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

We danken de heer Shijiang Shen voor zijn advies over het ontwerp van apparaten en mevrouw Guihua Wang voor haar hulp bij dierenverzorging en-training. Dit werk werd gesteund door het National Key Research and Development Program van China (2017YFC1308501), de National Natural Science Foundation of China (31627802), de openbare projecten van de provincie Zhejiang (2016C33059), en de fundamentele onderzoeksfondsen voor de Centrale universiteiten.

Alle gedrags-en chirurgische procedures aan normen voldoende aan de gids voor de verzorging en het gebruik van proefdieren (Ministerie van volksgezondheid van China) en werden goedgekeurd door het Dierenzorg Comité van de Zhejiang University, China.
1. montage van de 3D translationele inrichting
<ol><li>Bouw een frame van maat 920 mm x 690 mm x 530 mm met aluminium constructie rails (dwarsdoorsnede: 40 mm x 40 mm).</li>
	<li>Bevestig vier sokkels aan de twee uiteinden van de Y-rails met sch...

<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>

De gedrags apparatuur die hier wordt beschreven, maakt een proefsgewijze combinatie mogelijk van verschillende bereiken en grijp bewegingen (d.w.z. dat de aap verschillend gevormde objecten kan grijpen in willekeurige 3D-locaties in elke proefperiode). Dit wordt bereikt door de combinatie van een aangepaste draaitabel die verschillende objecten en een lineair translationeel apparaat wisselt dat de draaitabel naar meerdere posities in de 3D-ruimte transporteert. Bovendien, de neurale signalen van de aap, traject van pols,...

Verschillende toestellen zijn ontwikkeld om de neurale principes te bestuderen die de onderliggende beweging in niet-menselijke primaten bereiken en grijpen. Bij het bereiken van taken, touch screen1,2, schermcursor bestuurd door een joystick3,4,5,6,7, en Virtual Reality technologie8 , 9 , 10 zijn allemaal gebruikt om respectievelijk 2D-en 3D-doelen te presenteren. Om verschillende soorten grip te introduceren, werden anders gevormde objecten die in één positie zijn vastgezet of rond een as draaien, veel gebruikt in de grijp taken11,12,13. Een alternatief is om visuele aanwijzingen te gebruiken om onderwerpen te informeren om hetzelfde object te begrijpen met verschillende soorten grip14,15,16,17. Meer recentelijk zijn het bereiken en grijpen van bewegingen samen bestudeerd (d.w.z. onderwerpen bereiken meerdere posities en grijpen met verschillende soorten grip in een experimentele sessie)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Vroege experimenten hebben objecten handmatig gepresenteerd, wat onvermijdelijk leidt tot lage tijd en ruimtelijke precisie20,21. Om de experimentele precisie te verbeteren en mankracht te besparen, worden automatische presentatie apparaten die worden bestuurd door Programma's op grote schaal gebruikt. Om de doelpositie en het Grip type te variëren, hebben onderzoekers meerdere objecten tegelijk blootgelegd, maar de relatieve (of absolute) positie van doelen en de grip typen zijn aan elkaar gebonden, waardoor rigide vuur patronen door langdurige training worden veroorzaakt22 ,27,28. Objecten worden meestal gepresenteerd in een 2D-vlak, waardoor de diversiteit van het bereiken van beweging en neurale activiteit19,25,26wordt beperkt. Onlangs zijn Virtual Reality24 en robotarm23,29 geïntroduceerd om objecten in de 3D-ruimte te presenteren.
Hier zijn gedetailleerde protocollen voor het bouwen en gebruiken van een geautomatiseerd apparaat30 die elke combinatie van meerdere doel posities en grip typen in de 3D-ruimte kan bereiken. We ontwierpen een draaitafel om van objecten en 3D translationeel apparaat te wisselen om de draaitafel in de 3D-ruimte te vervoeren. Zowel de draaitafel als het translationeel apparaat worden aangestuurd door onafhankelijke motoren. Ondertussen wordt het 3D-traject van de pols-en neurale signalen van het onderwerp gelijktijdig tijdens het experiment geregistreerd. Het apparaat biedt een waardevol platform voor de studie van de bovenste ledematen functie in de rhesus Monkey.

