Summary
स्पर्श स्वचालित उत्तेजक औधधि निष्क्रिय उंगली (टीएपीएस): हम छूने की भावना की जांच के लिए एक कंप्यूटर नियंत्रित डिवाइस का वर्णन. हम टीएपीएस के घटकों का वर्णन है, और शो कैसे टीएपीएस एक दो अंतराल मजबूर पसंद स्पर्श झंझरी अभिविन्यास परीक्षण प्रशासन के लिए प्रयोग किया जाता है.
Abstract
हालांकि स्पर्श स्थानिक तीक्ष्णता परीक्षण दोनों तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान और नैदानिक मूल्यांकन में उपयोग किया जाता है, कुछ स्वचालित उपकरणों त्वचा को नियंत्रित spatially संरचित उत्तेजनाओं देने के लिए मौजूद हैं. नतीजतन, जांचकर्ताओं अक्सर स्पर्श उत्तेजनाओं मैन्युअल लागू. मैनुअल उत्तेजना आवेदन समय लगता है, महान देखभाल और अन्वेषक के भाग पर एकाग्रता की आवश्यकता है, और कई प्रोत्साहन मापदंडों अनियंत्रित पत्ते. हम यहाँ एक कंप्यूटर नियंत्रित स्पर्श प्रोत्साहन प्रणाली, स्पर्श स्वचालित निष्क्रिय उंगली (टीएपीएस) उत्तेजक औधधि, कि spatially लागू होता है संरचित उत्तेजनाओं त्वचा के लिए, शुरुआत के वेग, संपर्क बल, और संपर्क की अवधि को नियंत्रित करने के लिए का वर्णन. टीएपीएस एक बहुमुखी, प्रोग्रामयोग्य प्रणाली, कुशलता psychophysical प्रक्रियाओं की एक किस्म का आयोजन करने के लिए सक्षम है. हम टीएपीएस के घटकों का वर्णन है, और शो कैसे टीएपीएस एक दो अंतराल मजबूर पसंद स्पर्श झंझरी अभिविन्यास परीक्षण प्रशासन के लिए प्रयोग किया जाता है.
इसी लेखक: डैनियल Goldreich
Protocol
परिचय
स्पर्श स्वचालित उत्तेजक औधधि निष्क्रिय फिंगर (टीएपीएस) कंप्यूटर नियंत्रित एक प्रणाली है कि त्वचा के खिलाफ संरचित सतहों प्रेस क्रम में एक व्यक्ति के स्पर्श स्थानिक तीक्ष्णता का आकलन करने के लिए है. हम डिजाइन और Duquesne विश्वविद्यालय में डिवाइस का निर्माण, और यह McMaster विश्वविद्यालय में अपने मौजूदा फार्म के लिए संशोधित. यहाँ, हम टीएपीएस के समारोह के एक सिंहावलोकन प्रदान करते हैं. हम तो डिवाइस के घटकों का वर्णन क्रम में अन्य शोधकर्ताओं द्वारा अपने प्रजनन की सुविधा. अंत में, हम बताते हैं कैसे टीएपीएस एक psychophysical प्रयोग आचरण करने के लिए प्रयोग किया जाता है.
1. डिवाइस अवलोकन
टीएपीएस गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करता है त्वचा (छवि 1) के खिलाफ एक उत्तेजना की सतह दबाएँ. विषय के हाथ प्रवण की स्थिति में आराम से एक tabletop पर टिकी हुई है. उंगलियों (या अन्य त्वचा के लिए परीक्षण किया क्षेत्र) तालिका में एक सुरंग में निहित है. तालिका के नीचे, एक stepper मोटर एक डिस्क है कि अप करने के लिए 40 उत्तेजना टुकड़े रखती rotates, एक सुरंग के तहत टुकड़े की स्थिति. ग्रेविटी एक rotatable छड़ी के एक छोर से लटका जन पर एक नीचे बल डाल रही है. एक गाड़ी से एक रैखिक actuator के विस्तार क्रॉसबार के बढ़ने से छड़ी रोकता है. Actuator मोटर्स के रूप में आगे, छड़ी pivots, गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में एक उत्तेजना टुकड़ा ऊपर दबाने सुरंग के माध्यम से और त्वचा पर. साधारण भौतिकी के गति के साथ जो उत्तेजना सतह करने के लिए त्वचा से संपर्क उगता actuator की गति, और फांसी द्रव्यमान का स्पर्श उत्तेजना के स्थिर बल वजन संबंधित है. के रूप में actuator अपनी शुरू की स्थिति के लिए छड़ी वापसी की दिशा पराजयों, उत्तेजना टुकड़ा चला जाता है. इस प्रकार, इस डिवाइस नियंत्रित बल, वेग, संपर्क अवधि, और अंतर - उत्तेजना अंतराल के साथ स्पर्श उत्तेजनाओं लागू होता है. विषय गैर परीक्षण हाथ के साथ एक बटन के लिए एक प्रतिक्रिया रजिस्टर का चयन करता है. टीएपीएस प्रतिक्रिया का पता लगाता है और अगले प्रोत्साहन देने आय है.
