurons+in+the+Ventral+Premotor+Area+F5+of+the+Macaque+Monkey.">Functional Properties of Grasping-Related Neurons in the Ventral Premotor Area F5 of the Macaque Monkey.</a> Journal of Neurophysiology. 95 (2), 709 (2006).</li><li>Schaffelhofer, S., Scherberger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Object+vision+to+hand+action+in+macaque+parietal,+premotor,+and+motor+cortices.">Object vision to hand action in macaque parietal, premotor, and motor cortices.</a> eLife. 5, (2016).</li><li>Baumann, M. A., Fluet, M. C., Scherberger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Context-specific+grasp+movement+representation+in+the+macaque+anterior+intraparietal+area.">Context-specific grasp movement representation in the macaque anterior intraparietal area.</a> Journal of Neuroscience. 29 (20), 6436-6448 (2009).</li><li>Riehle, A., Wirtssohn, S., Grun, S., Brochier, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+the+spatio-temporal+structure+of+motor+cortical+LFP+and+spiking+activities+during+reach-to-grasp+movements.">Mapping the spatio-temporal structure of motor cortical LFP and spiking activities during reach-to-grasp movements.</a> Frontiers in Neural Circuits. 7, 48 (2013).</li><li>Michaels, J. A., Scherberger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Population+coding+of+grasp+and+laterality-related+information+in+the+macaque+fronto-parietal+network.">Population coding of grasp and laterality-related information in the macaque fronto-parietal network.</a> Scientific Reports. 8 (1), 1710 (2018).</li><li>Fattori, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hand+orientation+during+reach-to-grasp+movements+modulates+neuronal+activity+in+the+medial+posterior+parietal+area+V6A.">Hand orientation during reach-to-grasp movements modulates neuronal activity in the medial posterior parietal area V6A.</a> Journal of Neuroscience. 29 (6), 1928-1936 (2009).</li><li>Asher, I., Stark, E., Abeles, M., Prut, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+direction+and+object+selectivity+of+local+field+potentials+and+single+units+in+macaque+posterior+parietal+cortex+during+prehension.">Comparison of direction and object selectivity of local field potentials and single units in macaque posterior parietal cortex during prehension.</a> Journal of Neurophysiology. 97 (5), 3684-3695 (2007).</li><li>Stark, E., Asher, I., Abeles, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encoding+of+reach+and+grasp+by+single+neurons+in+premotor+cortex+is+independent+of+recording+site.">Encoding of reach and grasp by single neurons in premotor cortex is independent of recording site.</a> Journal of Neurophysiology. 97 (5), 3351-3364 (2007).</li><li>Velliste, M., Perel, S., Spalding, M. C., Whitford, A. S., Schwartz, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+control+of+a+prosthetic+arm+for+self-feeding.">Cortical control of a prosthetic arm for self-feeding.</a> Nature. 453 (7198), 1098-1101 (2008).</li><li>Vargas-Irwin, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decoding+complete+reach+and+grasp+actions+from+local+primary+motor+cortex+populations.">Decoding complete reach and grasp actions from local primary motor cortex populations.</a> Journal of Neuroscience. 30 (29), 9659-9669 (2010).</li><li>Mollazadeh, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+variation+of+multiple+neurophysiological+signals+in+the+primary+motor+cortex+during+dexterous+reach-to-grasp+movements.">Spatiotemporal variation of multiple neurophysiological signals in the primary motor cortex during dexterous reach-to-grasp movements.</a> Journal of Neuroscience. 31 (43), 15531-15543 (2011).</li><li>Saleh, M., Takahashi, K., Hatsopoulos, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encoding+of+coordinated+reach+and+grasp+trajectories+in+primary+motor+cortex.">Encoding of coordinated reach and grasp trajectories in primary motor cortex.</a> Journal of Neuroscience. 32 (4), 1220-1232 (2012).</li><li>Collinger, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-performance+neuroprosthetic+control+by+an+individual+with+tetraplegia.">High-performance neuroprosthetic control by an individual with tetraplegia.</a> The Lancet. 381 (9866), 557-564 (2013).</li><li>Lehmann, S. J., Scherberger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reach+and+gaze+representations+in+macaque+parietal+and+premotor+grasp+areas.">Reach and gaze representations in macaque parietal and premotor grasp areas.</a> Journal of Neuroscience. 33 (16), 7038-7049 (2013).</li><li>Rouse, A. G., Schieber, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+distribution+of+location+and+object+effects+in+reach-to-grasp+kinematics.">Spatiotemporal distribution of location and object effects in reach-to-grasp kinematics.</a> Journal of Neuroscience. 114 (6), 3268-3282 (2015).</li><li>Rouse, A. G., Schieber, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+Distribution+of+Location+and+Object+effects+in+Primary+Motor+Cortex+Neurons+during+Reach-to-Grasp.">Spatiotemporal Distribution of Location and Object effects in Primary Motor Cortex Neurons during Reach-to-Grasp.</a> Journal of Neuroscience. 36 (41), 10640-10653 (2016).</li><li>Hao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+synergies+for+controlling+reach+and+grasp+movement+in+macaques.">Neural synergies for controlling reach and grasp movement in macaques.</a> Neuroscience. 357, 372-383 (2017).</li><li>Takahashi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encoding+of+Both+Reaching+and+Grasping+Kinematics+in+Dorsal+and+Ventral+Premotor+Cortices.">Encoding of Both Reaching and Grasping Kinematics in Dorsal and Ventral Premotor Cortices.</a> Journal of Neuroscience. 37 (7), 1733-1746 (2017).</li><li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+behavioral+apparatus+to+combine+parameterized+reaching+and+grasping+movements+in+3D+space.">An automated behavioral apparatus to combine parameterized reaching and grasping movements in 3D space.</a> Journal of Neuroscience Methods. 312, 139-147 (2019).</li><li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+an+invasive+brain-machine+interface+with+a+monkey+model.">Development of an invasive brain-machine interface with a monkey model.</a> Chinese Science Bulletin. 57 (16), 2036 (2012).</li><li>Hao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+neural+patterns+enable+grasp+types+decoding+in+monkey+dorsal+premotor+cortex.">Distinct neural patterns enable grasp types decoding in monkey dorsal premotor cortex.</a> Journal of Neural Engineering. 11 (6), 066011 (2014).</li></ol>

