Waardoor een hoge Grijswaarden resolutie schermen en nauwkeurig Response Time Metingen aan conventionele computers
29 februari 2012
Conventionele computer hardware niet kan genereren visuele stimuli met voldoende hoge resolutie in grijswaarden en meten responstijden met voldoende nauwkeurigheid. We beschrijven hoe de VideoSwitcher om hoge-resolutie monochrome schermen te produceren, en de RTbox om responstijden meten met hoge nauwkeurigheid op conventionele computer hardware te gebruiken.
Deze video demonstreert hoe je high-resolutie grijsschalenschermen kunt inschakelen en nauwkeurige responstijdmetingen kunt uitvoeren op conventionele computers. Dit wordt bereikt met behulp van twee betaalbare apparaten, een videoschakelaar en een RT-box, die op de computer zijn aangesloten. Vervolgens wordt het scherm gekalibreerd om ervoor te zorgen dat de beeldintensiteiten nauwkeurig zijn.
Een golfgradiënt met en zonder verhoogde grijsschalenresolutie wordt gebruikt om de verbeterde grijsschalenresolutie te demonstreren. Gesimuleerde knopreacties van een lichtsignaal worden gebruikt om de nauwkeurigheid van de responstijdmetingen te demonstreren. Het belangrijkste voordeel van de videoschakelaar ten opzichte van bestaande methoden zoals b plus plus en data pex is dat het onderzoekers in staat stelt om monochrome displays te genereren met hoge graadniveauresolutie met behulp van conventionele computerhardware.
Het kan ook triggersignalen leveren om visuele weergaven te synchroniseren met fysiologische opnamen of responstijdmetingen. De RT-box maakt metingen van responstijden met hoge nauwkeurigheid mogelijk. Het voordeel van de RT-box ten opzichte van een computertoetsenbord is dat het een microprocessor en een hoge resolutie klok gebruikt om de identiteiten en timing van knopgebeurtenissen vast te leggen.
Dus de gemeten responstijden worden niet beïnvloed door potentiële timingonzekerheden of vooroordelen geassocieerd met datatransmissie en verwerking in de hostcomputer. Het vereenvoudigt ook de ontwerp van gebruikersprogramma's aanzienlijk. Voordat je de videoschakelaar installeert, zet je de computer en de monitor uit en koppel je de monitor los van de computer grafische kaart.
Sluit de videoschakelaar rechtstreeks aan op de grafische kaart van de computer met behulp van de meegeleverde VGA-kabel. Als de grafische kaart van de computer geen VGA-poort heeft, maar een geïntegreerde digitale visuele interface of DVII-poort, is een A-D-V-I-V-G-A-adapter vereist. Zet de verbinding vast met de kleine schroeven op de connector.
Verbind de VGA-kabel van de monitor met de uitgangspoort van de videoschakelaar en zet de verbindingen vast met behulp van de meegeleverde voedingsadapter. Verbind de videoschakelaar met een stroombron. Schakel nu de computer en de monitor in.
De schakelknop op de videoschakelaar stelt de gebruiker in staat om heen en weer te schakelen tussen weergavemodi in de kleurenmodus. De videoschakelaar wijzigt het videosignaal van de grafische kaart van de computer niet. In de grijsschaalmodus wordt de weergave monochroom.
In deze modus wordt de pixelluminantie voornamelijk bepaald door het videosignaal van het blauwe kanaal van de grafische kaart, slechts lichtjes door het rode kanaal en helemaal niet door het groene kanaal. De verhouding van de bijdragen van de blauwe en rode kanalen aan de uitvoer van de videoschakelaar wordt de blauw naar rood verhouding of BR-verhouding genoemd en wordt door de fabrikant verstrekt. Voor de meeste monitoren is de relatie tussen pixelgrijswaarde en pixelluminantie een vermogensfunctie.
