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 tackar Mr Shijiang Shen för hans råd om apparaturen design och MS Guihua Wang för hennes hjälp med djuromsorg och utbildning. Detta arbete stöddes av nationella viktiga forsknings-och utvecklingsprogram i Kina (2017YFC1308501), National Natural Science Foundation i Kina (31627802), de offentliga projekten i Zhejiang Province (2016C33059), och de grundläggande forskningsfonderna för Centrala universitet.

Alla beteendemässiga och kirurgiska ingrepp har formats till guiden för vård och användning av försöksdjur (China Ministry of Health) och godkändes av djur vårds nämnden vid Zhejiang universitet, Kina.
1. montering av 3D-translationell enhet
<ol><li>Bygg en ram av storlek 920 mm x 690 mm x 530 mm med aluminium konstruktions skenor (tvärsnitt: 40 mm x 40 mm).</li>
	<li>Säkra fyra piedestaler till de två ändarna av Y-skenorna med skruvar (M4) (figur 1b</strong...

<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>

Beteende apparaten beskrivs här möjliggör en rättegång-Wise kombination av olika nå och gripa rörelser (dvs., apan kan förstå olika formade objekt i någon godtycklig 3D-platser i varje rättegång). Detta åstadkoms genom kombinationen av en anpassad vänd tabell som växlar mellan olika objekt och en linjär translationell enhet som transporterar svängbordet till flera positioner i 3D-rymden. Dessutom, de neurala signalerna från apan, bana av handled, och hand former kunde registreras och synkroniseras för ...

Olika apparaturar har utvecklats för att studera de neurala principerna bakom nå och gripa rörelser i icke-mänskliga primater. För att nå uppgifter, pekskärm1,2, skärm markör styrs av en joystick3,4,5,6,7, och Virtual Reality-teknik8 , 9 , 10 har alla varit anställda att presentera 2D-och 3D-mål, respektive. För att introducera olikt gripa för typer, olikt formade anmärker fixat i en placera eller roterande runt om en axel användes allmänt i de gripa uppgifterna11,12,13. Ett alternativ är att använda visuella ledtrådar för att informera ämnen för att förstå samma objekt med olika grepp typer14,15,16,17. Mer nyligen, nå och gripa rörelser har studerats tillsammans (dvs, ämnen når flera positioner och greppa med olika grepp typer i en experimentell session)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Tidiga experiment har presenterat objekt manuellt, vilket oundvikligen leder till låg tid och rumslig precision20,21. För att förbättra experimentell precision och spara arbetskraft, har automatiska presentationsenheter som styrs av program använts i stor utsträckning. För att variera målposition och grepp typ, experimenterare har utsatt flera objekt samtidigt, men den relativa (eller absoluta) placeringen av mål och grepp typer binds samman, vilket orsakar stela bränning mönster genom långsiktig utbildning22 ,27,28. Objekt presenteras vanligtvis i ett 2D-plan, som begränsar mångfalden av att nå rörelse och neurala aktivitet19,25,26. Nyligen har Virtual Reality24 och robot arm23,29 införts för att presentera objekt i 3D-rymden.
Presenteras här är detaljerade protokoll för att bygga och använda en automatiserad apparat30 som kan uppnå en kombination av flera mål positioner och grepp typer i 3D-rymden. Vi designade en vänd tabell för att byta objekt och 3D-translationell enhet för att transportera svängbordet i 3D-rymden. Både svängbord och translationell apparat drivs av oberoende motorer. Under tiden, 3D-bollbana av försökspersonernas handled och neurala signaler registreras samtidigt hela experimentet. Apparaten ger en värdefull plattform för studiet av övre extremitets funktion i rhesusapan.

<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

Att nå och gripa är mycket kopplade rörelser, och deras underliggande neurala dynamik har studerats i stor utsträckning under det senaste decenniet. För att skilja nå och greppa kodningar, är det viktigt att presentera olika objekt identiteter oberoende av deras positioner. Presenteras här är utformningen av en automatisk apparat som monteras med en vänd bord och tredimensionell (3D) translationell enhet för att uppnå detta mål. Den roterande tabellen växlar olika objekt som motsvarar olika grepp typer medan den 3D-translationella enheten transporterar svängbordet i 3D-rymden. Båda drivs oberoende av motorer så att målpositionen och objektet kombineras godtyckligt. Under tiden registreras hand leds bana och grepp typer via motion capture-systemet och peksensorerna. Dessutom beskrivs representativa resultat som visar framgångsrikt utbildad apa med hjälp av detta system. Det förväntas att denna apparat kommer att underlätta forskare att studera kinematik, neurala principer, och hjärna-maskingränssnitt relaterade till övre extremitets funktion.

