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 al Sr. Shijiang Shen su consejo sobre el diseño de aparatos y a la Sra. Guihua Wang por su asistencia en el cuidado y el entrenamiento de los animales. Este trabajo fue apoyado por el Programa Nacional De Investigación y Desarrollo Clave de China (2017YFC1308501), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (31627802), los Proyectos Públicos de la Provincia de Zhejiang (2016C33059), y los Fondos Fundamentales de Investigación para la Universidades Centrales.

Todos los procedimientos conductuales y quirúrgicos se ajustaban a la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio (Ministerio de Salud de China) y fueron aprobados por el Comité de Cuidado Animal de la Universidad de Zhejiang, China.
1.Ensamblaje del dispositivo traslacional 3D
<ol><li>Construir un marco de tamaño 920 mm x 690 mm x 530 mm con rieles de construcción de aluminio (sección transversal: 40 mm x 40 mm).</li>
	<li>Fije cuatro pedestales a los dos extremos de los rie...

<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>

El aparato conductual se describe aquí permite una combinación en sentido de prueba de diferentes movimientos de alcance y agarre (es decir, el mono puede agarrar objetos de formas diferentes en cualquier lugar 3D arbitrario en cada ensayo). Esto se logra mediante la combinación de una tabla de torneado personalizada que cambia diferentes objetos y un dispositivo de traslacional lineal que transporta la tabla de torneado a varias posiciones en el espacio 3D. Además, las señales neuronales del mono, la trayectoria de...

Se han desarrollado varios aparatos para estudiar los principios neuronales subyacentes al movimiento de alcance y agarre en primates no humanos. Al llegar a las tareas, pantalla táctil1,2, cursor de pantalla controlado por un joystick3,4,5,6,7, y la tecnología de realidad virtual8 , 9 , 10 se han empleado todos para presentar objetivos 2D y 3D, respectivamente. Para introducir diferentes tipos de pinzamientos, los objetos de forma diferente fijados en una posición o girando alrededor de un eje se utilizaron ampliamente en las tareas de agarre11,12,13. Una alternativa es utilizar señales visuales para informar a los sujetos para agarrar el mismo objeto con diferentes tipos de agarre14,15,16,17. Más recientemente, los movimientos de alcance y agarre se han estudiado juntos (es decir, los sujetos alcanzan múltiples posiciones y se agarran con diferentes tipos de agarre en una sesión experimental)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Los primeros experimentos han presentado objetos manualmente, lo que inevitablemente conduce a un tiempo bajo y precisión espacial20,21. Para mejorar la precisión experimental y ahorrar mano de obra, los dispositivos de presentación automática controlados por programas han sido ampliamente utilizados. Para variar la posición de destino y el tipo de pinzamiento, los experimentadores han expuesto varios objetos simultáneamente, pero la posición relativa (o absoluta) de los objetivos y los tipos de pinzamiento están unidos entre sí, lo que provoca patrones de disparo rígidos a través del entrenamiento a largo plazo22 ,27,28. Los objetos se presentan generalmente en un plano 2D, lo que limita la diversidad de alcanzar el movimiento y la actividad neuronal19,25,26. Recientemente, la realidad virtual24 y el brazo robot23,29 se han introducido para presentar objetos en el espacio 3D.
Aquí se presentan protocolos detallados para la construcción y el uso de un aparato automatizado30 que puede lograr cualquier combinación de múltiples posiciones de destino y tipos de agarre en el espacio 3D. Diseñamos una mesa de torneado para cambiar objetos y dispositivos traslacionales 3D para transportar la mesa de torneado en espacio 3D. Tanto la mesa de torneado como el dispositivo traslacional son impulsados por motores independientes. Mientras tanto, la trayectoria 3D de las señales neuronales y de muñeca del sujeto se registra simultáneamente a lo largo del experimento. El aparato proporciona una plataforma valiosa para el estudio de la función de las extremidades superiores en el mono 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

Alcanzar y agarrar son movimientos altamente acoplados, y su dinámica neuronal subyacente ha sido ampliamente estudiada en la última década. Para distinguir las codificaciones de alcance y comprensión, es esencial presentar diferentes identidades de objeto independientes de sus posiciones. Aquí se presenta el diseño de un aparato automático que se monta con una mesa giratoria y un dispositivo traslacional tridimensional (3D) para lograr este objetivo. La mesa de torneado cambia diferentes objetos correspondientes a diferentes tipos de pinzamiento, mientras que el dispositivo traslacional 3D transporta la mesa de torneado en espacio 3D. Ambos son impulsados independientemente por motores para que la posición de destino y el objeto se combinen arbitrariamente. Mientras tanto, la trayectoria de la muñeca y los tipos de agarre se registran a través del sistema de captura de movimiento y los sensores táctiles, respectivamente. Además, se describen los resultados representativos que demuestran el mono entrenado con éxito utilizando este sistema. Se espera que este aparato facilite a los investigadores el estudio de la cinemática, los principios neuronales y las interfaces cerebro-máquina relacionadas con la función de las extremidades superiores.

