Name: wheelcon: a wheel control-based gaming platform for studying human sensorimotor control
Uploaded: 2020-08-15T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about WheelCon: A Wheel Control-Based Gaming Platform for Studying Human Sensorimotor Control at JoVE.com

Мы благодарим г-на Чжэньяна Вана за изменение сценариев, съемку и редактирование видео, а г-на Циюань Е за редактирование видео. Это исследование получило поддержку от CIT Фонд и Национальный научный фонд (в JCD), Boswell стипендий (для ЗЛ) и высокого уровня Университетского фонда (Нет. G02386301, G02386401), Совместный фонд Гуандунский фонд естественных наук (No 2019A1515111038).

Разработка и применение протокола были одобрены Калифорнийским институтом технологического институционального обзора (IRB) и ИРБ южного университета науки и техники. Субъект предоставил информированное согласие до проведения каких-либо процедур.
1. Система подготовки и ?...

<ol>
	<li>Franklin, D. W., Wolpert, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+Mechanisms+of+Sensorimotor+Control.">Computational Mechanisms of Sensorimotor Control.</a> Neuron. 72 (3), 425-442 (2011).</li><li>Bays, P. M., Wolpert, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+principles+of+sensorimotor+control+that+minimize+uncertainty+and+variability.">Computational principles of sensorimotor control that minimize uncertainty and variability.</a> The Journal of Physiology. 578 (2), 387-396 (2007).</li><li>Desmurget, M., Grafton, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forward+modeling+allows+feedback+control+for+fast+reaching+movements.">Forward modeling allows feedback control for fast reaching movements.</a> Trends in Cognitive Sciences. 4 (11), 423-431 (2000).</li><li>Sanger, T. D., Merzenich, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+Model+of+the+Role+of+Sensory+Disorganization+in+Focal+Task-Specific+Dystonia.">Computational Model of the Role of Sensory Disorganization in Focal Task-Specific Dystonia.</a> Journal of Neurophysiology. 84 (5), 2458-2464 (2000).</li><li>Mohler, H., Okada, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Benzodiazepine+receptor:+demonstration+in+the+central+nervous+system.">Benzodiazepine receptor: demonstration in the central nervous system.</a> Science. 198 (4319), 849-851 (1977).</li><li>Muller, L., Chavane, F., Reynolds, J., Sejnowski, 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=Cortical+travelling+waves:+mechanisms+and+computational+principles.">Cortical travelling waves: mechanisms and computational principles.</a> Nature Reviews Neuroscience. 19 (5), 255-268 (2018).</li><li>Zhang, H., Watrous, A. J., Patel, A., Jacobs, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theta+and+Alpha+Oscillations+Are+Traveling+Waves+in+the+Human+Neocortex.">Theta and Alpha Oscillations Are Traveling Waves in the Human Neocortex.</a> Neuron. 98 (6), 1269-1281 (2018).</li><li>Blinks, J. R., R&#252;del, R., Taylor, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+transients+in+isolated+amphibian+skeletal+muscle+fibres:+detection+with+aequorin.">Calcium transients in isolated amphibian skeletal muscle fibres: detection with aequorin.</a> The Journal of Physiology. 277 (1), 291-323 (1978).</li><li>Gallivan, J. P., Chapman, C. S., Wolpert, D. M., Flanagan, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decision-making+in+sensorimotor+control.">Decision-making in sensorimotor control.</a> Nature Reviews Neuroscience. 19 (9), 519-534 (2018).</li><li>Sanger, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basic+and+Translational+Neuroscience+of+Childhood-Onset+Dystonia:+A+Control-Theory+Perspective.">Basic and Translational Neuroscience of Childhood-Onset Dystonia: A Control-Theory Perspective.</a> Annual Review of Neuroscience. 41 (1), 41-59 (2018).</li><li>Todorov, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimality+principles+in+sensorimotor+control.">Optimality principles in sensorimotor control.</a> Nature Neuroscience. 7 (9), 907-915 (2004).</li><li>Todorov, E., Jordan, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+feedback+control+as+a+theory+of+motor+coordination.">Optimal feedback control as a theory of motor coordination.</a> Nature Neuroscience. 5 (11), 1226-1235 (2002).</li><li>Wolpert, D. M., Flanagan, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computations+underlying+sensorimotor+learning.">Computations underlying sensorimotor learning.</a> Current Opinion in Neurobiology. 37, 7-11 (2016).</li><li>Kiper, 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=Computational+models+and+motor+learning+paradigms:+Could+they+provide+insights+for+neuroplasticity+after+stroke?