चित्रा 1 नल का भौतिकी. टीएपीएस दोनों शुरुआत वेग और स्थिर राज्य प्रोत्साहन के बल नियंत्रित करता है.
शुरुआत वेग: (लाल) रैखिक actuator से क्रॉसबार के रूप में वेग के साथ सही करने के लिए कदम 1 वी, rotating रॉड के बाईं अंत गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के तहत बूँदें, इसलिए छड़ी का सही अंत की दिशा में एक उत्तेजना टुकड़ा ऊपर प्रेस वेग के साथ उंगली वी 2 = वी 1 (2 एल / एल 3). एक के बाद से वी कंप्यूटर नियंत्रण के अधीन है, 2 वी किसी भी अन्वेषक द्वारा वांछित मूल्य करने के लिए सेट किया जा सकता है.
सेना: ग्रेविटी मास एम पर एक नीचे बल, 1 एफ = मिलीग्राम, डालती है (जहाँ जी = m / s 2 9.8) . यह उत्तेजना टुकड़ा एक उर्ध्व बल, 2 एफ के साथ उंगली के खिलाफ प्रेस का कारण बनता है . एक massless छड़ी के लिए, 2 एफ एफ = 1 (1 एल / एल 2). चूंकि रॉड massless वास्तव में नहीं है, 2 एफ empirically निर्धारित किया जाता है एक बल सेंसर के साथ माप के द्वारा,. 2 एफ ठीक समायोजन करने के लिए, अन्वेषक को छड़ी के साथ एम के स्थिति बदल सकते हैं. 2 एफ बढ़ जाती है थोड़ा के रूप में एम बाईं ओर ले जाया जाता है (1 एल बढ़ती), और थोड़ा घटने के रूप में एम सही करने के लिए ले जाया जाता है (1 एल घटते ). 2 एफ बड़ा समायोजन करने के लिए, बड़े पैमाने पर बदला जा सकता है.
2. अवयव और डिवाइस समारोह का विवरण
i. चलती भागों
टीएपीएस दो stepper मोटर्स, रैखिक actuator के गाड़ी ड्राइव, और एक अन्य का उपयोग करता है डिस्क युक्त प्रोत्साहन टुकड़े को घुमाने. इन दो मोटर्स 'टीएपीएस चलती भागों के सभी नियंत्रण है. इन भागों एक कम तालिका है कि यंत्रवत् ऊपरी तालिका जिस पर इस विषय के हाथ टिकी हुई से uncoupled है पर झूठ. क्योंकि दो तालिकाओं uncoupled कर रहे हैं, मोटर्स की वजह से कंपन को त्वचा के लिए स्थानांतरण नहीं है. तालिकाओं को ध्यान से इतना जुड़ रहे हैं कि ऊपरी तालिका के माध्यम से सुरंग उत्तेजना rotating रॉड से संपर्क टुकड़ा सीधे ऊपर स्थित है.
हम घूर्णन डिस्क की परिधि के आसपास machined 40 वर्ग स्लॉट्स, प्रोत्साहन के टुकड़े को समायोजित. हम दौर प्लास्टिक की छड़, मशीनिंग छड़ से उत्तेजना के टुकड़े का निर्माण वर्ग शाफ्ट कि डिस्क के स्लॉट में फिट है. यह सुनिश्चित करता है कि टुकड़े उनके स्लॉट के भीतर घुमाएगी नहीं के रूप में डिस्क spins. हम टुकड़े के दौर चेहरे में उत्तेजना सतहों में कटौती.
जब actuator कैरिज मोटर्स आगे, फांसी जन विपरीत rotating रॉड के अंत चयनित प्रोत्साहन टुकड़े के नीचे से संपर्क करने के लिए उगता है. क्योंकि रॉड यह झूलों के रूप में एक चाप ऊपर की तरफ का वर्णन है, यह एक हल्के प्लास्टिक असर पहिया उत्तेजना टुकड़ा के नीचे के साथ घर्षण को समाप्त करने के साथ फिट है. यह प्लास्टिक पहिया थोड़ा में rotates के रूप में यह धक्काtimulus टुकड़ा उर्ध्व,, प्लास्टिक पहिया के बिना छड़ी के अंत टुकड़ा के आधार थोड़ा laterally खींच (चित्र में बाईं दिशा में 1.) होता है, सुरंग के भीतर जाम ऊपरी तालिका के माध्यम से टुकड़ा कारण. आगे टुकड़ा की एक चिकनी उर्ध्व प्रक्षेपवक्र सुनिश्चित करने के लिए, सुरंग एक प्लास्टिक की कॉलर है कि सुरंग के केंद्र की ओर टुकड़ा प्रत्यक्ष टुकड़ा उगता beveled है के साथ फिट है.