De exponent van de vermogensfunctie wordt normaal gesproken gamma genoemd. Om het gamma van een weergave te bepalen, kan men een fotometer gebruiken om de luminantie van een grote uniforme vierkant te meten bij verschillende pixelgrijswaarden en een vermogensfunctie aan het resultaat passen. Een meer gevoelige methode om gamma te bepalen is om een ruimtelijk-temporele mix van gelijke hoeveelheden nul en maximale pixelniveaus te vergelijken in een kijkgebied van de weergave.
Vergelijk vervolgens de luminantie van de pixelmix met een aangrenzend gebied met homogene grijswaarde. Eerst wordt de grijswaarde voor de helft van de maximale luminantie aangepast. Vervolgens wordt een nieuwe mix van pixels gemaakt met luminantie-intensiteiten van net bepaalde halve en maximale niveaus.
Dit wordt vervolgens aangepast aan het grijs dat overeenkomt met drie kwart luminantie. Deze procedure wordt herhaald tot zeven. Waarden van een achtste tot zeven achtste zijn bepaald.
Gamma kan worden bepaald door een vermogensfunctie aan de resultaten te passen. Stel nu de achtergrondluminantie en het contrast in met behulp van gamma en overeenkomstige minimale en maximale luminantiewaarden. Het effect van verhoogde grijsschalenresolutie kan worden getoond door twee sinusgolfgradiënten te vergelijken.
De gradiënt aan de linkerkant gebruikt de volledige capaciteit van de videoschakelaar. De gradiënt aan de rechterkant is het resultaat van een acht-bits weergave zonder de videoschakelaar te gebruiken. Begin met het aansluiten van de RT-box op de USB-poort van een computer met de meegeleverde kabel, download en installeer de driver.
Zodat het computersysteem de RT-box kan herkennen met behulp van stimulussoftware die nauwkeurige stimulus-starttijden kan registreren. De RT-box zal converteren tussen timestamps en de responstijd wordt gemeten als het verschil tussen de knopdruktijd en het stimulusbegin. Wanneer betrouwbare stimulusbegintijden niet beschikbaar zijn.
Geef de RT-box triggersignalen die gesynchroniseerd zijn met het stimulusbegin via een lichtsensor, een audiorespons of het TTL-signaal van de videoschakelaar of een soortgelijk apparaat om de nauwkeurigheid van de RT-box te verifiëren. De responstijden van een fotodiode op lichtflitsen in het midden van het scherm worden gemeten. De stimulusbegintijd wordt geretourneerd door de schermflipfunctie van psych toolbox.
Het tijdsverschil tussen het lichtsignaal en het begin van het stimulus wordt verwacht om de helft van een videovernieuwingssnelheid of 5,88 milliseconden te zijn voor een 85 hertz CRT. Het waargenomen verschil wordt gebruikt om het nominale begin van het stimulus te corrigeren en de variabiliteit van de metingen weerspiegelt de precisie van de RT-box. Deze gegevens tonen aan dat de RT-box met zeer hoge precisie functioneert.
Na het bekijken van deze video zou je een goed begrip moeten hebben van hoe je een high-grade-display kunt inschakelen, onconventionele computerhardware met behulp van de videoschakelaar en hoe je gemakkelijk en nauwkeurig responstijden kunt meten met behulp van de RT-box.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze video demonstreert hoe men grijswaardeschermen met een hoge resolutie kan inschakelen en nauwkeurige metingen van de responstijd kan uitvoeren op conventionele computers. Dit wordt bereikt met behulp van twee betaalbare apparaten, een videoswitch en een RT-box, die zijn aangesloten op de computer.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Gedragsmeting
- Generatie van visuele stimuli
Achtergrond
- Conventionele computerhardware heeft moeite met een hoge grijswaardenresolutie.
- Nauwkeurige metingen van de responstijd zijn cruciaal in neurowetenschappelijk onderzoek.
- Bestaande methoden bieden mogelijk niet de nodige precisie.
- Betaalbare oplossingen kunnen experimentele opstellingen verbeteren.
Doel van de studie
- Om monochromatische displays met een hoge resolutie te produceren.
