Name: design and use of an apparatus for presenting graspable objects in 3d workspace
Uploaded: 2019-08-08T14:45:00
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Ringraziamo Shijiang Shen per i suoi consigli sulla progettazione di apparati e la signora Guihua Wang per la sua assistenza nella cura e formazione degli animali. Questo lavoro è stato sostenuto dal Programma Nazionale di Ricerca e Sviluppo della Cina (2017YFC1308501), dalla National Natural Science Foundation of China (31627802), dai Progetti Pubblici della Provincia di Università centrali.

Tutte le procedure comportamentali e chirurgiche conformate alla Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio (Ministero della Salute cinese) e sono state approvate dal Comitato per la cura degli animali presso l'Università di ehejiang, in Cina.
1.Assemblaggio del dispositivo di traslazione 3D
<ol><li>Costruire un telaio di dimensioni 920 mm x 690 mm x 530 mm con rotaie di costruzione in alluminio (sezione trasversale: 40 mm x 40 mm).</li>
	<li>Fissare quattro piedistalli alle due...

<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>

L'apparato comportamentale è descritto qui consente una combinazione di prova-saggio di diversi movimenti di raggiungendo e presa (cioè, la scimmia può afferrare oggetti di forma diversa in qualsiasi posizione 3D arbitraria in ogni prova). Ciò avviene attraverso la combinazione di una tabella di tornitura personalizzata che passa da diversi oggetti e un dispositivo di traslazione lineare che trasporta la tabella di tornitura in più posizioni nello spazio 3D. Inoltre, i segnali neurali della scimmia, la traiettoria d...

Sono stati sviluppati vari apparati per studiare i principi neurali alla base del movimento di raggiungimento e presa in primati non umani. Nel raggiungere le attività, touch screen1,2, cursore dello schermo controllato da un joystick3,4,5,6,7, e la tecnologia di realtà virtuale8 , 9 (in vie , 10 sono stati tutti impiegati per presentare obiettivi 2D e 3D, rispettivamente. Per introdurre diversi tipi di grip, oggetti di forma diversa fissati in una posizione o ruotanti intorno a un asse sono stati ampiamente utilizzati nelle attività di presa11,12,13. Un'alternativa consiste nell'utilizzare segnali visivi per informare i soggetti a cogliere lo stesso oggetto con diversi tipi di grip14,15,16,17. Più recentemente, i movimenti di raggiungimento e presa sono stati studiati insieme (cioè i soggetti raggiungono molteplici posizioni e afferrano con diversi tipi di impugnatura in una sessione sperimentale)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. I primi esperimenti hanno presentato gli oggetti manualmente, che inevitabilmente portano a basso tempo e precisione spaziale20,21. Per migliorare la precisione sperimentale e risparmiare manodopera, sono stati ampiamente utilizzati i dispositivi di presentazione automatica controllati dai programmi. Per variare la posizione di destinazione e il tipo di grip, gli sperimentatori hanno esposto più oggetti contemporaneamente, ma la posizione relativa (o assoluta) dei bersagli e i tipi di grip sono legati tra loro, il che causa modelli di cottura rigidi tramite l'addestramento a lungo termine22 ,27,28. Gli oggetti sono di solito presentati in un piano 2D, che limita la diversità di raggiungere il movimento e l'attività neurale19,25,26. Recentemente, realtà virtuale24 e braccio robot23,29 sono stati introdotti per presentare gli oggetti nello spazio 3D.
Qui sono presentati protocolli dettagliati per la costruzione e l'utilizzo di un apparato automatizzato30 che può ottenere qualsiasi combinazione di più posizioni di destinazione e tipi di grip nello spazio 3D. Abbiamo progettato un tavolo di tornitura per passare da oggetti e un dispositivo di traslazione 3D per trasportare la tabella di tornitura nello spazio 3D. Sia la tabella di tornitura che il dispositivo di traslazione sono guidati da motori indipendenti. Nel frattempo, la traiettoria 3D del polso e i segnali neurali del soggetto vengono registrati contemporaneamente durante l'esperimento. L'apparecchio fornisce una piattaforma preziosa per lo studio della funzione dell'arto superiore nella scimmia rhesus.

<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

Raggiungere e afferrare sono movimenti altamente accoppiati, e le loro dinamiche neurali sottostanti sono state ampiamente studiate nell'ultimo decennio. Per distinguere le codifiche di raggiungere e afferrare le codifiche, è essenziale presentare identità di oggetti diverse indipendentemente dalle loro posizioni. Qui è presentato il design di un apparato automatico che viene assemblato con una tabella di tornitura e un dispositivo traslazionale tridimensionale (3D) per raggiungere questo obiettivo. La tabella di tornitura consente di passare da diversi oggetti corrispondenti a diversi tipi di grip, mentre il dispositivo di traslazione 3D trasporta la tabella di tornitura nello spazio 3D. Entrambi sono guidati in modo indipendente dai motori in modo che la posizione di destinazione e l'oggetto siano combinati arbitrariamente. Nel frattempo, la traiettoria del polso e i tipi di grip vengono registrati rispettivamente tramite il sistema di acquisizione del movimento e i sensori touch. Inoltre, vengono descritti i risultati rappresentativi che dimostrano con successo la scimmia addestrata utilizzando questo sistema. Si prevede che questo apparato faciliterà i ricercatori a studiare la cinematica, i principi neurali e le interfacce cervello-macchina legate alla funzione degli arti superiori.