El tamaño del espacio de trabajo completo del aparato es de 600 mm, 300 mm y 500 mm en los ejes x, y y z, respectivamente. La carga máxima del dispositivo traslacional 3D es de 25 kg, mientras que la mesa giratoria (incluido el motor paso a paso) tiene un peso de 15 kg y se puede transportar a una velocidad de hasta 500 mm/s. La precisión cinemática del dispositivo traslacional 3D es inferior a 0,1 mm y el ruido del aparato es inferior a 60 dB.
Para demostrar la utilidad del sistema, el mo...

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

Diseño y uso de un aparato para presentar objetos agarrables en el espacio de trabajo 3D

Aquí se presenta un protocolo para construir un aparato automático que guía a un mono a realizar la tarea flexible de alcance a agarre. El aparato combina un dispositivo traslacional 3D y una mesa giratoria para presentar múltiples objetos en una posición arbitraria en el espacio 3D.

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

El principio neuronal subyacente alcance y agarre se ha estudiado extensamente en las últimas décadas, sin embargo, pocos dispositivos se han desarrollado para permitir una combinación flexible de ambos movimientos en una sola tarea. Al acoplar una mesa de torneado personalizada con un dispositivo traslacional de 3 dimensiones, nuestro aparato permite una combinación de prueba de múltiples posiciones en un espacio tridimensional y objetos de forma diferente en cada posición. Nuestro aparato proporciona una plataforma valiosa para estudiar la función de las extremidades superiores y sus principios neuronales subyacentes.También puede facilitar la reconstrucción simultánea de los movimientos de alcance y agarre en la interfaz cerebro-máquina. Comience fijando dos rieles Y en la superficie superior del marco en paralelo, fijando los pedestales a la superficie superior con tornillos. A continuación, conecte dos rieles Y con un eje de conexión y dos acoplamientos de diafragma.Apriete los tornillos de los acoplamientos para sincronizar los ejes de los dos carriles. Coloque seis tuercas en las ranuras posteriores del carril Z y conecte un lado del marco del triángulo derecho a la parte posterior del riel Z con tornillos. Tire del marco triangular hasta el extremo que es distal al eje y apriete los tornillos.Fije el otro marco del triángulo derecho al otro carril Z de la misma manera. Fije los otros lados en ángulo recto de los dos marcos triangulares a los controles deslizantes de los dos carriles Y con tornillos. A continuación, conecte los dos carriles Z con un eje de conexión y acoplamientos de diafragma, y apriete los tornillos de bloqueo del acoplamiento.Fije las dos placas de conexión en forma de T a la parte posterior del carril X con tuercas y tornillos. A continuación, tire de las dos placas en forma de T a los dos extremos de la barandilla X y apriete los tornillos. Fije las dos placas de conexión en forma de T en los controles deslizantes de los dos carriles Z con tornillos.Inserte el motor de paso en el orificio del eje del reductor de engranajes y atornille sus bridas. Por último, atornille el anillo de conexión al extremo del eje del riel X. Inserte el eje del reductor de engranajes en el acoplamiento y atornille el reductor de engranajes al anillo de conexión.Apriete el tornillo de bloqueo del acoplamiento. Comience colocando los sensores táctiles en la ranura del cuerpo del objeto y péguelos en las áreas táctiles predefinidas con cinta adhesiva de doble cara. Pase los cables a través del orificio del tablero del objeto y fije la cubierta en el cuerpo del objeto con tornillos.A continuación, pase los cables a través de los orificios en los lados del rotador, y atornille los objetos en el rotador. Soldar los extremos de alambre de los sensores táctiles a los extremos de alambre giratorio del anillo de deslizamiento eléctrico, y envolver las juntas con cinta eléctrica. Atornille la carcasa al control deslizante del riel X.Coloque el rodamiento en el orificio inferior de la caja. A continuación, coloque el rotador en la caja desde la derecha y pase los cables del anillo de deslizamiento eléctrico a través del orificio superior de la caja. A continuación, inserte el eje de metal en el rodamiento desde el orificio superior de la caja y ajuste la llave del eje a la llave del rotador.Ajuste el anillo de deslizamiento eléctrico alrededor del eje de metal. Coloque el extremo de la barra de localización en la muesca del anillo de deslizamiento eléctrico para evitar que el anillo exterior gire. Inserte el eje del motor paso a paso en el orificio del eje de metal y fije el motor en la parte superior de la caja con tornillos.Pegue un LED tricolor en la parte frontal de la caja con cinta adhesiva. Finalmente, atornille el aparador derecho en la caja. Inserte los cables de control de los motores paso a paso, LED y