<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

Bereiken en grijpen zijn sterk gekoppelde bewegingen en hun onderliggende neurale dynamiek is in de afgelopen tien jaar op grote schaal bestudeerd. Om het bereiken en grijpen van coderingen te onderscheiden, is het essentieel om verschillende object identiteiten te presenteren die onafhankelijk zijn van hun posities. Hier gepresenteerd is het ontwerp van een automatisch apparaat dat wordt geassembleerd met een draaitafel en driedimensionaal (3D) translationeel apparaat om dit doel te bereiken. De draaitafel schakelt verschillende objecten in die overeenkomen met verschillende soorten grip, terwijl het 3D translationeel apparaat de draaitafel in de 3D-ruimte transporteert. Beide worden onafhankelijk aangestuurd door motoren, zodat de doelpositie en het object willekeurig worden gecombineerd. Ondertussen worden het pols traject en de grip typen opgenomen via het motion capture-systeem en de aanraaksensoren. Bovendien, representatieve resultaten die aantonen succesvol getraind aap met behulp van dit systeem worden beschreven. Verwacht wordt dat dit apparaat onderzoekers zal helpen om kinematica, neurale principes en hersen-machine-interfaces met betrekking tot de bovenste ledematen functie te bestuderen.

De grootte van de volledige werkruimte van het apparaat is respectievelijk 600 mm, 300 mm en 500 mm in x-, y-en z-assen. De maximale belasting van de 3D translationele inrichting is 25 kg, terwijl de draaitafel (inclusief de opstap motor) is gewogen 15 kg en kan worden vervoerd met een snelheid van maximaal 500 mm/s. De kinematische precisie van de 3D translationele inrichting is minder dan 0,1 mm en het lawaai van het apparaat is minder dan 60 dB.
Om het nut van het systeem aan te tonen, word...

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

Ontwerp en gebruik van een apparaat voor het presenteren van grijpbare objecten in 3D-werkruimte

Hier wordt een protocol voorgesteld om een automatisch apparaat te bouwen dat een aap begeleidt om de flexibele REACH-to-grasp-taak uit te voeren. Het apparaat combineert een 3D translationeel apparaat en draaitafel om meerdere objecten in een willekeurige positie in de 3D-ruimte te presenteren.