La dimensione dello spazio di lavoro completo dell'apparato è rispettivamente di 600 mm, 300 mm e 500 mm negli assi x, y e z. Il carico massimo del dispositivo di traslazione 3D è di 25 kg, mentre il tavolo di tornitura (compreso il motore a prua) è pesato 15 kg e può essere trasportato ad una velocità fino a 500 mm/s. La precisione cinematica del dispositivo di traslazione 3D è inferiore a 0,1 mm e il rumore dell'apparato è inferiore a 60 dB.
Per dimostrare l'utilità del sistema, la s...

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

Progettazione e utilizzo di un apparatus per la presentazione di oggetti afferbenati nell'area di lavoro 3D

Presentato qui è un protocollo per costruire un apparato automatico che guida una scimmia per eseguire il compito flessibile reach-to-grasp. L'apparecchio combina un dispositivo di traslazione 3D e una tabella di tornitura per presentare più oggetti in una posizione arbitraria nello spazio 3D.

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

Il principio neurale alla base della portata e della comprensione è stato ampiamente studiato negli ultimi decenni, tuttavia, pochi dispositivi sono stati sviluppati per consentire una combinazione flessibile di entrambi i movimenti in un'unica attività. Accoppiando un tavolo di tornitura personalizzato con un dispositivo trasmittazionale tridimensionale, il nostro apparecchio consente una combinazione sperimentale di più posizioni nello spazio tridimensionale e oggetti di forma diversa in ogni posizione. Il nostro apparato fornisce una preziosa piattaforma per studiare la funzione degli arti superiori e i loro principi neurali sottostanti.Può anche facilitare la ricostruzione simultanea dei movimenti di raggiungimento e presa nell'interfaccia cervello-macchina. Inizia fissando due guide Y sulla superficie superiore del telaio in parallelo, fissando i piedistalli alla superficie superiore con viti. Quindi, collegare due guide Y con un albero di collegamento e due attacchi a membrana.Stringere le slive di bloccaggio degli accoppiamenti per sincronizzare gli alberi delle due rotaie. Mettere sei dadi nelle scanalature posteriori della guida Z e attaccare un lato del telaio del triangolo rettangolo sul retro della rotaia Z con viti. Tirare il telaio del triangolo fino all'estremità che è distale all'albero e stringere le viti.Attaccare l'altro telaio del triangolo rettangolo all'altra rotaia Z nello stesso modo. Fissare gli altri lati angolati retto dei due telai triangolari ai cursori delle due guide Y con viti. Successivamente, collegare le due rotaie Z con un albero di collegamento e attacchi a membrana e stringere le slive di bloccaggio dell'accoppiamento.Attaccare le due schede di collegamento a forma di T sul retro della rotaia X con dadi e viti. Quindi, tirare le due tavole a forma di T alle due estremità del binario X e stringere le viti. Fissare le due schede di collegamento a forma di T sui cursori delle due guide Z con viti.Inserire il motore di passo nel foro dell'albero del riduttore di ingranaggi e avvitare le flange insieme. Infine, avvitare l'anello di collegamento all'estremità dell'albero della rotaia X. Inserire l'albero del riduttore di ingranaggi nell'accoppiamento e avvitare il riduttore dell'ingranaggio all'anello di collegamento.Stringere la svita di bloccaggio dell'accoppiamento. Inizia posizionando i sensori touch nella scanalatura del corpo dell'oggetto e attaccali alle aree di tocco predefinite con nastro a doppia lato. Passare i fili attraverso il foro del backboard dell'oggetto e fissare il coperchio sul corpo dell'oggetto con viti.Quindi, passare i fili attraverso i fori ai lati del rotatore e avvitare gli oggetti sul rotatore. Saldare le estremità del filo dei sensori a sfioramento alle estremità del filo rotante dell'anello di scorrimento elettrico e avvolgere i giunti con nastro elettrico. Avvitare la custodia sul cursore della guida X.Posizionare il cuscinetto nel foro inferiore della scatola. Quindi, mettere il rotatore nella custodia da destra e passare i fili dell'anello di scorrimento elettrico attraverso il foro superiore della custodia. Quindi, inserire l'albero metallico nel cuscinetto dal foro superiore della custodia e adattare la chiave dell'albero alla chiave del rotatore.Impostare l'anello di scorrimento elettrico attorno all'albero metallico. Posizionare l'estremità della barra di localizzazione nella tacca dell'anello di scorrimento elettrico per evitare che l'anello esterno rota. Inserire l'albero del motore di passo nel foro dell'albero metallico e fissare il motore sulla parte superiore della scatola con viti.Attaccare un LED tricolore sul lato anteriore della custodia con nastro adesivo. Infine, avvitare la