Den adfærdsmæssige apparat er beskrevet her gør det muligt en retssag-Wise kombination af forskellige nå og gribe bevægelser (dvs., aben kan forstå forskelligt formede objekter i enhver vilkårlig 3D steder i hvert forsøg). Dette opnås gennem kombinationen af en brugerdefineret dreje tabel, der skifter forskellige objekter og en lineær translationel enhed, der transporterer Drejebordet til flere positioner i 3D-rum. Hertil kommer, at neurale signaler fra aben, bane af håndled, og hånd former var i stand til at...

Forskellige apparater er blevet udviklet til at studere de neurale principper underliggende nå og fatte bevægelse i ikke-menneskelige primat. I at nå opgaver, touchScreen 1,2, skærm markør styres af en joystick3,4,5,6,7, og Virtual Reality teknologi8 , 9 , 10 har alle været ansat til at præsentere 2D og 3D mål, hhv. At introducere forskellige greb typer, forskelligt formede objekter fast i en position eller roterende omkring en akse blev meget anvendt i gribe opgaver11,12,13. Et alternativ er at bruge visuelle signaler til at informere til at forstå det samme objekt med forskellige greb typer14,15,16,17. For nylig er det at nå og forstå bevægelser blevet undersøgt sammen (dvs., at emnerne når flere positioner og greb med forskellige greb typer i en eksperimentel session)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Tidlige eksperimenter har præsenteret objekter manuelt, hvilket uundgåeligt fører til lav tid og rumlig præcision20,21. For at forbedre eksperimentel præcision og spare arbejdskraft, er automatiske præsentationsenheder styret af programmer blevet meget brugt. For at variere målpositionen og grebs typen, har eksperimenterende udsat flere objekter samtidigt, men den relative (eller absolutte) position af mål og grebs typer er bundet sammen, hvilket forårsager stive affyrings mønstre gennem langvarig træning22 ,27,28. Objekter er normalt præsenteret i en 2D-plan, som begrænser mangfoldigheden af at nå bevægelse og neurale aktivitet19,25,26. For nylig er Virtual Reality24 og robot arm23,29 blevet introduceret for at præsentere objekter i 3D-rum.
Præsenteret her er detaljerede protokoller for bygning og brug af et automatiseret apparat30 , der kan opnå enhver kombination af flere målpositioner og greb typer i 3D-rum. Vi designede et drejebord til at skifte objekter og 3D translationel enhed til at transportere Drejebordet i 3D-rum. Både Drejebordet og translationel enhed drives af uafhængige motorer. I mellemtiden registreres 3D-forløbs banen for motivet håndled og neurale signaler samtidigt under hele eksperimentet. Apparatet giver en værdifuld platform for studiet af over ekstremitets funktion i rhesus-aben.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Active X-rail</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>W50-25</td>
			<td>Effective travel, 600 mm; Load, 25 kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Active Y-rail</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>W60-35</td>
			<td>Effective travel, 300 mm, Load 35 kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Active Z-rail</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>W50-25</td>
			<td>Effective travel, 500 mm; Load 25 kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bearing</td>
			<td>Taobao.com</td>
			<td>6004-2RSH</td>
			<td>Acrylic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Case</td>
			<td>Custom mechanical processing</td>
			<td>TT-C</td>
			<td>Acrylic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Connecting ring</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>57/60-W50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Connecting shaft</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>D12-700</td>
			<td>Diam., 12 mm;Length, 700 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diaphragm coupling</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>CCM 12-12</td>
			<td>Inner diam., 12-12mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diaphragm coupling</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>CCM 12-14</td>
			<td>Inner diam., 14-12mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric slip ring</td>
			<td>Semring Inc., China</td>
			<td>SNH020a-12</td>
			<td>Acrylic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Locating bar</td>
			<td>Custom mechanical processing</td>
			<td>TT-L</td>
			<td>Acrylic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motion capture system</td>
			<td>Motion Analysis Corp. US</td>
			<td>Eagle-2.36</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neural signal acquisition system</td>
			<td>Blackrock Microsystems Corp. US</td>
			<td>Cerebus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NI DAQ device</td>
			<td>National Instruments, US</td>
			<td>USB-6341</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Object</td>
			<td>Custom mechanical processing</td>
			<td>TT-O</td>
			<td>Acrylic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Passive Y-rail</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>W60-35</td>
			<td>Effective travel, 300 mm; Load 35 kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Passive Z-rail</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>W50-25</td>
			<td>Effective travel, 500 mm; Load 25 kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pedestal</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>80-W60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristaltic pump</td>
			<td>Longer Inc., China</td>
			<td>BT100-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Planetary gearhead</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>PLF60-5</td>
			<td>Flange, 60&#215;60 mm; Reduction ratio, 1:5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right triangle frame</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>290-300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotator</td>
			<td>Custom mechanical processing</td>
			<td>TT-R</td>
			<td>Acrylic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Servo motor</td>
			<td>Yifeng Inc., China</td>
			<td>60ST-M01930</td>
			<td>Flange, 60&#215;60 mm; Torque, 1.91 N&#183;m; for Y- and Z-rail</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Servo motor</td>
			<td>Yifeng Inc., China</td>
			<td>60ST-M01330</td>
			<td>Flange, 60&#215;60 mm; Torque, 1.27 N&#183;m; for X-rail</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaft</td>
			<td>Custom mechanical processing</td>
			<td>TT-S</td>
			<td>Acrylic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stepping motor</td>
			<td>Taobao.com</td>
			<td>86HBS120</td>
			<td>Flange, 86&#215;86 mm; Torque, 1.27 N&#183;m; Driving turning table</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Touch sensor</td>
			<td>Taobao.com</td>
			<td>CM-12X-5V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tricolor LED</td>
			<td>Taobao.com</td>
			<td>CK017, RGB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-shaped connecting board</td>
			<td>CCM Automation technology Inc., China</td>
			<td>110-120</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and use of an apparatus for presenting graspable objects in 3d workspace