द्वितीय. सेंसर
टीएपीएस छह सेंसर का उपयोग करता है उचित कार्यकरण सुनिश्चित: दो घर सेंसर, तीन सीमा सेंसर, और एक बल सेंसर.
actuator और डिस्क घर सेंसर कंप्यूटर का संकेत है कि actuator कैरिज और डिस्क एक प्रयोग के शुरू में अपने वांछित प्रारंभिक स्थिति में हैं. actuator घर सेंसर एक हॉल प्रभाव संवेदक है, डिस्क घर सेंसर एक U-आकार photoelectric सेंसर है, सक्रिय जब कड़ी डिस्क रिम के लिए सरेस से जोड़ा हुआ कागज का एक टुकड़ा अवरक्त संवेदक बीम टूट जाता है. जब डिस्क घर की स्थिति में है, एक विशेष स्लॉट में सीधे सुरंग के तहत ऊपरी तालिका में गठबंधन किया है. सभी बाद डिस्क आंदोलन गणना इस ज्ञात शुरू करने की स्थिति के सापेक्ष बना रहे हैं.
तीन सीमा सेंसर की खराबी के मामले में सुरक्षा सुविधाओं के रूप में सेवा करते हैं. एक नियंत्रण की खराबी की संभावना नहीं घटना में actuator गाड़ी के भगोड़ा आंदोलन को रोकने के के लिए, actuator आगे और रिवर्स सीमा सेंसर (हॉल प्रभाव सेंसर) के साथ फिट है. यदि सक्रिय, इन कटौती actuator करने की शक्ति. घटना में है कि एक उत्तेजना टुकड़ा सुरंग में फंस जाता है में डिस्क आंदोलन को रोकने के के, एक अवरक्त सेंसर रेट्रो - चिंतनशील ऊपरी मेज के नीचे की सतह से जुड़ी है. एक टुकड़ा है कि पर्याप्त ऊंचा है सुरंग में प्रवेश करने के लिए इस संवेदक द्वारा अवरक्त बीम डाली टूट जाता है, और ब्लॉक डिस्क stepper मोटर तक पहुँचने से आदेश voltages.
छठे और अंतिम सेंसर बल सेंसर है कि विषय के नाखून पर धीरे टिकी हुई है (छवि 2) है. यह नीचे सेंसर का पता लगाता है (सुरंग में), पिछड़े या आगे उंगली आंदोलन. कार्यक्रम के परीक्षण में जो आंदोलन हुआ छोड देता है. क्योंकि सेंसर एक कठोर बांह से जुड़ा हुआ है, यह अतिरिक्त संपर्क पर निष्क्रिय ऊपर की तरफ बढ़ती टुकड़ा के साथ चलती से उंगली को रोकता है. चूंकि हम टीएपीएस का उपयोग करने के लिए निष्क्रिय (उंगली स्थिर) स्पर्श स्थानिक तीक्ष्णता परीक्षण, बल सेंसर एक महत्वपूर्ण तत्व है. उंगली आंदोलन के खिलाफ अंतिम एहतियात के रूप में, हम प्लास्टिक बाधाओं धीरे जगह उंगली पार्श्व आंदोलनों को रोकने के पक्ष के खिलाफ.
चित्रा 2 सेना के लिए उंगली आंदोलन का पता लगाने के लिए सेंसर ए नख की छल्ली के पास सतह करने के लिए 90 डिग्री पर बल सेंसर प्रेस, 50 और 80 ग्राम के बीच एक शक्ति के साथ. बी उदाहरण बल सेंसर एक दूसरे पूर्ववर्ती दिखा ट्रेस उंगली से उत्तेजना टुकड़ा, स्थिर उंगली के साथ संपर्क बनाए रखा के एक दूसरे के द्वारा पीछा संपर्क करें. ध्यान दें कि, संपर्क (समय = 0) पर, नीचे से उत्तेजना टुकड़ा के बल उंगली और अधिक मजबूती से ऊपर सी. सेंसर (बल का पता लगाने में बढ़ती ढलान) के खिलाफ धक्का. यदि इस विषय उंगली नीचे स्थानांतरित करने का प्रयास बेहतर महसूस करने के लिए उत्तेजना की सतह, तो नख और सेंसर के बीच बल घटता है (तीर). सेंसर भी बल उतार चढ़ाव रजिस्टर अगर विषय उंगली पीछे या आगे चलता है. टीएपीएस किसी भी परीक्षण में जो सेंसर और एक सीमा राशि (उदाहरण के लिए, 20 ग्राम) की तुलना में अधिक से नख fluctuates के बीच संपर्क के बल जबकि त्वचा उत्तेजना की सतह के साथ संपर्क में है त्यागने के लिए क्रमादेशित है. एक कंप्यूटर जनित आवाज का प्रयोग, टीएपीएस वैकल्पिक विषय है कि आंदोलन का पता चला था आगाह कर सकते हैं.
iii. कंपन और ध्वनि भिगोना
'टीएपीएस stepper मोटर्स कंपन उपज है, और इस बारी में ध्वनि का कारण बनता है. दोनों कंपन और ध्वनि अवांछनीय हैं. कंपन, अगर त्वचा को प्रेषित, विषय को स्पर्श कार्य करने की क्षमता के साथ हस्तक्षेप कर सकता है. समय के साथ, कंपन भी टीएपीएस घटकों में यांत्रिक अस्थिरता का कारण बन सकता है. ध्वनि विषय विचलित सकता है. इन कारणों के लिए, हम दोनों कंपन और ध्वनि को कम करने, और विषय तक पहुँचने से किसी भी कंपन को रोकने के कदम उठाए हैं.
