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 hennes hjelp med dyr omsorg og opplæring. Dette arbeidet ble støttet av National Key forsknings-og utviklings program i Kina (2017YFC1308501), National Natural Science Foundation i Kina (31627802), den offentlige prosjekter i Zhejiang-provinsen (2016C33059), og de grunnleggende forskningsmidler for Sentrale universiteter.

Alle atferdsmessige og kirurgiske prosedyrer likedannet til guide for omsorg og bruk av laboratorium Animals (Kina Helsedepartementet) og ble godkjent av Animal Care Committee ved Zhejiang University, Kina.
1. montere 3D translational-enheten
<ol><li>Bygg en ramme av størrelse 920 mm x 690 mm x 530 mm med aluminiumskonstruksjon skinner (tverrsnitt: 40 mm x 40 mm).</li>
	<li>Sikre fire sokler til de to endene av Y-skinnene med skruer (M4) (figur 1B).</li>
	<li>F...

<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>

Det opptreden apparater er beskrevet her over setter i forbindelse med en prøve-klok kombinasjonen av annerledes rekkevidde og griper bevegelser (i.e., det apekatt kanne begripe annerledes formet emner dersom noe vilkårlig 3D plasseringene inne hver prøve). Dette oppnås gjennom kombinasjonen av en tilpasset snu tabell som bytter forskjellige objekter og en lineær translational enhet som transporterer snu tabellen til flere posisjoner i 3D-rom. I tillegg er det nevrale signaler fra ape, bane av håndleddet, og hånd ...

Ulike apparater har blitt utviklet for å studere neural prinsipper underliggende nå og fatte bevegelse i ikke-menneskelige primater. I å nå oppgaver, berøringsskjerm1,2, skjerm markør styrt av en joystick3,4,5,6,7og Virtual Reality-teknologi8 , 9 andre priser , 10 har alle vært ansatt for å presentere 2D og 3D mål, henholdsvis. Å innføre ulike grep typer, ulikt formede objekter fast i en posisjon eller roterende rundt en akse ble mye brukt i fatte oppgaver11,12,13. Et alternativ er å bruke visuelle stikkord for å informere om å ta tak i det samme objektet med forskjellige grep typer14,15,16,17. Mer nylig har nå og gripe bevegelser blitt studert sammen (dvs. nå flere posisjoner og forstå med ulike grep typer i en eksperimentell økt)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Tidlige eksperimenter har presentert objekter manuelt, noe som uunngåelig fører til lav tid og romlig presisjon20,21. For å forbedre eksperimentell presisjon og lagre arbeidskraft, har automatisk presentasjons enheter styrt av programmer blitt mye brukt. For å variere målposisjonen og grep typen, har forskere eksponert flere objekter samtidig, men den relative (eller absolutte) plasseringen av mål og grep typene er bundet sammen, noe som fører til stive skyte mønstre gjennom lang tids trening22 ,27,28. Objekter er vanligvis presentert i et 2D-plan, som begrenser mangfoldet av nå bevegelse og nevrale aktivitet19,25,26. Nylig har Virtual Reality24 og robot arm23,29 blitt innført for å presentere objekter i 3D-rom.
Presentert her er detaljerte protokoller for å bygge og bruke et automatisert apparat30 som kan oppnå en kombinasjon av flere målposisjoner og grep typer i 3D-rom. Vi designet en snu tabellen for å bytte objekter og 3D translational enhet for å transportere snu bordet i 3D-rom. Både dreiebordet og translational enheten drives av uavhengige motorer. I mellomtiden er 3D-banen for motivet håndleddet og nevrale signaler registrert samtidig gjennom eksperimentet. Apparatet gir en verdifull plattform for studiet av øvre lem funksjon i rhesus ape.

<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

Nå og fatte er høyt sammenkoblede bevegelser, og deres underliggende nevrale dynamikk har blitt mye studert i det siste tiåret. For å skille rekkevidde og gripe kodinger er det viktig å presentere ulike objekt identiteter uavhengig av deres posisjoner. Presentert her er utformingen av et automatisk apparat som er montert med et vende bord og tredimensjonal (3D) translational enhet for å oppnå dette målet. Snu tabellen skifter forskjellige objekter som tilsvarer forskjellige grep typer mens 3D translational enheten transporterer snu bordet i 3D-rom. Begge drives uavhengig av motorer, slik at målet posisjon og objektet er kombinert vilkårlig. I mellomtiden er håndleddet bane og grep typer registrert via motion capture-systemet og touch sensorer, henholdsvis. Videre representative resultater som demonstrerer vellykket trent ape bruker dette systemet er beskrevet. Det er forventet at dette apparatet vil lette forskere til å studere kinematikk, nevrale prinsipper, og hjerne-maskin-grensesnitt knyttet til øvre lem funksjon.

