Name: design and use of an apparatus for presenting graspable objects in 3d workspace
Uploaded: 2019-08-08T14:45:00
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Agradecemos ao Sr. Shijiang Shen por seu Conselho sobre o design de aparelhos e a Sra. GUIHUA Wang por sua assistência com cuidados com animais e treinamento. Este trabalho foi apoiado pelo programa-chave nacional de pesquisa e desenvolvimento da China (2017YFC1308501), a Fundação Nacional de ciência natural da China (31627802), os projetos públicos da província de Zhejiang (2016C33059), e os fundos de pesquisa fundamentais para o Universidades centrais.

Todos os procedimentos comportamentais e cirúrgicos conformados com o guia para o cuidado e uso de animais de laboratório (Ministério da saúde da China) e foram aprovados pelo Comitê de cuidados com animais na Universidade de Zhejiang, China.
1. montagem do dispositivo translacional 3D
<ol><li>Construir um quadro de tamanho 920 mm x 690 mm x 530 mm com trilhos de construção em alumínio (secção transversal: 40 mm x 40 mm).</li>
	<li>Fixe quatro pedestais nas duas extremidades dos tr...

<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>

O aparelho comportamental é descrito aqui permite uma combinação de julgamento de diferentes movimentos de alcance e agarramento (ou seja, o macaco pode agarrar objetos de forma diferente em qualquer locais arbitrários em 3D em cada julgamento). Isto é conseguido através da combinação de uma tabela de giro feita encomenda que comuta objetos diferentes e um dispositivo translacional linear que transporte a tabela de giro às posições múltiplas no espaço 3D. Além disso, os sinais neurais do macaco, trajetória...

Vários aparelhos foram desenvolvidos para estudar os princípios neurais subjacentes ao alcance e apreensão do movimento em primatas não humanos. Em alcançar tarefas, tela de toque1,2, cursorde tela controlado por um joystick3,4,5,6,7e tecnologia de realidade virtual8 , 9 anos de , 10 foram todos empregados para apresentar alvos 2D e 3D, respectivamente. Para introduzir diferentes tipos de aderência, os objetos de forma diferente fixados em uma posição ou girando em torno de um eixo foram amplamente utilizados nas tarefas de apreensão11,12,13. Uma alternativa é usar dicas visuais para informar os sujeitos a compreenderem o mesmo objeto com diferentes tipos de aderência14,15,16,17. Mais recentemente, os movimentos de alcance e apreensão têm sido estudados em conjunto (ou seja, os sujeitos atingem múltiplas posições e agarram-se com diferentes tipos de aderência em uma sessão experimental)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Experimentos precoces têm apresentado objetos manualmente, o que inevitavelmente leva ao baixo tempo e à precisão espacial20,21. Para melhorar a precisão experimental e economizar mão de obra, dispositivos de apresentação automática controlados por programas têm sido amplamente utilizados. Para variar a posição de destino e o tipo de aderência, os experimentadores têm exposto vários objetos simultaneamente, mas a posição relativa (ou absoluta) dos alvos e os tipos de aderência são vinculados, o que causa padrões rígidos de queima por meio de treinamento de longo prazo22 ,27,28. Os objetos são geralmente apresentados em um plano 2D, o que limita a diversidade de alcance do movimento e atividade neural19,25,26. Recentemente, a realidade virtual24 e o braço do robô23,29 foram introduzidos para apresentar objetos no espaço 3D.
Apresentamos aqui os protocolos detalhados para a construção e utilização de um aparelho automatizado30 que pode atingir qualquer combinação de múltiplas posições alvo e tipos de aderência no espaço 3D. Nós projetamos uma tabela de giro para comutar objetos e o dispositivo translacional 3D para transportar a tabela de giro no espaço 3D. A tabela de giro e o dispositivo translacional são conduzidos por motores independentes. Enquanto isso, a trajetória 3D do pulso do sujeito e os sinais neurais são gravados simultaneamente durante todo o experimento. O aparelho fornece uma valiosa plataforma para o estudo da função do membro superior no macaco 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

Alcançar e agarrar são movimentos altamente acoplados, e sua dinâmica neural subjacente tem sido amplamente estudada na última década. Para distinguir as codificações de alcance e apreensão, é essencial apresentar diferentes identidades de objetos independentemente de suas posições. É apresentado aqui o projeto de um instrumento automático que seja montado com uma tabela de giro e um dispositivo translacional tridimensional (3D) para conseguir este objetivo. A tabela de giro alterna objetos diferentes correspondentes a diferentes tipos de aderência, enquanto o dispositivo translacional 3D transporta a tabela de giro no espaço 3D. Ambos são conduzidos independentemente pelos motores de modo que a posição e o objeto do alvo sejam combinados arbitrariamente. Enquanto isso, a trajetória do punho e os tipos de aderência são gravados através do sistema de captura de movimento e sensores de toque, respectivamente. Além disso, os resultados representativos que demonstram com sucesso o macaco treinado usando este sistema são descritos. Espera-se que este aparelho facilite pesquisadores para estudar a cinemática, os princípios neurais e as interfaces cérebro-máquina relacionadas à função do membro superior.