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

Het neurale principe dat ten grondslag ligt aan bereik en greep is de afgelopen decennia uitgebreid bestudeerd, maar er zijn maar weinig apparaten ontwikkeld om een flexibele combinatie van beide bewegingen in één taak mogelijk te maken. Door een aangepaste draaitafel te koppelen aan een 3-dimensionaal translationeel apparaat, maakt ons apparaat een proefwijze combinatie van meerdere posities in de 3-dimensionale ruimte en verschillend gevormde objecten in elke positie mogelijk. Ons apparaat biedt een waardevol platform om de functie van de bovenste ledematen en hun onderliggende neurale principes te bestuderen.Het kan ook vergemakkelijken gelijktijdige reconstructie van het bereiken en grijpen van bewegingen in de hersenen-machine-interface. Begin met het bevestigen van twee Y-rails op het bovenste oppervlak van het frame parallel, door het vastzetten van de sokkels aan het bovenste oppervlak met schroeven. Sluit vervolgens twee Y-rails aan met een verbindingsschacht en twee membraankoppelingen.Draai de sloten van de koppelingen aan om de assen van de twee rails te synchroniseren. Doe zes moeren in de ruggroeven van de Z-rail en bevestig één kant van het rechter driehoeksframe met schroeven aan de achterkant van de Z-rail. Trek het driehoeksframe naar het uiteinde dat distaal is aan de schacht en draai de schroeven aan.Bevestig het andere rechter driehoeksframe op dezelfde manier aan de andere Z-rail. Bevestig de andere haakse zijkanten van de twee driehoek frames aan de schuifregelaars van de twee Y rails met schroeven. Sluit vervolgens de twee Z-rails aan met een verbindingsschacht en membraankoppelingen en draai de sloten van de koppeling aan.Bevestig de twee T-vormige verbindingsplaten met moeren en schroeven aan de achterkant van de X-rail. Trek vervolgens de twee T-vormige planken aan de twee uiteinden van de X-rail en draai de schroeven aan. Bevestig de twee T-vormige verbindingsborden met schroeven op de schuifregelaars van de twee Z-rails.Steek de stapmotor in het asgat van de tandwielverkleiner en schroef hun flenzen aan elkaar. Verknal ten slotte de verbindingsring aan het schachteinde van de X-rail. Steek de as van de tandwielverkleiner in de koppeling en schroef de tandwielverkleiner naar de verbindingsring.Draai de slotenschrouwen van de koppeling aan. Begin met het plaatsen van de aanraaksensoren in de groef van het objectlichaam en plak ze op de vooraf gedefinieerde aanraakgebieden met dubbelzijdige tape. Geef de draden door het gat van het object backboard en bevestig het coverboard op het object lichaam met schroeven.Ga vervolgens de draden door de gaten aan de zijkanten van de rotator en schroef de objecten op de rotator. Soldeer de draadeinden van de aanraaksensoren aan de roterende draadeinden van de elektrische slipring en wikkel de gewrichten met elektrische tape. Schroef de behuizing aan de schuifregelaar van de X-rail.Plaats het lager in het onderste gat van de doos. Plaats vervolgens de rotator in de behuizing vanaf rechts en passeer de draden van de elektrische slipring door het bovenste gat van de behuizing. Steek vervolgens de metalen schacht in het lager vanaf het bovenste gat van de behuizing en plaats de schachtsleutel op de sleutel van de rotator.Plaats de elektrische slipring rond de metalen as. Plaats het uiteinde van de lokbalk in de inkeping van de elektrische slipring om te voorkomen dat de buitenste ring draait. Steek de stepping motor as in de metalen as gat, en bevestig de motor op de bovenkant van de doos met schroeven.Plak een driekleurige LED op de voorkant van de behuizing met tape. Tot slot, schroef het rechter dressoir op de zaak. Plaats de bedieningsdraden van stepping motors, LED en aanraaksensoren in de digitale poorten van een data acquisition board.Als u het driedimensionale translationele apparaat en de draaitafel wilt initialiseren, trekt u de schuifregelaars van alle lineaire schuifrails naar het beginpunt en draait u het eerste object van de draaitafel naar de voorzijde van de draaitafel. Voer vervolgens de coördinaten van alle posities in een matrix in een tekstdocument in. Zorg ervoor dat elke rij de coördinaten X, Y en Z bevat van één positie die is gescheiden met een spatie en sla het document op.Open vervolgens de paradigmasoftware, klik op Bestand openen in het deelvenster Groep en selecteer het tekstdocument om de presentatieposities in de paradigmasoftware te laden. Controleer de objecten die in het experiment worden weergegeven in de objectpool van de paradigmasoftware. Pas vervolgens de experimentele parameters aan in het deelvenster Tijdparameters van de paradigmasoftware.Stel basislijn in op 400 milliseconden, Motor Run is gelijk aan 2000 milliseconden, Planning is gelijk aan 1000 milliseconden, maximale reactietijd