सबसे महत्वपूर्ण बात, निचले और ऊपरी तालिकाओं एक दूसरे से संपर्क नहीं करते. वे अर्थों में ही जुड़े हुए हैं कि वे दोनों मंजिल संपर्क. इसलिए, मोटर्स से कंपन है, जो कम मेज पर आराम, विषय के हाथ है, जो ऊपरी मेज पर टिकी हुई है नहीं फैलता है. इसके अतिरिक्त, कंपन और ध्वनि के रूप में निम्नानुसार कम कर रहे हैं: एक शीसे रेशा कम तालिका enclosing पर्दा डिवाइस ध्वनि ढंक; / पीवीसी फाईबेर विरोधी कंपन पैड actuator और उसके आधार के बीच sandwiched actuator - उत्पादित कंपन के कुछ अवशोषित प्रबलित; actuator के आधार पर चार रबर बेलनाकार सैंडविच mounts है कि सेवा के लिए आगे कंपन गीला हो जाना बैठता है, डिस्क stepper मोटर आधार भी रबर माउंट पर बैठता है ( सिरिंज सवार), रबर और सिलिकॉन O-अंगूठी प्रोत्साहन टुकड़े के शाफ्ट के चारों ओर, खटखटाना को कम करने के रूप में डिस्क बदल जाता है.
iv. प्रोत्साहन मोहरे
टीएपीएस संशोधित आधा इंच व्यास छड़ का उपयोग करता है त्वचा (छवि 3) के खिलाफ spatially संरचित सतहों प्रेस. छड़ वर्ग शाफ्ट machined रहे हैं. छड़ के दौर चेहरे उत्तेजना सतहों होते हैं, छड़ के वर्ग शाफ्ट घूर्णन डिस्क की परिधि के चारों ओर 40 वर्ग स्लॉट में फिट, सुनिश्चित करना है कि उत्तेजना सतहों डिस्क spins के रूप में उनके उचित झुकाव को बनाए रखने.
कोई उत्तेजना सतहों रॉड चेहरे में machined जा सकता है. हम टीएपीएस का इस्तेमाल किया है मुख्य रूप से वर्ग की लहर gratings (यानी, समानांतर लकीरें और grooves) लागू करने के लिए. इन बनाने के लिए, हम 0.5 "व्यास Delrin प्लास्टिक बेलनाकार छड़, 3" लंबे समय के साथ शुरू कर दिया. एक Sherline मिलिंग मशीन का उपयोग करना, हम 2.75 छड़ काट "लंबे, 2 के साथ" लंबे समय वर्ग अनुभाग पार शाफ्ट (8.7 x 8.7 मिमी), और एक .75 "लंबी, 12.74 मिमी व्यास दौर बेलनाकार सिर हम तो grooves के milled. दौर उत्तेजना सतहों बनाने के लिए चेहरे में प्रत्येक उत्तेजना सतह बराबर रिज और नाली की चौड़ाई है हम नाली चौड़ाई के साथ टुकड़े 0.25 से 0.15 मिमी की वेतन वृद्धि में 3.10 मिमी से लेकर बनाया है. हम इन 20 नाली चौड़ाई में से प्रत्येक के लिए दो समान प्रोत्साहन टुकड़े किए 40 कुल टुकड़ों में जिसके परिणामस्वरूप हम तो जैसे डिस्क के वर्ग स्लॉट है कि प्रत्येक नाली चौड़ाई में प्रतिनिधित्व किया था में टुकड़े डाला. दोनों ऊर्ध्वाधर (उंगली की लंबी अक्ष के समानांतर) और क्षैतिज (उंगली की लंबी अक्ष के लिए अनुप्रस्थ ) अभिविन्यास.