sensores táctiles en los puertos digitales de una placa de adquisición de datos.Para inicializar el dispositivo traslacional tridimensional y la mesa de torneado, tire de los controles deslizantes de todos los rieles de deslizamiento lineales hasta el punto inicial y gire el primer objeto de la mesa de torneado para que esté orientado hacia el lado frontal de la mesa de torneado. A continuación, introduzca las coordenadas de todas las posiciones de una matriz en un documento de texto. Asegúrese de que cada fila incluye las coordenadas X, Y y Z de una posición separada por un espacio y, a continuación, guarde el documento.A continuación, abra el software de paradigma, haga clic en Abrir archivo en el panel Grupo y seleccione el documento de texto para cargar las posiciones de presentación en el software de paradigma. Compruebe los objetos que se presentarán en el experimento en el grupo de objetos del software de paradigma. A continuación, ajuste los parámetros experimentales en el panel Parámetros de tiempo del software de paradigma.Establezca la línea base en 400 milisegundos, Motor Run equivale a 2000 milisegundos, Planificación equivale a 1000 milisegundos, Tiempo de reacción máximo equivale a 500 milisegundos, Tiempo de alcance máximo equivale a 1000 milisegundos, Tiempo de retención mínimo equivale a 500 milisegundos, Recompensa equivale a 60 milisegundos y Error igual a 1000 milisegundos. A continuación, fije la silla de mono al marco de construcción de aluminio. Coloque tres marcadores reflectantes en el extremo del brazo con cinta adhesiva de doble cara.Asegúrese de que los tres marcadores forman un triángulo scalene. A continuación, en el software de paradigma, haga clic en Ejecutar para iniciar la tarea. Haga clic en el botón RECORD en el panel de captura de movimiento del software Cortex para registrar las trayectorias de los tres marcadores durante 60 segundos cuando el mono está realizando la tarea.Haga clic en el botón STOP para finalizar el experimento. Cree una plantilla de seguimiento de los tres marcadores en el software utilizando las trayectorias registradas y guarde la plantilla. A continuación, conecte el cable de tierra del amplificador frontal al suelo de la matriz de microelectrodos, que se implanta en la corteza motora del mono.Inserte las etapas del cabezal en el conector de la matriz de microelectrodo. Abra el software Central del sistema de adquisición de señales neuronales. Abra el software de sincronización.Haga clic en los tres botones de conexión de los paneles Cerebus, Motion Capture y Paradigm para conectar el software de sincronización con el sistema de adquisición de señales neuronales, el sistema de captura de movimiento y el software de paradigma, respectivamente. Por último, haga clic en el botón Ejecutar del software de paradigma para iniciar la tarea de nuevo, seguido del botón Grabar en el panel Almacenamiento de archivos del software central para comenzar a grabar las señales neuronales. Compruebe la plantilla de seguimiento guardada y haga clic en el botón RECORD en el panel de captura de movimiento del software Cortex para comenzar a registrar la trayectoria de la muñeca del mono.La trayectoria de la muñeca durante la fase de alcance en todos los ensayos exitosos se extrajo y se dividió en ocho grupos basados en posiciones objetivo. Los extremos de ocho grupos de trayectoria forman un cuboide, que tiene el mismo tamaño que el espacio de trabajo cuboide predefinido. Aquí, el histograma de tiempo peristimulo muestra dos neuronas de ejemplo que afinan tanto la posición que alcanza como se muestra a los objetos.La neurona en la parte superior muestra una selectividad significativa durante las fases de alcance y retención. Mientras que la neurona en la parte inferior comienza a ajustar las posiciones y los objetos desde el centro de la fase de carrera del motor. Como el software de paradigma no podía leer las posiciones de los motores, es esencial inicializar la mesa de torneado y el dispositivo de traducción antes de cada sesión.Para controlar completamente cuándo el sujeto podía ver el objeto de destino y su posición, se podía instalar un vidrio conmutable delante del aparato. Mediante el uso de nuestro aparato, ahora es factible estudiar la interacción neuronal entre los movimientos de alcance y agarre, lo que puede ayudar a decodificar simultáneamente la trayectoria de alcance y los tipos de agarre.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Transferencia de tareas cognitivas entre el cerebro de imágenes Modalidades: implicaciones para el diseño de tareas y resultados de interpretación en los estudios de resonancia magnética funcional

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

Investigación

Comportamiento

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

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