At nå og gribe er stærkt koblede bevægelser, og deres underliggende neurale dynamik er blevet bredt undersøgt i det sidste årti. For at skelne mellem at nå og forstå kodninger er det vigtigt at præsentere forskellige objektidentiteter uafhængigt af deres positioner. Præsenteret her er designet af en automatisk apparat, der er samlet med en drejning bord og tredimensionale (3D) translationel enhed for at nå dette mål. Drejebordet skifter mellem forskellige objekter, som svarer til forskellige Grip typer, mens 3D translationel enheden transporterer Drejebordet i 3D-rum. Begge drives uafhængigt af motorer, således at målet position og objekt er kombineret vilkårligt. I mellemtiden registreres håndled og grebs typer via bevægelses Capture-systemet og berørings sensorer hhv. Desuden er repræsentative resultater, der viser succes uddannet abe ved hjælp af dette system er beskrevet. Det forventes, at dette apparat vil gøre det lettere for forskerne at studere kinematik, neurale principper og hjerne-maskine interfaces relateret til over ekstremitets funktion.

Størrelsen af apparatets komplette arbejdsområde er henholdsvis 600 mm, 300 mm og 500 mm i x-, y-og z-akser. Den maksimale belastning af 3D translationel enheden er 25 kg, mens Drejebordet (inklusive Step motoren) er vægtet 15 kg og kan transporteres med en hastighed på op til 500 mm/s. Den kinematiske præcision af 3D translationel enhed er mindre end 0,1 mm, og støjen fra apparatet er mindre end 60 dB.
For at demonstrere nytten af systemet, er aben uddannet (tidligere uddannet i en nå ...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Use of an Apparatus for Presenting Graspable Objects in 3D Workspace at JoVE.com

Design and Use of an Apparatus for Presenting Graspable Objects in 3D Workspace

Design og brug af et apparat til præsentation af objekter i 3D-arbejdsområde

Præsenteret her er en protokol til at bygge et automatisk apparat, der guider en abe til at udføre den fleksible Reach-to-fatte opgave. Apparatet kombinerer en 3D translationel enhed og drejebord til at præsentere flere objekter i en vilkårlig position i 3D-rum.

Reaching and grasping are highly-coupled movements, and their underlying neural dynamics have been widely studied in the last decade. To distinguish ...