+An+overview.">Computational models and motor learning paradigms: Could they provide insights for neuroplasticity after stroke? An overview.</a> Journal of the Neurological Sciences. 369, 141-148 (2016).</li><li>Cluff, T., Crevecoeur, F., Scott, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tradeoffs+in+optimal+control+capture+patterns+of+human+sensorimotor+control+and+adaptation.">Tradeoffs in optimal control capture patterns of human sensorimotor control and adaptation.</a> bioRxiv. , 730713 (2019).</li><li>Nakahira, Y., Liu, Q., Bernat, N., Sejnowski, T., Doyle, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+foundations+for+layered+architectures+and+speed-accuracy+tradeoffs+in+sensorimotor+control.">Theoretical foundations for layered architectures and speed-accuracy tradeoffs in sensorimotor control.</a> 2019 American Control Conference (ACC). , 809-814 (2019).</li><li>K&#246;rding, K. P., Wolpert, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bayesian+integration+in+sensorimotor+learning.">Bayesian integration in sensorimotor learning.</a> Nature. 427 (6971), 244-247 (2004).</li><li>Chambers, C., Sokhey, T., Gaebler-Spira, D., Kording, K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+Bayesian+integration+in+sensorimotor+estimation.">The development of Bayesian integration in sensorimotor estimation.</a> Journal of Vision. 18 (12), 8 (2018).</li><li>Karmali, F., Whitman, G. T., Lewis, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bayesian+optimal+adaptation+explains+age-related+human+sensorimotor+changes.">Bayesian optimal adaptation explains age-related human sensorimotor changes.</a> Journal of Neurophysiology. 119 (2), 509-520 (2017).</li><li>Gori, J., Rioul, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Information-Theoretic+Analysis+of+the+Speed-Accuracy+Tradeoff+with+Feedback.">Information-Theoretic Analysis of the Speed-Accuracy Tradeoff with Feedback.</a> 2018 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC). , 3452-3457 (2018).</li><li>Trendafilov, D., Polani, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Information-theoretic+Sensorimotor+Foundations+of+Fitts'+Law.">Information-theoretic Sensorimotor Foundations of Fitts' Law.</a> Extended Abstracts of the 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , 1-6 (2019).</li><li>Fitts, P. M., Peterson, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Information+capacity+of+discrete+motor+responses.">Information capacity of discrete motor responses.</a> Journal of Experimental Psychology. 67 (2), 103-112 (1964).</li><li>Fitts, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+information+capacity+of+the+human+motor+system+in+controlling+the+amplitude+of+movement.">The information capacity of the human motor system in controlling the amplitude of movement.</a> Journal of Experimental Psychology. 47 (6), 381-391 (1954).</li><li>Nakahira, Y., Matni, N., Doyle, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hard+limits+on+robust+control+over+delayed+and+quantized+communication+channels+with+applications+to+sensorimotor+control.">Hard limits on robust control over delayed and quantized communication channels with applications to sensorimotor control.</a> 2015 54th IEEE Conference on Decision and Control (CDC). , 7522-7529 (2015).</li><li>. Neural Correlates of Sensorimotor Control in Human Cortex: State Estimates and Reference Frames Available from: <a target="_blank" href="https://resolver.caltech.edu/CaltechTHESIS:05302019-163325527">https://resolver.caltech.edu/CaltechTHESIS:05302019-163325527</a> (2019)</li><li>Miall, R. C., Wolpert, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forward+Models+for+Physiological+Motor+Control.">Forward Models for Physiological Motor Control.</a> Neural Networks. 9 (8), 1265-1279 (1996).</li><li>Battaglia-Mayer, A., Caminiti, R., Lacquaniti, F., Zago, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+Levels+of+Representation+of+Reaching+in+the+Parieto-frontal+Network.">Multiple Levels of Representation of Reaching in the Parieto-frontal Network.</a> Cerebral Cortex. 13 (10), 1009-1022 (2003).</li><li>Scott, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+feedback+control+and+the+neural+basis+of+volitional+motor+control.">Optimal feedback control and the neural basis of volitional motor control.</a> Nature Reviews Neuroscience. 5 (7), 532-545 (2004).</li><li>Saunders, J. A., Knill, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Humans+use+continuous+visual+feedback+from+the+hand+to+control+fast+reaching+movements.">Humans use continuous visual feedback from the hand to control fast reaching movements.</a> Experimental Brain Research. 152 (3), 341-352 (2003).