credenza destra sulla custodia. Inserire i fili di controllo dei sensori stepping, LED e touch nelle porte digitali di una scheda di acquisizione dati.Per inizializzare il dispositivo di traslazione tridimensionale e la tabella di tornitura, tirare i dispositivi di scorrimento di tutte le guide di scorrimento lineari fino al punto di partenza e ruotare il primo oggetto della tabella di tornitura per affrontare il lato anteriore della tabella di tornitura. Immettere quindi le coordinate di tutte le posizioni di una matrice in un documento di testo. Assicurarsi che ogni riga includa le coordinate X, Y e Z di una posizione separata da uno spazio e quindi salvare il documento.Quindi, aprite il software paradigmatico, fate clic su Apri file nel pannello Pool e selezionate il documento di testo per caricare le posizioni di presentazione nel software paradigmatico. Controllare gli oggetti da presentare nell'esperimento nel pool di oggetti del software paradigmatico. Quindi, regolare i parametri sperimentali nel pannello Parametri tempo del software paradigmatico.Impostare la linea di base a 400 millisecondi, Motor Run è uguale a 2000 millisecondi, Planning è uguale a 1000 millisecondi, il tempo massimo di reazione è uguale a 500 millisecondi, il tempo massimo di copertura è uguale a 1000 millisecondi, il tempo di attesa minimo è uguale a 500 millisecondi, la ricompensa è uguale a 60 millisecondi e il segnale di errore è uguale a 1000 millisecondi. Quindi, fissare la sedia scimmia al telaio da costruzione in alluminio. Fissare tre marcatori riflettenti all'estremità del braccio con nastro a doppia mano.Assicurarsi che i tre marcatori formino un triangolo scaleno. Quindi, nel software paradigmatico, fare clic su Esegui per avviare l'attività. Fate clic sul tasto RECORD sul pannello motion capture del software Cortex per registrare le traiettorie dei tre marcatori per 60 secondi quando la scimmia sta eseguendo l'attività.Fate clic sul tasto STOP per terminare l'esperimento. Creare un modello di tracciamento dei tre marcatori sul software utilizzando le traiettorie registrate e salvare il modello. Quindi, collegare il filo di terra dell'amplificatore front-end al terreno dell'array di microelettrodi, che viene impiantato nella corteccia motoria della scimmia.Inserire le fasi della testa nel connettore dell'array di microelettrodi. Aprire il software Centrale del sistema di acquisizione del segnale neurale. Aprire il software di sincronizzazione.Fare clic sui tre pulsanti di connessione nei pannelli Cerebus, Motion Capture e Paradigm per collegare il software di sincronizzazione rispettivamente con il sistema di acquisizione del segnale neurale, il sistema di acquisizione del movimento e il software paradigmatico. Infine, fai clic sul pulsante Esegui del software paradigmatico per ricominciare l'attività, seguito dal pulsante Registra sul pannello Archiviazione file del software centrale per iniziare a registrare i segnali neurali. Controllare il modello di tracciamento salvato e fare clic sul pulsante RECORD sul pannello di acquisizione del movimento del software Cortex per iniziare a registrare la traiettoria del polso della scimmia.La traiettoria del polso durante la fase di raggiungimento in tutte le prove di successo è stata estratta e divisa in otto gruppi in base alle posizioni target. Le estremità di otto gruppi di traiettoria formano un cuboide, che ha le stesse dimensioni dell'area di lavoro cuboide predefinita. Qui, l'istogramma a tempo peristimolo mostra due neuroni di esempio che si sintonizzano sia raggiungendo la posizione che gli oggetti.Il neurone in alto mostra una selettività significativa durante le fasi di raggiungimento e tenuta. Mentre il neurone sul fondo inizia a sintonizzare posizioni e oggetti dal centro della fase di corsa del motore. Poiché il software paradigmatico non è stato in grado di leggere le posizioni dei motori, è essenziale inizializzare la tabella di tornitura e il dispositivo traslazionale prima di ogni sessione.Per controllare completamente quando il soggetto poteva vedere l'oggetto di destinazione e la sua posizione, un vetro commutabile poteva essere installato davanti all'apparecchio. Utilizzando il nostro apparato, è ora possibile studiare l'interazione neurale tra i movimenti di portata e presa, che può aiutare a decodificare contemporaneamente la traiettoria di portata e i tipi di presa.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Trasferimento di compiti cognitivi Tra Brain Imaging Modalità: Implicazioni per attività di disegno e interpretazione dei risultati in studi fMRI

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

Ricerca

Comportamento

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