Storleken på den kompletta arbetsytan på apparaten är 600 mm, 300 mm och 500 mm i x-, y-respektive z-axlar. Den maximala belastningen på den 3D-translationella enheten är 25 kg, medan svängbordet (inklusive stegmotorn) är viktat 15 kg och kan transporteras med en hastighet av upp till 500 mm/s. Den kinematiska precisionen hos den 3D-translationella enheten är mindre än 0,1 mm och bullret från apparaten är mindre än 60 dB.
För att demonstrera nyttan av systemet, är apan utbildad (...

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 och användning av en apparat för att presentera graspable objekt i 3D-arbetsyta

Presenteras här är ett protokoll för att bygga en automatisk apparat som vägleder en apa för att utföra den flexibla Reach-to-fattningsförmåga uppgift. Apparaten kombinerar en 3D-translationell enhet och vänd bord för att presentera flera objekt i en godtycklig position i 3D-rymden.

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

Den neurala principen bakom räckvidd och grepp har studerats ingående under de senaste decennierna, men få enheter har utvecklats för att möjliggöra en flexibel kombination av båda rörelserna i en uppgift. Genom att koppla en anpassad svarvbord med en 3-dimensionell translationell apparat möjliggör vår apparat en försöksvis kombination av flera positioner i 3-dimensionell rymd, och olika formade objekt i varje position. Vår apparat ger en värdefull plattform för att studera funktionen i övre extremiteten och deras underliggande neurala principer.Det kan också underlätta samtidig återuppbyggnad av nå och gripa rörelser i hjärnan-maskin gränssnitt. Börja med att sätta fast två Y-skenor på ramens översta yta parallellt, genom att säkra piedestalerna till den övre ytan med skruvar. Anslut sedan två Y-skenor med en anslutningsaxel och två membrankopplingar.Dra åt kopplingarnas låsskruvar för att synkronisera axlarna på de två rälsen. Sätt sex muttrar i de bakre spåren på Z-skenan och fäst ena sidan av den högra triangelramen på baksidan av Z-skenan med skruvar. Dra triangeln ram till slutet som är distala till axeln och dra åt skruvarna.Fäst den andra högra triangelramen på den andra Z-skenan på samma sätt. Fixera de andra rätade vinklade sidorna av de två triangelramarna på skjutreglagen på de två Y-skenorna med skruvar. Därefter ansluts de två Z-skenorna med en anslutningsaxel och membrankopplingar, och dra åt låsskruvarna på kopplingen.Fäst de två T-formade anslutningsbrädorna på X-skenans baksida med muttrar och skruvar. Dra sedan de två T formade brädorna till X-skenans två ändar och dra åt skruvarna. Fixera de två T-formade anslutningsbrädorna på skjutreglagen på de två Z-skenorna med skruvar.Sätt in stegmotorn i axelhålet på kuggsredaren, och skruva ihop deras flänsar. Skruva slutligen anslutningsringen till skaftänden på X-skenan. Sätt in kuggredarens axel i kopplingen, och skruva fast kuggrsaxen i anslutningsringen.Dra fast kopplingens låsskruv. Börja med att placera touchsensorerna i objektkroppens spår och stick fast dem på de fördefinierade pekområdena med dubbelsidig tejp. För ledningarna genom hålet på objektbackskivan och fixera pådragsskivan på objektkroppen med skruvar.Sedan, passera ledningarna genom hålen på sidorna av rotator, och skruva på objekten på rotator. Löda trådändarna på beröringssensorerna till de roterande trådändarna på den elektriska släpringen, och linda ihop fogarna med eltejp. Skruva fast fodralet på X-skenans reglage.Placera lagret i lådans bottenhål. Därefter sätter rotatorn i fallet från höger och passera ledningarna av den elektriska slip ringen genom det övre hålet i fallet. Sedan för in metallaxeln i lagret från översta hålet i höljet, och montera axelnyckeln till roterorns tangentgång.Ställ in den elektriska släpringen runt metallaxeln. Placera änden av lokaliseringsstången i skåran på den elektriska släpringen för att förhindra att ytterringen roterar. Sätt in stegmotoraxeln i metallaxelhålet, och fixera motorn på lådans ovandel med skruvar.Stick en tricolor LED på framsidan av fallet med tejp. Skruva slutligen fast den högra sideboarden på fodralet. Sätt in styrtrådarna av stegmotorer, LED- och touchsensorer i de digitala portarna i en datainsamlingstavla.Om du vill initiera den 3-dimensionella translationella enheten och vändbordet drar du skjutreglagen för alla linjära glidskenor till startpunkten och vrider det första objektet i svarvbordet för att möta vändbordets främre sida. Därefter anger du koordinaterna för alla positioner i en matris i ett textdokument. Se till att varje rad inkluderar koordinaterna X, Y och Z för en position som separeras med ett blanksteg och spara sedan dokumentet.