O tamanho do espaço de trabalho completo do aparelho é de 600 mm, 300 mm e 500 mm em eixos x, y e z, respectivamente. A carga máxima do dispositivo translacional 3D é 25 quilogramas, quando a tabela de giro (que inclui o motor de piso) for ponderada 15 quilogramas e puder ser transportada em uma velocidade de até 500 mm/s. A precisão cinemática do dispositivo translacional 3D é inferior a 0,1 mm e o ruído do aparelho é inferior a 60 dB.
Para demonstrar a utilidade do sistema, o macac...

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

Design e uso de um aparelho para apresentação de objetos Graspable no espaço de trabalho 3D

Aqui apresentamos um protocolo para construir um aparelho automático que orienta um macaco para realizar a tarefa flexível de alcance-a-agarrar. O aparelho combina um dispositivo de translação 3D e uma tabela de giro para apresentar vários objetos em uma posição arbitrária no espaço 3D.

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

O princípio neural subjacente ao alcance e a compreensão tem sido estudado extensivamente nas últimas décadas, no entanto, poucos dispositivos foram desenvolvidos para permitir uma combinação flexível de ambos os movimentos em uma única tarefa. Ao acoplar uma mesa giratória personalizada com um dispositivo translacional tridimensional, nosso aparelho permite uma combinação experimental de múltiplas posições em espaço tridimensional e objetos de forma diferente em cada posição. Nosso aparelho fornece uma plataforma valiosa para estudar a função do membro superior e seus princípios neurais subjacentes.Também pode facilitar a reconstrução simultânea de movimentos de alcance e apreensão na interface cérebro-máquina. Comece fixando dois trilhos Y na superfície superior da estrutura em paralelo, fixando os pedestais à superfície superior com parafusos. Em seguida, conecte dois trilhos Y com um eixo de conexão e dois acoplamentos de diafragma.Aperte as barras dos acoplamentos para sincronizar os eixos dos dois trilhos. Coloque seis porcas nas ranhuras traseiras do trilho Z e conecte um lado da moldura do triângulo direito na parte de trás do trilho Z com parafusos. Puxe a estrutura do triângulo para a extremidade que é distal para o eixo e aperte os parafusos.Conecte o outro quadro do triângulo retângulo ao outro trilho Z da mesma forma. Fixar os outros lados angulares dos dois quadros de triângulo nos controles deslizantes dos dois trilhos Y com parafusos. Em seguida, conecte os dois trilhos Z com um eixo de conexão e acoplamentos de diafragma, e aperte as travas do acoplamento.Conecte as duas placas de conexão em forma de T na parte de trás do trilho X com porcas e parafusos. Em seguida, puxe as duas placas em forma de T para as duas extremidades do trilho X e aperte os parafusos. Fixar as duas placas de conexão em forma de T nos controles deslizantes dos dois trilhos Z com parafusos.Insira o motor de estação no orifício do eixo do redutor de marcha e enrosque suas flanges juntas. Por fim, enrosque o anel de conexão na extremidade do eixo do trilho X. Insira o eixo do redutor de marcha no acoplamento e enrosque o redutor de marchas ao anel de conexão.Aperte a fechadura do acoplamento. Comece colocando os sensores de toque no sulco do corpo do objeto e coloque-os nas áreas de toque predefinidas com fita dupla face. Passe os fios através do orifício do backboard do objeto e fixe a placa de cobertura no corpo do objeto com parafusos.Em seguida, passe os fios através dos orifícios nas laterais do rotador e enrosque os objetos no rotador. Soldar as extremidades do fio dos sensores de toque para as extremidades do fio rotativo do anel de deslizamento elétrico, e enrolar as juntas com fita elétrica. Enrosque a caixa para o controle deslizante do trilho X.Coloque o rolamento no orifício inferior da caixa. Em seguida, coloque o rotador na caixa pela direita e passe os fios do anel de deslizamento elétrico através do orifício superior da caixa. Em seguida, insira o eixo metálico no rolamento do orifício superior da caixa e encaixe a chave do eixo na chave do rotador.Coloque o anel de deslizamento elétrico ao redor do eixo de metal. Coloque a extremidade da barra de localização no entalhe do anel de deslizamento elétrico para evitar que o anel externo gire. Insira o eixo do motor de estação no orifício do eixo metálico e fixe o motor na parte superior da caixa com parafusos.Coloque um LED tricolor na parte frontal da caixa com fita adesiva. Por fim, dane-se o aparador direito na caixa. Insira os fios de controle de motores de pisa, LED e sensores de toque nas portas digitais de uma placa de aquisição de dados.Para inicializar o dispositivo translacional tridimensional e a mesa giratória, puxe os controles deslizantes de todos os trilhos de deslizamento linear para o ponto de partida e gire o primeiro objeto da mesa giratória para o lado frontal da mesa giratória. Em seguida, insira as coordenadas de todas as posições em uma matriz em um documento de texto. Certifique-se de que cada linha inclui as coordenadas X, Y e Z de uma posição separada com um espaço e, em seguida, salve o documento.Em seguida, abra o software de paradigma, clique em Abrir arquivo no painel Pool e selecione o documento