is gelijk aan 500 milliseconden, maximale bereikstijd is gelijk aan 1000 milliseconden, min Hold Time is gelijk aan 500 milliseconden, Beloning is gelijk aan 60 milliseconden en Error Cue is gelijk aan 1000 milliseconden. Bevestig vervolgens de apenstoel op het aluminium constructieframe. Bevestig drie reflecterende markeringen aan het einde van de arm met dubbelzijdige tape.Zorg ervoor dat de drie markeringen een schaaldriehoek vormen. Klik vervolgens in de paradigmasoftware op Uitvoeren om de taak te starten. Klik op de knop RECORD op het motion capture-paneel van de Cortex-software om de trajecten van de drie markeringen gedurende 60 seconden vast te leggen wanneer de aap de taak uitvoert.Klik op de knop STOPPEN om het experiment te beëindigen. Maak een trackingsjabloon van de drie markeringen op de software met behulp van de opgenomen trajecten en sla de sjabloon op. Sluit vervolgens de gronddraad van de front-endversterker aan op de grond van de micro-elektroachte array, die is geïmplanteerd in de motorische cortex van de aap.Plaats de hoofdstadia in de connector van de micro-elektrodenarray. Open de centrale software van het neurale signaalaanwinstsysteem. Open de synchronisatiesoftware.Klik op de drie connect knoppen in de Cerebus, Motion Capture en Paradigm panelen om de synchronisatie software te verbinden met de neurale signaal acquisitie systeem, motion capture systeem, en het paradigma software respectievelijk. Klik tot slot op de knop Uitvoeren van de paradigmasoftware om de taak opnieuw te starten, gevolgd door de knop Opnemen op het paneel Bestandsopslag van de centrale software om te beginnen met het opnemen van de neurale signalen. Controleer de opgeslagen tracking sjabloon en klik op de KNOP RECORD op de motion capture paneel van de Cortex software om te beginnen met het opnemen van de baan van de pols van de aap.Het traject van de pols tijdens de bereikende fase in alle succesvolle proeven werd geëxtraheerd en verdeeld in acht groepen op basis van doelposities. De uiteinden van acht groepen trajectvormen een cuboïde, die dezelfde grootte heeft als de vooraf gedefinieerde cuboïde werkruimte. Hier toont het peristimulus tijd histogram twee voorbeeldneuronen die zowel het bereiken van positie afstemmen als objecten worden getoond.Het neuron aan de bovenkant toont significante selectiviteit tijdens het bereiken en vasthouden van fasen. Terwijl het neuron aan de onderkant begint te stemmen posities en objecten uit het midden van de motor run fase. Omdat de paradigmasoftware de posities van motoren niet kon lezen, is het essentieel om de draaitabel en het translationele apparaat voor elke sessie te initialiseren.Om volledig te controleren wanneer het onderwerp het doelobject en zijn positie kon zien, kon een schakelbaar glas voor het apparaat worden geïnstalleerd. Door gebruik te maken van ons apparaat, is het nu haalbaar om de neurale interactie tussen het bereiken en grijpen bewegingen te bestuderen, die kunnen helpen om tegelijkertijd het bereik traject en de grip types te decoderen.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Het overbrengen van cognitieve taken tussen Brain beeldvorming: implicaties voor de taak een ontwerp en Interpretatie van resultaten in fMRI Studies

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

Beoordeling van Muriene Oefening Endurance zonder het gebruik van een Shock Grid: Een alternatief voor Forced Exercise

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

Ontwerp en implementatie van een fMRI studie naar Dacht Onderdrukking in jonge vrouwen met en At-risico, voor depressie

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

Een geautomatiseerde T-maze op basis van apparatuur en Protocol voor het analyseren van de vertraging en inspanning-gebaseerde besluitvorming in gratis verplaatsen knaagdieren

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 kinematische Gait-analyse voor preklinische studies bij knaagdieren

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

Een machine learning-benadering voor het ontwerpen van een efficiënte selectieve screening van milde cognitieve stoornissen

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

Methoden voor het presenteren van Real-World objecten onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden

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

Een traagheidsmetingseenheid gebaseerde methode om heup- en kniegewrichtskinematica in teamsporters op het veld te schatten

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

Tactiele vibrerende toolkit en rijsimulatieplatform voor rijgerelateerd onderzoek

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

Een beoordelingsmethode en toolkit om toetsenbordontwerp op smartphones te evalueren

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 ...