Öppna sedan paradigmprogramvaran, klicka på Öppna fil i poolpanelen och markera textdokumentet för att läsa in presentationspositionerna i paradigmprogramvaran. Kontrollera de objekt som presenteras i experimentet i Object Pool av paradigm programvara. Justera sedan de experimentella parametrarna i panelen Tidsparametrar i paradigmprogramvaran.Ställ in baslinjen på 400 millisekunder, Motor Run är lika med 2000 millisekunder, Planering är lika med 1000 millisekunder, max Reaktionstid är lika med 500 millisekunder, max Räckviddstid är lika med 1000 millisekunder, min Hold Time är lika med 500 millisekunder, Belöning lika med 60 millisekunder och Error Cue lika med 1000 millisekunder. Därefter fixar du apans stol till aluminiumkonstruktionsramen. Fäst tre reflexmarkörer i änden av armen med dubbelsidig tejp.Kontrollera att de tre markörerna bildar en scalene-triangel. Sedan, i paradigmprogramvaran, klicka på Kör för att starta uppgiften. Klicka på KNAPPEN RECORD på motion capture-panelen i Cortex-programvaran för att spela in banorna för de tre markörerna i 60 sekunder när apan gör uppgiften.Klicka på STOP-knappen för att avsluta experimentet. Bygg en spårningsmall av de tre markörerna på programvaran med hjälp av de inspelade banorna och spara mallen. Anslut sedan jordledningen av frontendförstärkaren till grunden för mikroelektrod-arrayen, som implanteras i apans motoriska cortex.Sätt in huvudstaderna i kopplingen för matrisen med mikroelektrod. Öppna Central-programvaran för systemet för neurala signalerförvärv. Öppna programvaran för synkronisering.Klicka på de tre anslutningsknapparna i panelerna Cerebus, Motion Capture och Paradigm för att ansluta synkroniseringsprogrammet med systemet för neurala signalerförvärv, motion capture-system respektive paradigmprogramvaran. Slutligen, klicka på knappen Kör av paradigm programvara för att starta uppgiften igen, följt av knappen Spela in på File Storage panel av den centrala programvaran för att börja spela in neurala signaler. Kontrollera den sparade spårningsmallen och klicka på KNAPPEN RECORD på motion capture-panelen i Cortex-programvaran för att börja spela in banan för apans handled.Handledens bana under den uppnåeliga fasen i alla lyckade försök extraherades och delades in i åtta grupper baserat på målpositioner. Ändarna på åtta grupper av bana bildar en kub, som har samma storlek som den fördefinierade kubarbetsytan. Här, peri stimulans tid histogram visar två exempel nervceller tuning både nå position och objekt visas.Neuronen på toppen visar signifikant selektivitet under de nånde och hålla faserna. Medan neuron på botten börjar ställa positioner och föremål från mitten av motorn köra fas. Eftersom paradigmprogramvaran inte kunde läsa motorernas positioner är det viktigt att initiera svarvbordet och den translationella enheten före varje session.För att helt kontrollera när motivet kunde se målobjektet och dess position, kunde ett omkopplingsbart glas installeras framför apparaten. Genom att använda vår apparat är det nu möjligt att studera det neurala samspelet mellan att nå och greppa rörelser, vilket kan bidra till att samtidigt avkoda räckviddsbanan och grepptyperna.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Överföra Kognitiva uppgifter mellan hjärnavbildningsmetoder: Konsekvenser för Task Design och resultat Tolkning 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

Bedömning av murina Exercise Endurance utan användning av en chock Grid: Ett alternativ till Forcerad Motion

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 och implementering av en fMRI studie för att undersöka Trodde Suppression i Unga kvinnor med och Risk för depression

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 automatiserad T-maze baserade apparater och protokoll för att analysera dröjsmål - och ansträngning-baserade beslutsfattande i gratis flytta gnagare

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 gånganalys för prekliniska studier på gnagare

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 Maskininlärnings metod för att utforma en effektiv selektiv screening av mild kognitiv svikt

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 för att presentera verkliga föremål under kontrollerade laboratorie förhållanden

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 mätenhet baserad metod för att uppskatta höft- och knäledskinematik hos lagidrottare på fältet

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 vibrerande verktygslåda och körsimuleringsplattform för körrelaterad 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 bedömningsmetod och verktygslåda för att utvärdera tangentbordsdesign på 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 ...