Det neurale princip underliggende rækkevidde og forståelse er blevet undersøgt grundigt i de seneste årtier, men få enheder er blevet udviklet for at muliggøre en fleksibel kombination af begge bevægelser i en opgave. Ved at koble et brugerdefineret drejebord med en 3-dimensionel translationel enhed muliggør vores apparat en prøvevis kombination af flere positioner i 3-dimensionelle rum og forskelligt formede objekter i hver position. Vores apparat giver en værdifuld platform til at studere øvre lemmer funktion og deres underliggende neurale principper.Det kan også lette samtidig rekonstruktion af at nå og gribe bevægelser i hjernen-maskine interface. Begynd med at fastgøre to Y skinner på rammens overflade parallelt ved at fastgøre piedestalerne til den øverste overflade med skruer. Derefter forbinde to Y skinner med en forbinder aksel og to membran koblinger.Stram koblingens låsecrews for at synkronisere akslerne på de to skinner. Sæt seks møtrikker i Z-skinnens bagside og fastgør den ene side af den højre trekantsramme på bagsiden af Z-skinnen med skruer. Træk trekantsrammen til enden, der er distalt for akslen, og stram skruerne.Fastgør den anden højre trekantramme til den anden Z-skinne på samme måde. Fastgør de andre højre vinklede sider af de to trekantsrammer til skyderne på de to Y skinner med skruer. Dernæst forbinde de to Z skinner med en forbinder aksel og membran koblinger, og stram låsekæle af koblingen.Fastgør de to T-formede forbindelsestavler til bagsiden af X-skinnen med møtrikker og skruer. Træk derefter de to T-formede brædder til de to ender af X-skinnen og stram skruerne. Fastgør de to T-formede forbindelsestavler på skyderne på de to Z-skinner med skruer.Sæt steppingmotoren ind i akselhullet i gearsredaksen, og skru deres flanger sammen. Endelig skrue tilslutningsringen til akselen ende af X skinne. Sæt gearreducatorens aksel ind i koblingen, og skru gearreducatoren til tilslutningsringen.Stram koblingens låsescrew. Begynd med at placere berøringssensorerne i rillen på objekthuset, og sæt dem på de foruddefinerede berøringsområder med dobbeltklæbende tape. Før ledningerne gennem hullet i objektets bagbord og fastgør dækpladen på objekthuset med skruer.Derefter skal du passere ledningerne gennem hullerne på siderne af rotatoren, og skru objekterne på rotatoren. Lod tråden ender af touch sensorer til den roterende wire ender af den elektriske slip ring, og wrap leddene med elektrisk tape. Skru etuiet til skyderen på X-skinnen.Anstæn skal lejet i kassens nederste hul. Dernæst sætte rotator i sagen fra højre og passere ledningerne af den elektriske glide ring gennem det øverste hul i sagen. Sæt derefter metalakslen ind i lejet fra det øverste hul i sagen, og sæt akselnøglen på rotationsbåndets nøglekombination.Indstil den elektriske slråsing rundt om metalakslen. Placer enden af lokaliseringsbjælken i hakket på den elektriske slipring for at forhindre den ydre ring i at rotere. Sæt trædemotorakslen ind i metalakselhullet, og fastgør motoren på toppen af kassen med skruer.Sæt en tricolor LED på forsiden af sagen med tape. Endelig skrue højre skænk på sagen. Sæt kontroltrådene på steppingmotorer, LED og berøringssensorer i de digitale porte på et dataindsamlingsbræt.For at initialisere den 3-dimensionelle translationelle enhed og drejebordet skal du trække skyderne på alle lineære glideskinner til udgangspunktet og dreje drejebordets første genstand mod drejebordets forside. Derefter skal du indtaste koordinaterne for alle positioner i en matrix i et tekstdokument. Sørg for, at hver række indeholder X-, Y- og Z-koordinaterne for en position, der er adskilt med et mellemrum, og gem derefter dokumentet.