चित्रा 3 प्रोत्साहन टुकड़ा. प्रत्येक उत्तेजना की सतह 0.5 इंच की एक व्यास Delrin छड़ी के चेहरे में milled है. छड़ी के आधार करने के लिए एक वर्ग पार अनुभाग है काट रहा है, यह घूर्णन डिस्क में वर्ग कटआउट में फिट करने के लिए अनुमति देता है. दिखाया टुकड़ा की सतह के समानांतर समान चौड़ाई की लकीरें और grooves के साथ, एक वर्ग तरंग झंझरी है.
v. कंप्यूटर नियंत्रण
टीएपीएस एक पूरी तरह से स्वचालित प्रणाली कंप्यूटर नियंत्रित है. कई कंप्यूटर हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर विन्यास के लिए डिवाइस नियंत्रण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. वर्तमान में हम एक Macintosh G3 चल LabVIEW 6.1 (नेशनल इंस्ट्रूमेंट्स) का उपयोग करें. कंप्यूटर एक stepper मोटर actuator और डिस्क मोटर्स आदेश है, और ड्राइवर के लिए घर सेंसरों और सीमा स्विच पढ़ने के साथ एक मोटर नियंत्रक बोर्ड के माध्यम से संचार. एक PCI डाटा अधिग्रहण बोर्ड बल सेंसर और विषय प्रतिक्रिया बटन पढ़ता है.
vi. सेना और समय सीमाएं
सेना सीमा: हम टीएपीएस का इस्तेमाल किया है 10 से 50 ग्राम से लेकर बलों के साथ उत्तेजनाओं देने. हमें संदेह है घटकों में है कि घर्षण के बारे में 5 ग्राम से कम बलों पर उत्तेजनाओं के वितरण में बाधा है, और कुछ यांत्रिक अस्थिरता के बारे में 100 ग्राम से अधिक में सेना के लिए पैदा होता है कि.
अंतर - उत्तेजना अंतराल (आईएसआई): उत्तेजना सतहों और उंगली के बीच की दूरी, और रैखिक actuator और डिस्क stepper मोटर के स्थिर गति, साथ आईएसआई पर एक कम सीमा है कि उपकरण प्राप्त कर सकते हैं सेट. हम के बारे में 1.5 सेकंड में इस सीमा का अनुमान है. इस प्रकार, इस डिवाइस मास्किंग प्रयोगों, जो उप दूसरा आईएसआई की आवश्यकता होती है जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है.
3. एक प्रयोग का आयोजन
यहाँ हम एक प्रोटोकॉल है जिसके लिए टीएपीएस इस्तेमाल किया जा सकता का वर्णन एक दो अंतराल (2 आईएफसी) मजबूर पसंद झंझरी Bayesian अनुकूली ट्रैकिंग के साथ अभिविन्यास कार्य (पास). टीएपीएस कई अन्य psychophysical प्रोटोकॉल के लिए क्रमादेशित किया जा सकता है के रूप में अच्छी तरह से. हम इसे इस्तेमाल किया है पहले से 1,2 सीढ़ी ट्रैकिंग के साथ और लगातार उत्तेजनाओं की विधि के साथ 2-आईएफसी प्रयोगों का संचालन. बेशक, यह हाँ / नहीं के रूप में के रूप में अच्छी तरह से 2 - आईएफसी प्रक्रियाओं का संचालन करने में सक्षम है.
के लिए 2 आईएफसी कार्य पास, हम वर्ग तरंग gratings है कि के साथ उंगली के बाहर पैड से संपर्क का उपयोग करें 4 सेमी / सेक शुरुआत वेग, 50 ग्राम संपर्क बल, और 1 सेकंड संपर्क अवधि. Gratings के समान नाली चौड़ाई के साथ, लेकिन अभिविन्यास में 90 डिग्री भिन्न: प्रत्येक परीक्षण दो अनुक्रमिक उत्तेजना प्रस्तुतियों (2 सेकंड आईएसआई) के होते हैं. एक प्रस्तुति में, grooves खड़ी गठबंधन कर रहे हैं (समानांतर), और दूसरे में, क्षैतिज (अनुप्रस्थ), उंगली की लंबी अक्ष के लिए. प्रोत्साहन क्रम बेतरतीब ढंग से कंप्यूटर प्रोग्राम द्वारा चुना जाता है. विषय इंगित करता है कि क्षैतिज अभिविन्यास पहले या दूसरे अंतराल में हुई गैर परीक्षण हाथ के साथ एक दो बटन दबाकर. एक Bayesian अनुकूली विधि जी समायोजित कर देता हैroove परीक्षण से परीक्षण करने के लिए चौड़ाई.
हम साई (Ψ) विधि, एक Bayesian अनुकूली एल्गोरिथ्म 3 का एक संशोधित संस्करण के साथ क्रमादेशित टीएपीएस . इस विधि पारंपरिक अनुकूली तरीकों पर सीढ़ी तरीकों के रूप में कई फायदे है. सबसे पहले, साई विधि psychometric समारोह (जैसे, 71% एक 1 - अप 2 नीचे सीढ़ी के द्वारा अनुमान दहलीज) पर न सिर्फ एक एकल बिंदु है, लेकिन पूरे psychometric समारोह का अनुमान है. दूसरा, विधि पैदावार Bayesian psychometric समारोह के मापदंडों के लिए पीछे प्रायिकता वितरण (और इस तरह विश्वास अंतराल). अंत में, विधि कुशल है. यह संभव psychometric समारोह आकृतियों की स्मृति कई हजारों में रखती है, और प्रत्येक प्रतिक्रिया के बाद अद्यतन प्रत्येक समारोह के पीछे संभावना है. यह तो एक उम्मीद एंट्रोपी न्यूनीकरण प्रक्रिया का उपयोग करता है के बगल में उत्तेजना का चयन, कि है, यह एक परीक्षण है कि जानकारी के लाभ को अधिकतम करने करने के लिए उम्मीद है पर प्रोत्साहन चुनता है.