de texto para carregar as posições de apresentação no software de paradigma. Verifique os objetos apresentados no experimento no Pool de Objetos do software paradigma. Em seguida, ajuste os parâmetros experimentais no painel Parâmetros de Tempo do software paradigma.Definir a linha de base em 400 milissegundos, Motor Run é igual a 2000 milissegundos, Planejamento é igual a 1000 milissegundos, tempo de reação máximo é igual a 500 milissegundos, max Reach Time é igual a 1000 milissegundos, min Hold Time é igual a 500 milissegundos, Recompensa equivale a 60 milissegundos, e Error Cues igual a 1000 milissegundos. Em seguida, conserte a cadeira de macaco na estrutura de construção de alumínio. Conecte três marcadores reflexivos na extremidade do braço com fita dupla face.Certifique-se de que os três marcadores formam um triângulo escalar. Em seguida, no software de paradigma, clique em Executar para iniciar a tarefa. Clique no botão RECORD no painel de captura de movimento do software Cortex para registrar as trajetórias dos três marcadores por 60 segundos quando o macaco estiver fazendo a tarefa.Clique no botão STOP para encerrar o experimento. Construa um modelo de rastreamento dos três marcadores no software usando as trajetórias gravadas e salve o modelo. Em seguida, conecte o fio do solo do amplificador frontal ao chão da matriz de microeletrodos, que é implantado no córtex motor do macaco.Insira os estágios da cabeça no conector da matriz de microeletrodos. Abra o software Central do sistema de aquisição de sinais neurais. Abra o software de sincronização.Clique nos três botões de conexão nos painéis Cerebus, Motion Capture e Paradigm para conectar o software de sincronização com o sistema de aquisição de sinal neural, o sistema de captura de movimento e o software de paradigma, respectivamente. Finalmente, clique no botão Executar do software de paradigma para iniciar a tarefa novamente, seguido pelo botão Gravar no painel armazenamento de arquivos do software central para começar a gravar os sinais neurais. Verifique o modelo de rastreamento salvo e clique no botão RECORD no painel de captura de movimento do software Cortex para começar a gravar a trajetória do pulso do macaco.A trajetória do pulso durante a fase de alcance em todos os ensaios bem sucedidos foi extraída e dividida em oito grupos com base em posições-alvo. As extremidades de oito grupos de trajetória formam um cuboide, que tem o mesmo tamanho do espaço de trabalho cuboide predefinido. Aqui, o histograma do tempo do peristimulo mostra dois neurônios de exemplo sintonizando tanto a posição quanto os objetos são mostrados.O neurônio na parte superior mostra seletividade significativa durante as fases de alcance e retenção. Enquanto o neurônio na parte inferior começa a ajustar posições e objetos a partir do meio da fase de execução do motor. Como o software paradigmático não conseguia ler as posições dos motores, é essencial inicializar a mesa giratória e o dispositivo translacional antes de cada sessão.Para controlar completamente quando o sujeito podia ver o objeto alvo e sua posição, um vidro comutação poderia ser instalado na frente do aparelho. Usando nosso aparelho, agora é viável estudar a interação neural entre movimentos de alcance e compreensão, o que pode ajudar a decodificar simultaneamente a trajetória de alcance e os tipos de aderência.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Transferência de tarefas cognitivas entre o cérebro métodos de imagem: Implicações para o Projeto Tarefa e interpretação dos resultados em estudos de fMRI

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

Comportamento

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

Avaliação da Murino exercício de resistência sem o uso de um choque grade: uma alternativa para o exercício forçado

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 e Implementação de um Estudo de fMRI Examinar Pensei Suppression em mulheres jovens com, e em situação de risco, para a depressão

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

Uma ZIF automatizado baseado aparelhos e protocolo para análise de tomada de decisão baseada em atraso e esforço em roedores em movimento livre

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

Análise de marcha cinemática 3D para estudos pré-clínicos em roedores

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

Uma abordagem de aprendizado de máquina para projetar uma triagem seletiva eficiente de comprometimento cognitivo leve

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

Métodos para a apresentação de objetos do mundo real condições laboratoriais controladas

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

Um método baseado em unidade de medição inercial para estimar a cinemática da articulação do quadril e do joelho em atletas de esporte de equipe em campo

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

Kit de ferramentas vibradores táteis e plataforma de simulação de condução para pesquisa relacionada à condução

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

Um método de avaliação e kit de ferramentas para avaliar o design do teclado em smartphones

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