Åbn derefter paradigmesoftwaren, klik derefter på Åbn fil i panelet Pulje, og vælg tekstdokumentet for at indlæse præsentationspositionerne i paradigmesoftwaren. Kontroller de objekter, der præsenteres i eksperimentet i paradigmesoftwarens objektpulje. Juster derefter de eksperimentelle parametre i panelet Tidsparametre i paradigmesoftwaren.Angiv oprindelig plan til 400 millisekunder, MotorKørsel er lig med 2000 millisekunder, Planlægning er lig med 1000 millisekunder, max reaktionstid er lig med 500 millisekunder, max rækkeviddetid er lig med 1000 millisekunder, min Hold-tid er lig med 500 millisekunder, belønning er lig med 60 millisekunder, og Error Cue er lig med 1000 millisekunder. Derefter fastgøres abestolen til aluminiumskonstruktionsrammen. Fastgør tre reflekterende markører for enden af armen med dobbeltsidet tape.Sørg for, at de tre mærker danner en skalatrekant. Klik derefter på Kør i paradigmesoftwaren for at starte opgaven. Klik på RECORD-knappen på motion capture panel af Cortex software til at registrere baner af de tre markører i 60 sekunder, når aben gør opgaven.Klik på KNAPPEN STOP for at afslutte eksperimentet. Byg en sporingsskabelon af de tre mærker på softwaren ved hjælp af de registrerede baner, og gem skabelonen. Derefter forbinde jorden wire af den forreste ende forstærker til jorden af mikroelektrode array, som er implanteret i den motoriske cortex af aben.Sæt hovedfaserne ind i mikroelektrodearrayets stik. Åbn centralsoftwaren fra neurale signalopkøbssystem. Åbn synkroniseringssoftwaren.Klik på de tre forbindelsesknapper i Cerebus-, Motion Capture- og Paradigm-panelerne for at forbinde synkroniseringssoftwaren med det neurale signalopsamlingssystem, motion capture-systemet og paradigmesoftwaren. Endelig skal du klikke på knappen Kør i paradigmesoftwaren for at starte opgaven igen, efterfulgt af knappen Optag på fillagringspanelet i den centrale software for at begynde at optage de neurale signaler. Tjek den gemte sporingsskabelon, og klik på record-knappen på motion capture-panelet i Cortex-softwaren for at begynde at registrere abens håndleds bane.Håndleddets bane i den nånde fase i alle vellykkede forsøg blev udvundet og opdelt i otte grupper baseret på målpositioner. Enderne af otte grupper af bane danner en kasseformet, som har samme størrelse som den foruddefinerede kasseformet arbejdsområde. Her viser peristimulus tid histogram to eksempel neuroner tuning både nå position og objekter er vist.Neuron på toppen viser signifikant selektivitet under de nå- og holdefaser. Mens neuron på bunden begynder at tune positioner og objekter fra midten af motorløb fase. Da paradigmesoftwaren ikke kunne aflæse motorernes positioner, er det vigtigt at initialisere drejebordet og oversættelsesenheden før hver session.For at få fuld kontrol over, hvornår motivet kunne se målobjektet og dets position, kan der monteres et omskifteligt glas foran apparatet. Ved at bruge vores apparat, er det nu muligt at studere den neurale interaktion mellem at nå og forstå bevægelser, som kan bidrage til samtidig afkode rækkevidde bane og greb typer.