</li><li>Insperger, T., Milton, J., St&#233;p&#225;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=Acceleration+feedback+improves+balancing+against+reflex+delay.">Acceleration feedback improves balancing against reflex delay.</a> Journal of The Royal Society Interface. 10 (79), 20120763 (2013).</li><li>Birbaumer, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breaking+the+silence:+Brain-computer+interfaces+(BCI)+for+communication+and+motor+control.">Breaking the silence: Brain-computer interfaces (BCI) for communication and motor control.</a> Psychophysiology. 43 (6), 517-532 (2006).</li><li>Liu, Q., Farahibozorg, S., Porcaro, C., Wenderoth, N., Mantini, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+large-scale+networks+in+the+human+brain+using+high-density+electroencephalography.">Detecting large-scale networks in the human brain using high-density electroencephalography.</a> Human Brain Mapping. 38 (9), 4631-4643 (2017).</li><li>Nicolelis, M. A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-machine+interfaces+to+restore+motor+function+and+probe+neural+circuits.">Brain-machine interfaces to restore motor function and probe neural circuits.</a> Nature Reviews Neuroscience. 4 (5), 417-422 (2003).</li><li>Nordin, A. D., Hairston, W. D., Ferris, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Faster+Gait+Speeds+Reduce+Alpha+and+Beta+EEG+Spectral+Power+From+Human+Sensorimotor+Cortex.">Faster Gait Speeds Reduce Alpha and Beta EEG Spectral Power From Human Sensorimotor Cortex.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 67 (3), 842-853 (2020).</li><li>Hallett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+magnetic+stimulation+and+the+human+brain.">Transcranial magnetic stimulation and the human brain.</a> Nature. 406 (6792), 147-150 (2000).</li><li>Madhavan, S., Weber, K. A., Stinear, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+brain+stimulation+enhances+fine+motor+control+of+the+hemiparetic+ankle:+implications+for+rehabilitation.">Non-invasive brain stimulation enhances fine motor control of the hemiparetic ankle: implications for rehabilitation.</a> Experimental Brain Research. 209 (1), 9-17 (2011).</li><li>Denoyelle, N., Pouget, F., Vi&#233;ville, T., Alexandre, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> VirtualEnaction: A Platform for Systemic Neuroscience Simulation. , (2014).</li><li>Butti, N., 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=Virtual+Reality+Social+Prediction+Improvement+and+Rehabilitation+Intensive+Training+(VR-SPIRIT)+for+paediatric+patients+with+congenital+cerebellar+diseases:+study+protocol+of+a+randomised+controlled+trial.">Virtual Reality Social Prediction Improvement and Rehabilitation Intensive Training (VR-SPIRIT) for paediatric patients with congenital cerebellar diseases: study protocol of a randomised controlled trial.</a> Trials. 21 (1), 82 (2020).</li><li>McCall, J. V., Ludovice, M. C., Blaylock, J. A., Kamper, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Platform+for+Rehabilitation+of+Finger+Individuation+in+Children+with+Hemiplegic+Cerebral+Palsy.">A Platform for Rehabilitation of Finger Individuation in Children with Hemiplegic Cerebral Palsy.</a> 2019 IEEE 16th International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR). , 343-348 (2019).</li><li>Demers, M., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematic+Validity+of+Reaching+in+a+2D+Virtual+Environment+for+Arm+Rehabilitation+After+Stroke.">Kinematic Validity of Reaching in a 2D Virtual Environment for Arm Rehabilitation After Stroke.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 28 (3), 679-686 (2020).</li><li>Zbytniewska, 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=Design+and+Characterization+of+a+Robotic+Device+for+the+Assessment+of+Hand+Proprioceptive,+Motor,+and+Sensorimotor+Impairments.">Design and Characterization of a Robotic Device for the Assessment of Hand Proprioceptive, Motor, and Sensorimotor Impairments.</a> 2019 IEEE 16th International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR). , 441-446 (2019).</li><li>Delp, S. 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=OpenSim:+Open-Source+Software+to+Create+and+Analyze+Dynamic+Simulations+of+Movement.">OpenSim: Open-Source Software to Create and Analyze Dynamic Simulations of Movement.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 54 (11), 1940-1950 (2007).</li><li>Gray, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plateaus+and+Asymptotes:+Spurious+and+Real+Limits+in+Human+Performance.">Plateaus and Asymptotes: Spurious and Real Limits in Human Performance.</a> Current Directions in Psychological Science. 26 (1), 59-67 (2017).</li></ol>