Kontsevich और टायलर 3 के बाद, हम उत्तेजना स्तर के एक शक्ति समारोह के रूप में घ प्रधानमंत्री मॉडलिंग, और प्रत्येक विषय psychometric समारोह - पी (x) ग, उत्तेजना का स्तर, एक्स के एक समारोह के रूप में एक सही जवाब की संभावना का एक मिश्रण के रूप में एक संचयी सामान्य (probit) समारोह और एक चूक दर शब्द: 
यहाँ, एक सीमा (उत्तेजना 76% सही जवाब संभावना इसी स्तर, घ प्रधानमंत्री = 1) है, और ख ढलान विषय psychometric समारोह के.
हम अज्ञात मूल्य का एक पैरामीटर के रूप में चूक दर (डेल्टा) के उपचार के द्वारा Ψ एल्गोरिथ्म संशोधित, और प्रत्येक परीक्षण के बाद एक "अनुमान लगा Bayes कारक" की गणना के द्वारा: 
यह Bayes कारक संभावना अनुपात है कि एक परिकल्पना के तहत डेटा की संभावना की तुलना है, कि इस विषय, 2 परिकल्पना के तहत डाटा की संभावना अनुमान लगा है, कि इस विषय में एक psychometric समारोह है है. अंश विषय डेटा की संभावना है, डी (नाली प्रस्तुत चौड़ाई की प्रत्येक में सही और गलत प्रतिक्रियाएं) दिया है कि इस विषय में केवल सभी अप करने के लिए और वर्तमान परीक्षण सहित के परीक्षणों पर अनुमान लगा रहा है (50% प्रायिकता सही). भाजक एल्गोरिथ्म विषय psychometric समारोह का सबसे अच्छा अनुमान दिया डेटा की संभावना है. हमारे अनुभव में, सबसे युवा विषयों के लिए Bayes कारक तेजी से परीक्षण ब्लॉक की प्रगति के रूप में शून्य दृष्टिकोण है, यह दर्शाता है है कि विषय के प्रदर्शन एक psychometric समारोह के अनुरूप. कुछ पुराने विषयों के लिए, Bayes कारक एक के ऊपर उगता है, यह दर्शाता है कि विषय के लिए कार्य करने में असमर्थ है. टीएपीएस अगर अनुमान लगा Bayes कारक परीक्षणों की एक निर्दिष्ट संख्या के बाद एक सीमा के मूल्य को पार कर गया है परीक्षण ब्लॉक समाप्त करने के लिए क्रमादेशित किया जा सकता है.
4. परिणाम
चित्रा 4 एक प्रयोगात्मक ब्लॉक 40 परीक्षणों के एक 2-आईएफसी पास प्रयोग से मिलकर पता चलता है. यह 40-परीक्षण ब्लॉक 80 उत्तेजनाओं के विषय की सही मध्यम उंगली करने के लिए 1 सेकंड संपर्क की अवधि और एक एकल परीक्षण में संपर्कों के बीच 2 सेकंड आईएसआई के साथ शामिल है. विषय के 76% सही दहलीज 1.7 मिमी, दहलीज पैरामीटर (पैनल सी) के लिए पीछे प्रायिकता घनत्व समारोह (पीडीएफ) के मोड द्वारा संकेत के रूप में किया गया था. 1.9 मिमी - 95% विषय दहलीज पैरामीटर, पीछे पीडीएफ की चौड़ाई से संकेत, के लिए विश्वास का अंतराल 1.3 था.
चित्रा 4 एक 2 अंतराल झंझरी मजबूर पसंद ओरिएंटेशन कार्य के परिणाम से.. एक प्रयोगात्मक ब्लॉक, इस मामले में 40 सही मध्यम उंगली करने के लिए लागू परीक्षणों के शामिल है. विषय सही (प्लस प्रतीकों) और विभिन्न नाली चौड़ाई पर (खुला हलकों) गलत प्रतिक्रियाओं परीक्षण संख्या के खिलाफ प्लॉट किए जाते हैं. एक Bayesian अनुकूली विधि (पाठ देखें) नाली चौड़ाई के लिए लागू करने के लिए, विषय के प्रदर्शन के आधार पर निर्धारित अनुक्रम बी. इस विषय के लिए सबसे फिट psychometric समारोह. सी. विषय के 76% सही नाली चौड़ाई के लिए पोस्टीरियर प्रायिकता घनत्व समारोह ( psychometric समारोह पैरामीटर, d प्रधानमंत्री = 1 करने के लिए इसी).