Størrelsen på hele arbeidsområdet til apparatet er 600 mm, 300 mm, og 500 mm i henholdsvis x-, y-og z-akser. Den maksimale belastningen på 3D translational-enheten er 25 kg, mens dreiebordet (inkludert trå motoren) er vektet 15 kg og kan transporteres med en hastighet på opptil 500 mm/s. Den Kinematisk presisjonen til 3D translational-enheten er mindre enn 0,1 mm, og støyen fra apparatet er mindre enn 60 dB.
For å demonstrere nytten av systemet, er apen trent (tidligere trent 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 bruk av et apparat for å presentere håndgripelig objekter i 3D Workspace

Presentert her er en protokoll for å bygge en automatisk apparat som veileder en ape til å utføre fleksibel rekkevidde-til-tak oppgave. Apparatet kombinerer en 3D translational enhet og snu bordet for å presentere flere objekter i en vilkårlig posisjon i 3D-rom.

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

Det nevrale prinsippet underliggende rekkevidde og forståelse har blitt studert mye de siste tiårene, men få enheter er utviklet for å muliggjøre en fleksibel kombinasjon av begge bevegelsene i en oppgave. Ved å koble sammen et egendefinert snubord med en 3-dimensjonal translasjonell enhet, muliggjør apparatet vårt en prøvemessig kombinasjon av flere posisjoner i 3-dimensjonalt rom, og forskjellige formede objekter i hver posisjon. Vårt apparat gir en verdifull plattform for å studere øvre lem funksjon og deres underliggende nevrale prinsipper.Det kan også legge til rette for samtidig rekonstruksjon av å nå og gripe bevegelser i hjerne-maskin-grensesnitt. Begynn med å feste to Y-skinner på den øverste overflaten av rammen parallelt, ved å feste pidestallene til toppoverflaten med skruer. Deretter kobler du to Y-skinner med en tilkoblingskaft og to membrankoblinger.Stram låseskruene på koblingene for å synkronisere akslene på de to skinnene. Sett seks muttere i baksporene på Z-skinnen og fest den ene siden av høyre trekantramme til baksiden av Z-skinnen med skruer. Trekk trekantrammen til enden som er distal til akselen og stram skruene.Fest den andre høyre trekantrammen til den andre Z-skinnen på samme måte. Fest de andre rettvinklede sidene av de to trekantrammene til glidebryterne på de to Y-skinnene med skruer. Deretter kobler du de to Z-skinnene til en tilkoblingskaft og membrankoblinger, og strammer låseskruene på koblingen.Fest de to T-formede tilkoblingsplatene på baksiden av X-skinnen med muttere og skruer. Trekk deretter de to T-formede brettene til de to endene av X-skinnen og stram til skruene. Fest de to T-formede tilkoblingsplatene på glidebryterne på de to Z-skinnene med skruer.Sett tråkkemotoren inn i akselhullet på girreduksjonen, og skru flensene sammen. Skru til slutt tilkoblingsringen til akselenden på X-skinnen. Sett akselen på girreduksjonen inn i koblingen, og skru girreduksjonen til tilkoblingsringen.Trekk til låseskruen på koblingen. Begynn med å plassere berøringssensorene i sporet på objektkroppen og fest dem på de forhåndsdefinerte berøringsområdene med dobbeltsidig tape. Før ledningene gjennom hullet på objektets bakplate og fest dekkbrettet på objektlegemet med skruer.Deretter passerer ledningene gjennom hullene på sidene av rotatoren, og skrur gjenstandene på rotatoren. Lodde ledningen ender av berøringssensorene til de roterende ledningene på den elektriske slip ring, og pakk leddene med elektrisk tape. Skru saken til glidebryteren på X-skinnen.Plasser lageret i det nederste hullet i esken. Deretter legger du rotatoren inn i saken fra høyre og passerer ledningene til den elektriske slipringen gjennom det øverste hullet i saken. Sett deretter metallakselen inn i lageret fra det øverste hullet i etuiet, og monter akselnøkkelen til roterens nøkkelvei.Still inn den elektriske slipringen rundt metallakselen. Plasser enden av lokaliseringsstangen i hakket på den elektriske slipringen for å hindre at den ytre ringen roterer. Sett stepping motorakselen inn i metallakselhullet, og fest motoren på toppen av esken med skruer.Fest en tricolor LED på forsiden av saken med tape. Til slutt skrur du høyre sidebord på saken. Sett inn kontrollledningene til stepping motorer, LED og berøringssensorer i de digitale portene på et datainnsamlingskort.Hvis du vil initialisere den 3-dimensjonale oversettelsesenheten og dreiebordet, trekker du glidebryterne på alle lineære glideskinner til startpunktet og vrir det første objektet i dreiebordet for å vende forsiden av dreiebordet. Deretter skriver du inn koordinatene for alle posisjoner i en matrise i et tekstdokument. Kontroller at hver rad inneholder X-, Y- og Z-koordinatene for én posisjon atskilt med et mellomrom, og lagre deretter