В этой работе мы представили бесплатную игровую платформу с открытым исходным кодом WheelCon для изучения последствий задержки, количественной оценки, нарушения и многослойных циклов обратной связи в управлении сенсорными датчиками человека. Мы показали аппаратное обеспечение, программ...

Система управления сенсорным человеком чрезвычайно надежна1, хотя зондирование распределено, переменная, разреженная, количественно, шумно и задерживается2,3,4; вычисления в центральной нервной системе медленно5,,6,7; и усталость мышц активации и насыщает8. Многие вычислительные теоретические модели были предложены для объяснения сложного процесса управления человеческим сенсомотором4,,9,10,11,12,13,14, который является процессом компромисса в человеческой досягаемости и ответ15,16. Например, теория контроля обратной связи предсказывает оптимальную политику управления12,Байесовскую теорию модели сенсомотора обучения17,,18,,19 и сенсорной теории информации фундамент20,21. В отличие от обилия теоретических моделей, экспериментальные платформы, способные манипулировать важными компонентами нескольких циклов обратной связи, не имеют разработки. Отчасти это связано с тем, что проектирование платформы для моста и тестирования этих аспектов сенсорного контроля требует разнообразных знаний, простирающихся от теории управления двигателем, обработки сигналов и взаимодействия, вплоть до компьютерной графики и программирования. Исследователи часто разрабатывают свои собственные пользовательские аппаратные/программные системы для характеристики управления сенсорными датчиками человека, что может ограничить возможность сравнения/контрастности и интеграции наборов данных между исследовательскими группами. Разработка простой в использовании и проверенной системы может расширить количественную характеристику сенсорного контроля.
В этой работе мы представляем платформу WheelCon, новую, свободную и платформу с открытым исходным кодом для разработки видеоигр для виртуальной среды, которая неинвазивно имитирует закон Fitts достижения игры и горный велосипед задача с сбив крутой, извилистый и ухабистый след. Закон Fitts для достижения задачи количественно компромисс между скоростью и точностью, в которой время, необходимое для достижения цели ширины на расстоянии масштабах, как22,23. «Гора-велосипед задача» представляет собой сочетание преследования и компенсационного отслеживания задачи, которые являются двумя классическими компонентами исследований по человеку сенсорной производительности, особенно с точки зрения изучения обратной связи петли.
WheelCon содержит очень востребованные основные компоненты, представленные в каждой теории: задержка, количественная оценка, шум, нарушение и несколько циклов обратной связи. Это потенциальный инструмент для изучения следующих различных вопросов в управлении сенсорным человеком:
Как система сенсорных чувств человека имеет дело с задержкой и количественной оценкой в нейронной сигнализации, которая принципиально ограничена ограниченными ресурсами (такими как пространство и метаболические затраты) вмозге 24,25; Как нервная корреляция в коре человека с сенсоросимоторным контролем26; Как люди справляются с непредсказуемыми внешними нарушениями в сенсорно-соровомом контроле27; Как иерархические петли управления слоистые и интегрированные в систему сенсорных чувств человека16,28,29; - следствие задержки и количественной оценки зрительной обратной связичеловека 30 и рефлекторной обратной связи31 в сенсорном контроле; Оптимальная политика и стратегия для сенсорного обучения при задержке и количественной оценке16,17,24,29.
WheelCon интегрируется с рулевым колесом и может имитировать игровые условия, которые манипулируют переменными в этих вопросах, такими как задержка сигнализации, количественная оценка, шум и помехи, при записи политики динамического управления и системных ошибок. Это также позволяет исследователям изучать слоистую архитектуру в сенсорно-хозяйском контроле. В примере езды на горном велосипеде в этой задаче участвуют два контрольных слоя: высокослойный план и низкослойный рефлекс. Для видимых нарушений (т.е. тропы), мы планируем до прибытия помех. Для нарушений, неизвестных заранее (т.е. небольшие шишки), контроль полагается на задержки рефлексов. Теория контроля обратной связи предполагает, что эффективные слоистые архитектуры могут интегрировать цели, планы, решения с зондированием нижних слоев, рефлексом и действием24. WheelCon предоставляет экспериментальные инструменты, чтобы вызвать отличительные нарушения в плане и рефлекторных слоев отдельно для тестирования такой слоистой архитектуры(рисунок 1).
Мы предоставляем дешевый, простой в использовании и гибкий в программе платформы, WheelCon, что мосты разрыв между теоретическими и экспериментальными исследованиями по неврологии. Если быть конкретным, то он может быть использован для изучения последствий задержки, количественной оценки, нарушения, потенциально скоростных компромиссов точности. Переменные, которыми можно манипулировать в циклах управления, отображаются в таблице 1. Он также может быть применен для изучения принятия решений и мультиплексной способности через различные слои управления в управлении сенсорным человеком. Кроме того, WheelCon совместим с неинвазивными нейронными записями, такими как электроэнцефалография (ЭЭГ), для измерения нервной реакции во время сенсорного контроля32,,33,,34,,35,и неинвазивных методов стимуляции мозга, таких как транскраниальная электрическая стимуляция (tES) и транскраниальная магнитная стимуляция (TMS), чтобы манипулировать нервной активностью36,37.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Gaming Wheel</td>
			<td>Logitech</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Windows 10 OS</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