Discussion
spatially संरचित यांत्रिक उत्तेजनाओं के नियंत्रित वितरण दृश्य या श्रवण उत्तेजनाओं, जिसके लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उपकरणों (कंप्यूटर स्क्रीन, ऑडियो वक्ताओं) इस्तेमाल किया जा सकता है की डिलीवरी में पेश आ रही चुनौतियों नहीं बन गया है. इस कारण से, कई स्पर्श psychophysics प्रयोगों अभी भी मैनुअल उत्तेजना वितरण का उपयोग कर रहे हैं.
स्पर्श उत्तेजनाओं के मैनुअल प्रसव के समय लगता है, और महान और अन्वेषक के भाग पर ध्यान और एकाग्रता की आवश्यकता है. उदाहरण के लिए, Bleyenheuft एट अल 4. रिपोर्ट है कि "त्वचा सीधा विरूपण के लगभग 1-2 मिमी मैनुअल आवेदन में इस्तेमाल किया गया था ... परीक्षक विशेष रूप से त्वचा और झंझरी जो उपाय बिगाड़ना सकता है के बीच किसी भी कर्तन तनाव से बचने के लिए ध्यान था. ".. शायद क्योंकि पुस्तिका उत्तेजना वितरण अपेक्षाकृत धीमी है और एकाग्रता गहन, कई अध्ययनों से इस पद्धति का उपयोग करके हाँ / नहीं (सिर्फ एक परीक्षण के प्रति उत्तेजना) दो अंतराल मजबूर पसंद प्रोटोकॉल के बजाय कार्यरत है.
दुर्भाग्य से, जब भी बहुत ख्याल रखा है, मैनुअल उत्तेजना प्रसव के कई प्रोत्साहन मापदंडों अनियंत्रित छोड़ देता है. इन मानकों को प्रोत्साहन बल, शुरुआत वेग, अवधि, और त्वचा पर प्रोत्साहन की सतह की स्थिरता शामिल हैं. इन मानकों, शायद सबसे अच्छा प्रदर्शन पर इसके प्रभाव के लिए सम्मान के साथ अध्ययन प्रोत्साहन बल. मनुष्य इंडेंटेशन गहराई में परिवर्तन के रूप में 500 से 1200 5 microns से उंगलियों पर झंझरी अभिविन्यास भेदभाव में प्रगतिशील सुधार दिखा, 50 ग्राम 1 बल पर की तुलना में 10 ग्राम बल पर प्रदर्शन बेहतर है, हालांकि आगे कोई सुधार 50 ग्राम और 200 6 ग्राम के बीच मनाया जाता है. झंझरी का पता लगाने (एक grooved सतह से एक चिकनी भेद) जैसे अन्य अनुप्रयोगों के लिए, बल में वृद्धि काफी 10 से 200 ग्राम 2,6 की रेंज भर में प्रदर्शन में सुधार .
इन मैनुअल के परीक्षण के साथ जुड़े चुनौतियों पर काबू पाने के लिए, हम स्वचालित प्रणाली, टीएपीएस विकसित की है. इमारत टीएपीएस में हमारा उद्देश्य को नियंत्रित स्पर्श उत्तेजना आवेदन के लिए एक सरल, सुरक्षित, बहुमुखी, कुशल और सस्ती डिवाइस बनाने के लिए किया गया. गुरुत्वाकर्षण के नियंत्रित उपयोग एक स्पर्श उत्तेजना को लागू करने के लिए एक सरल और सुरक्षित तरीका है. सुरक्षा सुनिश्चित है, क्योंकि त्वचा के खिलाफ बल गुरुत्वाकर्षण के कारण अधिक नहीं हो सकता. शक्तिशाली रैखिक actuator केवल त्वचा पर गुरुत्वाकर्षण के बल हस्तांतरण, और तब संपर्क करने के लिए वापस लेने के लिए कार्य करता है. बहुमुखी डिवाइस है, के रूप में यह किसी भी उत्तेजना सतहों को समायोजित (या पर संलग्न) में आधा इंच व्यास छड़ के सिरों machined, और psychophysical प्रोटोकॉल की एक किस्म को चलाने के लिए क्रमादेशित किया जा सकता है. टीएपीएस कुशल है, के रूप में यह तेजी से उत्तेजनाओं तैनात, और अनुकूली एल्गोरिदम timesaving चला सकते हैं. अंत में, टीएपीएस के घटकों के छोटे अनुदान धारकों के लिए सस्ती कर रहे हैं. मोटर्स लगभग 1,500 डॉलर की लागत, बिजली के घटकों (कंप्यूटर को छोड़कर, लेकिन PCI बोर्डों और stepper मोटर चालक सहित), लगभग 6,000 डॉलर है. लगभग 1,000 डॉलर के लिए एक मिनी - मिलिंग मशीन और सामान खरीदा जा सकता है, या मिल के लिए एक पेशेवर इंजीनियर काम पर रखा जा सकता है प्रोत्साहन के टुकड़े और अन्य छोटे भागों.