dokumentet.Deretter åpner du paradigmeprogramvaren, klikker Åpne fil i Utvalg-panelet og velger tekstdokumentet for å laste presentasjonsposisjonene inn i paradigmeprogramvaren. Sjekk objektene som presenteres i eksperimentet i Objektpool av paradigmeprogramvaren. Deretter justerer du de eksperimentelle parametrene i Time Parameters-panelet i paradigmeprogramvaren.Sett baseline på 400 millisekunder, Motor Run tilsvarer 2000 millisekunder, Planlegging tilsvarer 1000 millisekunder, maksimal reaksjonstid tilsvarer 500 millisekunder, maksimal reach time tilsvarer 1000 millisekunder, min Hold Time tilsvarer 500 millisekunder, Belønning tilsvarer 60 millisekunder, og Feil Cue tilsvarer 1000 millisekunder. Deretter fikse apestolen til aluminiumkonstruksjonsrammen. Fest tre reflekterende markører på enden av armen med dobbeltsidig tape.Kontroller at de tre markørene danner en skalert trekant. Deretter klikker du Kjør i paradigmeprogramvaren for å starte oppgaven. Klikk på RECORD-knappen på motion capture-panelet i Cortex-programvaren for å registrere banene til de tre markørene i 60 sekunder når apen gjør oppgaven.Klikk på STOPP-knappen for å avslutte eksperimentet. Bygg en sporingsmal for de tre markørene på programvaren ved hjelp av de registrerte banene og lagre malen. Deretter kobler du jordledningen på forsideforsterkeren til bakken av mikroelektrorodarrayet, som implanteres i apens motorcortex.Sett hodestadiene inn i kontakten på mikroelektrodarrayen. Åpne Den sentrale programvaren til det nevrale signaloppkjøpssystemet. Åpne synkroniseringsprogramvaren.Klikk på de tre tilkoblingsknappene i Cerebus-, Motion Capture- og Paradigm-panelene for å koble synkroniseringsprogramvaren til henholdsvis neural signaloppkjøpssystem, bevegelsesopptakssystem og paradigmeprogramvaren. Til slutt klikker du kjør-knappen i paradigmeprogramvaren for å starte oppgaven på nytt, etterfulgt av Record-knappen på Fillagring-panelet i den sentrale programvaren for å begynne å registrere nevrale signaler. Sjekk den lagrede sporingsmalen og klikk på RECORD-knappen på bevegelsesopptakspanelet i Cortex-programvaren for å begynne å registrere banen til apens håndledd.Banen til håndleddet under den nånde fasen i alle vellykkede studier ble hentet ut og delt inn i åtte grupper basert på målposisjoner. Endene av åtte grupper av bane danner en cuboid, som har samme størrelse som det forhåndsdefinerte cuboid arbeidsområdet. Her viser peristimulus tid histogram to eksempel nevroner tuning både nå posisjon og objekter vises.Nevronen på toppen viser betydelig selektivitet under når og holder faser. Mens nevronen på bunnen begynner å justere posisjoner og objekter fra midten av motorens kjørefase. Siden paradigmeprogramvaren ikke kunne lese motorenes posisjoner, er det viktig å initialisere dreiebordet og den translasjonelle enheten før hver økt.For å kontrollere når motivet kunne se målobjektet og dens posisjon, kan et omtakbart glass monteres foran apparatet. Ved å bruke apparatet vårt er det nå mulig å studere det nevrale samspillet mellom å nå og forstå bevegelser, noe som kan bidra til å samtidig dekode rekkeviddebanen og grepstypene.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Overføre kognitive oppgaver mellom hjernebildediagnostikk: Konsekvenser for Task Design og tolking av resultatene 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 av Murint trening utholdenhet uten bruk av et sjokk Grid: Et alternativ til Tvungen 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

Design og implementering av en fMRI studie som undersøker Trodde Suppression i Unge kvinner med, og på risiko, for depresjon

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 automatisert T-maze basert apparater og protokollen for å analysere forsinkelser og innsats-baserte beslutningsprosesser i gratis flytte gnagere

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 gange analyse for prekliniske studier i gnagere

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 maskin lærings tilnærming for å designe en effektiv selektiv screening av mild kognitiv svekkelse

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 for å presentere Real-World objekter under kontrollerte laboratorieforhold

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 inertial måleenhet basert metode for å estimere hofte- og kneledd kinematikk i team sport idrettsutøvere på feltet

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 verktøykasse og kjøresimuleringsplattform for kjørerelatert 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 verktøykasse for å evaluere tastaturdesign på smarttelefoner

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 ...