wheelcon: a wheel control-based gaming platform for studying human sensorimotor control

Теория контроля обратной связи была широко реализована для теоретической модели управления сенсорными датчиками человека. Однако экспериментальные платформы, способные манипулировать важными компонентами нескольких циклов обратной связи, не имеют разработки. В этом документе описывается WheelCon, платформа с открытым исходным кодом, направленная на устранение таких недостатков. Используя только компьютер, стандартный дисплей и недорогое игровое рулевое колесо, оснащенное мотором силовой обратной связи, WheelCon безопасно имитирует каноническую сенсорную задачу езды на горном велосипеде по крутой, скручивающейся, ухабистой тропе. Платформа обеспечивает гибкость, как это будет продемонстрировано в представленных демонстрациях, так что исследователи могут манипулировать помехами, задержкой и количественной оценкой (скорость данных) в слоистых петлях обратной связи, включая высокий уровень расширенного уровня плана и низкоуровневый слой замедленного рефлекса. В этой статье мы иллюстрируем графический пользовательский интерфейс WheelCon (GUI), ввод и вывод существующих демонстраций, а также способы разработки новых игр. Кроме того, мы представляем базовую модель обратной связи и экспериментальные результаты демо-игр, которые хорошо согласуются с прогнозом модели. Платформу WheelCon можно скачать в https://github.com/Doyle-Lab/WheelCon. Короче говоря, платформа отличается быть дешевым, простым в использовании, и гибкой программы для эффективного сенсорного нейронауки исследований и управления инженерным образованием.

Моделирование управления обратной связью
Мы показываем упрощенную модель управления обратной связью, показанную на рисунке 1. Динамика системы дается:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61092/61092equ01.jpg">
где х<...

Watch this Scientific Journal Video about WheelCon: A Wheel Control-Based Gaming Platform for Studying Human Sensorimotor Control at JoVE.com

WheelCon: A Wheel Control-Based Gaming Platform for Studying Human Sensorimotor Control

WheelCon является новым, свободным и открытым исходным кодом платформы для разработки видеоигр, которые неинвазивно имитирует горный велосипед вниз крутой, извилистый, ухабистый след. Он содержит компоненты, представляющие в человеке сенсорного контроля (задержка, квантизация, шум, нарушение, и несколько циклов обратной связи) и позволяет исследователям изучать слоистую архитектуру в сенсорном контроле.

WheelCon: Игровая платформа на основе управления колесами для изучения управления сенсорными датчиками человека

Feedback control theory has been extensively implemented to theoretically model human sensorimotor control. However, experimental platforms capable of ...