हमें उम्मीद है कि इस प्रणाली दूसरों के द्वारा दोहराया जाएगा, और सेवा को नियंत्रित स्पर्श परीक्षण है, जो हाल के वर्षों में आशाजनक 5,7,8,9 प्रगति देखा है की ओर बढ़ने को बढ़ावा देने के.
Acknowledgments
यह काम राष्ट्रीय नेत्र संस्थान अनुदान 1 EY13649 01-R15, और प्राकृतिक विज्ञान और कनाडा के इंजीनियरिंग रिसर्च काउंसिल () NSERC से एक व्यक्ति डिस्कवरी अनुदान द्वारा समर्थित किया गया. धातु मशीनिंग के लिए, और डिवाइस डिजाइन और निर्माण पर विचार - विमर्श के लिए Deda गिलेस्पी के लिए विशेष धन्यवाद.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Delrin plastic rods 0.5” diameter 3” long | Small Parts | ZRD-08 | Rods from which the stimulus pieces are made |
| Chrome-steel bearing, 0.5" bore diameter | Small Parts | BR-08-01 | Pivot for the rotating rod |
| Plastic bearing, 0.5” bore, 1.125” outer diameter, 0.25” thick | Small Parts | BRP-08-01 | Wheel at end of rotating rod |
| Fiberglass curtain, 0.75” thick | McMaster-Carr | 9781T83 | Sound absorbing curtain around lower table |
| Silicone O-rings 5/16" inside diameter | McMaster-Carr | AS568A- 011 | To reduce vibration of stimulus pieces |
| Anti-Vibration Pads 2"x 2", 93 PSI max | McMaster-Carr | 60105K61 | Put under the linear actuator |
| Rubber sandwich mounts 1/2" H x 3/8" W | McMaster-Carr | 9378K11 | Put under linear actuator base |
| Stepper motor Nema 23, 3-stack | Industrial Devices | S23 | For rotating the stimulus disk |
| Linear rodless actuator | Industrial Devices | R2S23N-105A-18-l-M35M | To control rotating bar movement |
| 1 Hall effect switch “normally open” config. | Industrial Devices | RP1 | Actuator home sensor |
| 2 Hall effect switches “normally closed” config. | Industrial Devices | RP2 | Actuator limit sensors |
| Micro switch | Honeywell | FSG15N1A | Finger force sensor |
| Retro-reflective sensor | Honeywell | FE7B-RB6VG-M | Piece position sensor |
| Motor controller board, closed-loop control | National Instruments | PCI-step-4CX | Mediates communication between computer and Nudrive |
| Nudrive stepper motor driver | National Instruments | Nudrive 4SX-211 | Sends command voltages to the linear actuator and disk stepper motors |
| Data acquisition board | National Instruments | PCI-MIO-16E-1 | Reads finger force sensor |
| LabVIEW | National Instruments | Programming language | |
| Valuemotion library | National Instruments | Motor control routines | |
| Phot–lectric sensor | Panasonic | PM-K53-C1 | Disk home sensor |
| Mini milling machine | Sherline | 2010-DRO | For machining the stimulus surfaces |
| Ohaus precision mass set | Edmund Scientific | Mass on rotating bar | |
| Parrish Magic Line aluminum cake pan bottom, 9” diam. | Sur La Table | Rotating disk machined with square cut-outs to hold the stimulus pieces | |
References
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- Goldreich, D. &, Kanics, I. M. Performance of blind and sighted humans on a tactile grating detection task. Percept. Psychophys. 68, 1363-1371 (2006).
- Kontsevich, L. L. &, Tyler, C. W. Bayesian adaptive estimation of psychometric slope and threshold. Vision. Res. 39, 2729-2737 (1999).
- Bleyenheuft, Y., Cols, C., Arnould, C. &, Thonnard, J. L. Age-related changes in tactile spatial resolution from 6 to 16 years. Somatosens. Mot. Res. 23, 83-87 (2006).
- Johnson, K. O. &, Phillips, J. R. Tactile spatial resolution. I. Two-point discrimination, gap detection, grating resolution, and letter recognition. J. Neurophysiol. 46, 1177-1192 (1981).
- Gibson, G. O. &, Craig, J. C. The effect of force and conformance on tactile intensive and spatial sensitivity. Exp. Brain Res. 170, 172-181 (2006).
- Johnson, K. O. &, Phillips, J. R. A rotating drum stimulator for scanning embossed patterns and textures across the skin. J. Neurosci. Methods. 22, 221-231 (1988).
- Craig, J. C. Grating orientation as a measure of tactile spatial acuity. Somatosens. Mot. Res. 16, 197-206 (1999).
- Killebrew, J. H. A dense array stimulator to generate arbitrary spatio-temporal tactile stimuli. J. Neurosci. Methods. 161, 62-74 (2007).