Research

JoVE Journal

Behavior

Transferring Cognitive Tasks Between Brain Imaging Modalities: Implications for Task Design and Results Interpretation in fMRI Studies

Overførsel af kognitive opgaver Mellem Brain afbildningsmodaliteter: Betydning for Task Design og resultater tolkning i fMRI studier

As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm ...

Assessment of Murine Exercise Endurance Without the Use of a Shock Grid: An Alternative to Forced Exercise

Vurdering af murine Motion Endurance uden brug af et chok Grid: Et alternativ til tvungen Motion

Using laboratory mouse models, the molecular pathways responsible for the metabolic benefits of endurance exercise are beginning to be defined. The most ...

Design and Implementation of an fMRI Study Examining Thought Suppression in Young Women with, and At-risk, for Depression

Design og implementering af en fMRI undersøgelse af, Troede Suppression i Unge Piger med, og At-risiko, for depression

Ruminative brooding is associated with increased vulnerability to major depression. Individuals who regularly ruminate will often try to reduce the ...

An Automated T-maze Based Apparatus and Protocol for Analyzing Delay- and Effort-based Decision Making in  Free Moving Rodents

En automatiseret T-maze baseret apparat og protokollen til at analysere forsinkelse - og indsats-baserede beslutningstagning i gratis flytte gnavere

Many neurological and psychiatric patients demonstrate difficulties and/or deficits in decision making. Rodent models are helpful to produce a deeper ...

3D Kinematic Gait Analysis for Preclinical Studies in Rodents

3D kinematisk Gait-analyse for prækliniske studier med gnavere

The utility of three-dimensional (3D) kinematic motion analysis systems is limited in rodents. Part of the reason for this inadequacy is the use of ...

A Machine Learning Approach to Design an Efficient Selective Screening of Mild Cognitive Impairment

En tilgang til maskinel indlæring for at designe en effektiv selektiv screening af mild kognitiv svækkelse

Mild cognitive impairment (MCI) is the first sign of dementia among elderly populations and its early detection is crucial in our aging societies. Common ...

Methods for Presenting Real-world Objects Under Controlled Laboratory Conditions

Metoder til præsentation af objekter i den virkelige verden under kontrollerede laboratoriebetingelser

Our knowledge of human object vision is based almost exclusively on studies in which the stimuli are presented in the form of computerized two-dimensional ...

An Inertial Measurement Unit Based Method to Estimate Hip and Knee Joint Kinematics in Team Sport Athletes on the Field

En inertiel måleenhed baseret metode til at estimere hofte- og knæled kinematik i teamsportatleter på banen

Current athlete monitoring practice in team sports is mainly based on positional data measured by global positioning or local positioning systems. The ...

Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research

Taktil vibrerende værktøjssæt og køresimuleringsplatform til kørselsrelateret forskning

Collision warning system plays a key role in the prevention of driving distractions and drowsy driving. Previous studies have proven the advantages of ...

An Assessment Method and Toolkit to Evaluate Keyboard Design on Smartphones

En vurderingsmetode og værktøjssæt til evaluering af tastaturdesign på smartphones

Keyboard input has played an essential role in human-computer interaction with a vast user base, and the keyboard design has always been one of the ...