Система сенсорного управления двигателем человека чрезвычайно надежна, хотя зондирование распределено, разрежено, количественно, шумно и задерживается. Вычисления в центральной нервной системе медленные, мышечные актуации усталости и насыщает. Для изучения этих причинных факторов и его последствий на производительность системы сенсорного управления двигателем, важно разработать простую в использовании экспериментальную платформу, которая манипулирует этими факторами и записывать производительность.Здесь мы представляет игровую платформу под названием WheelCon, которая является свободной и открытой платформой для разработки видеоигр для нашей виртуальной среды, которая имитирует езду на горном велосипеде по крутой, витой, ухабистой тропе. WheelCon интегрируется с рулевым колесом, поскольку он может манипулировать переменными в системе сенсорного управления двигателем человека, такими как задержка сигнализации, количественная оценка, шум и нарушение при записи траектории управления двигателем и аэродинамики. Это также позволяет исследования для изучения слоя архитекторов в сенсорном управлении двигателем, в том числе целей более высокого слоя, планы, решения, и зондирования нижнего слоя, рефлекс и действия.На компьютере под управлением Windows 10, перейдите на веб-страницу WheelCon, нажмите клон или скачать, а затем нажмите Скачать почтовый индекс в всплывающем диалоге. Извлекайте все файлы на локальный жесткий диск. Зайдите на сайт производителя и загрузите соответствующий драйвер для вашей модели гоночного колеса.Накреню гоночное колесо надежно на сидячем уровне перед монитором. Подключите USB-кабель колеса к ПК и адаптер питания к розетке. Чтобы протестировать программу, дважды нажмите на колесную коляску.exe в папке Excutable Output file. Настройте настройки в соответствии с настройкой монитора и нажмите Кнопку Play. Сиденье субъекта вниз удобно за колесами.Убедитесь, что объект допускается адекватный диапазон движения при обработке колеса. Нажмите на юридическую задачу Фитта. Нажмите на текстовый ящик и ввените имя для вывода файла, включите информацию о предмете и задаче.Нажмите Выберите файл, а затем выберите закон Fitt. txt в качестве ввода. Нажмите Начните игру.Поручите субъекту отслеживать серую зону с помощью зеленой линии, повернув руль. Эта игра служит для ознакомления субъекта с настройкой. Нажмите Горный велосипед Задача.Ввемите имя файла вывода и выберите Vision_Delay.txt. Нажмите Начните игру, чтобы начать тестирование. В этой игре длина окна look-ahead изменяется, чтобы обеспечить расширенное предупреждение, отсутствие предупреждения или визуальной задержки.Нажмите Mountain Bike Task, ввените имя файла вывода и выберите Action_Delay.txt. Нажмите Начните игру, чтобы начать тестирование. В этой игре добавляется задержка между поворотом колеса субъекта и движением зеленой линии.Задержка начинается с нуля секунд и увеличивается на 0,15 секунды, пока не достигнет 0,75 секунды. Нажмите Mountain Bike Task, ввените имя файла вывода и выберите Квантизацию зрения.txt. Нажмите Начните игру, чтобы начать тестирование.В этой игре, скорость визуальных данных манипулируется. Когда визуальные данные низки, тропа может появиться только в нескольких свободных серых местах. По мере увеличения скорости визуальных данных серая зона может отображаться в более потенциальных местах, и ее движение становится более непрерывным.Нажмите Mountain Bike Task, ввените имя файла вывода и выберите количественная оценка действий.txt. Нажмите Начните игру, чтобы начать тестирование. В этой игре, скорость действия данных манипулируется.Когда скорость передачи данных находится на самом медленном уровне, серая линия может идти только на одной скорости. По мере увеличения скорости передачи данных контроль скорости колеса становится более тонкой. Нажмите Mountain Bike Task, ввените имя файла вывода и выберите Bump Trail.txt.Нажмите Начните игру, чтобы начать тестирование. В этой игре, нарушения добавляются либо в качестве крутящего момента на колесе, имитируя удар, внезапный поворот на тропе или два типа нарушений вместе взятых. Для получения результатов теста перейдите в папку файла Executable Output и ищите файл с ранее указанными именами файлов.Слева направо, каждая строка в файле вывода определяет время, пробное положение, размер удара, скорость действия данных, задержку действия, визуальную задержку, визуальную скорость передачи данных, ошибку отслеживания и угол рулевого колеса. Чтобы разработать новый входной файл, откройте код дизайна wheelCon Mntn Bike Trail. м в папке Исходный код с Matlab.Выбрав этот раздел кода для желаемых параметров игры, нажмите Управление плюс T для uncomment, а затем нажмите Run. Файл ввода будет регенерирован в той же папке. Как следует из рисунка, в играх с визуальной или действия задержки, ошибка субъекта увеличилось с большими задержками.Ограничение скорости передачи данных в визуальном вводе или выходе действия привело к большим ошибкам. Эта цифра показывает аэродинамику во время испытаний либо только шишки, только повороты или два вместе взятых. Как вы смотрите это видео, вы должны быть знакомы с тем, как применить WheelCon для человека сенсорного исследования управления двигателем.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Measuring Circadian and Acute Light Responses in Mice using Wheel Running Activity

Измерение Циркадные и остром Ответы Свет в использовании колеса мыши Запуск активность

Circadian rhythms are physiological functions that cycle over a period of approximately 24 hours (circadian- circa: approximate and diem: day)1, 2.  They ...

Three Dimensional Vestibular Ocular Reflex Testing Using a Six Degrees of Freedom Motion Platform

Трехмерные вестибулярного рефлекса Тестирование с помощью шестью степенями свободы движения платформы

The vestibular organ is a sensor that measures angular and linear accelerations with six degrees of freedom (6DF). Complete or partial defects in the ...

Recording and Analysis of Circadian Rhythms in Running-wheel Activity in Rodents

Запись и анализ циркадных ритмов в рабочем колеса деятельность в Грызуны

When rodents have free access to a running wheel in their home cage, voluntary use of this wheel will depend on the time of day1-5. Nocturnal rodents, ...

Methods for Studying the Mechanisms of Action of Antipsychotic Drugs in Caenorhabditis elegans

Methods for Studying the Mechanisms of Action of Antipsychotic Drugs in Caenorhabditis elegans

Методы изучения механизмов действия антипсихотических препаратов в<em&gt; Caenorhabditis Элеганс</em

Caenorhabditis elegans is a simple genetic organism amenable to  large-scale forward and reverse genetic screens and chemical genetic screens. The C.  ...

A Simplified Method for Ultra-Low Density, Long-Term Primary Hippocampal Neuron Culture

Упрощенный метод для сверхнизкой плотности, Долгосрочное Первичный гиппокампа Нейрон культуры

Culturing primary hippocampal neurons in vitro facilitates mechanistic interrogation of many aspects of neuronal development. Dissociated embryonic ...

Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications

Изготовление High-Density Контакт, с плоским Интерфейс Нервные электроды для записи и стимуляция приложений

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic ...

An In Vitro Model for Studying Tau Aggregation Using Lentiviral-mediated Transduction of Human Neurons

Модель in экстракорпоральное для изучения агрегация Тау с использованием ленто-вирусно-опосредованное производство нейронов человека

Aberrant aggregation of the protein tau is pathogenically involved in a number of neurodegenerative diseases, including Alzheimer&#8217;s disease (AD). ...

&#181;Tongue: A Microfluidics-Based Functional Imaging Platform for the Tongue In Vivo

Ãƒâ€šÃ‚ÂµTongue: A Microfluidics-Based Functional Imaging Platform for the Tongue In Vivo

μTongue: функциональная платформа визуализации на основе микрофлюидики для языка in vivo

Intravital fluorescence microscopy is a tool used widely to study multicellular dynamics in a live animal. However, it has not been successfully used in ...

In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior

In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior

В городе Виво Беспроводной оптогенетический контроль квалифицированного двигательного поведения

Fine motor skills are essential in everyday life and can be compromised in several nervous system disorders. The acquisition and performance of these ...

A Flexible Platform for Monitoring Cerebellum-Dependent Sensory Associative Learning

Гибкая платформа для мониторинга мозжечкозависимого сенсорного ассоциативного обучения

Climbing fiber inputs to Purkinje cells provide instructive signals critical for cerebellum-dependent associative learning. Studying these signals in ...