- Om responstijden met een hoge nauwkeurigheid te meten.
- Om de voordelen van het gebruik van een videoswitcher en RT-box aan te tonen.
Gebruikte methoden
- Kalibratie van het scherm voor nauwkeurige beeldintensiteiten.
- Gebruik van een videoswitcher om de grijswaardenresolutie te verbeteren.
- Implementatie van gesimuleerde knopresponsies voor het meten van de nauwkeurigheid.
- Vergelijking van de resultaten met bestaande methoden.
Belangrijkste resultaten
- Verbeterde grijswaardenresolutie aangetoond via sinusgolf-gradering.
- Nauwkeurige metingen van de responstijd gerealiseerd met de RT-box.
- De videowitcher presteert beter dan bestaande methoden zoals b plus plus en data pex.
- Conventionele hardware kan effectief worden ingezet voor geavanceerde experimenten.
Conclusies
- De videoswitcher en de RT-box bieden betaalbare oplossingen voor onderzoekers.
- Displays met een hoge resolutie en nauwkeurige metingen verbeteren de experimentele mogelijkheden.
- Deze methoden kunnen eenvoudig worden geïntegreerd in bestaande opstellingen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Nauwkeurige presentatie van visuele stimuli en de meting van reactietijden zijn cruciaal voor preklinisch neurowetenschappelijk onderzoek en studies naar gedragsfarmacologie. De VideoSwitcher en RTbox maken displays met een hoge grijswaardenresolutie en precieze timingmetingen mogelijk met behulp van conventionele computerhardware, waardoor de afhankelijkheid van gespecialiseerde apparatuur wordt verminderd. Deze aanpak ondersteunt mechanische risicoreductie bij targetvalidatie door de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van gegevens in vroege discovery-workflows te verbeteren.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt nauwkeurige controle van de intensiteit van visuele stimuli mogelijk voor het onderzoeken van sensorische paden en target-engagement in preklinische modellen.
- Operationele waarde: Levert triggersignalen om visuele displays te synchroniseren met fysiologische registraties, wat de consistentie van de assay verbetert.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert grijswaardenoutput met een hoge resolutie voor gestandaardiseerde visuele psychofysische assays die een nauwkeurige luminantie-discriminatie vereisen.
- Operationele waarde: Maakt gebruik van asynchrone event-buffering om timing-onzekerheden bij de responsverzameling te minimaliseren, wat de datakwaliteit bij high-throughput gedragsscreening verbetert.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt ziekte-relevante systemen door nauwkeurige meting van sensorimotorische responsen in modellen van neurologische aandoeningen mogelijk te maken.
- Operationele waarde: Faciliteert cross-functionele samenwerking door gesynchroniseerde timing tussen visuele stimuli, responsverzameling en elektrofysiologische of imaging-uitlezingen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De VideoSwitcher en RTbox worden geïntegreerd in workflows voor vroege discovery, waarbij de getrouwheid van visuele stimuli en de nauwkeurigheid van gedragsresponsen invloed hebben op beslissingen over targetvalidatie en leadidentificatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-testen door gecontroleerde manipulatie van visuele parameters mogelijk te maken om pathway-specifieke bijdragen te isoleren.
- Screening: Waarborgt de inzetbaarheid van assays door reproduceerbare grijswaardenresolutie en responsregistratie met lage latentie.
- Analytics: Biedt hoogresolutie tijdstempeling van knopevenementen, waardoor nauwkeurige berekening van responslatenties en variabiliteitsmetrieken mogelijk is.
- Translationeel onderzoek: Legt de verbinding met preklinische continuïteit door een consistente stimulus-timing over de discovery- en validatiefasen mogelijk te maken.
- Enterprise Reuse: Vormt een herbruikbare, kosteneffectieve mogelijkheid voor het standaardiseren van de toediening van visuele stimuli en responsmeting over meerdere projecten.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen door meetruis in de timing van visuele stimuli en responsdetectie te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en schaalbaarheid door plug-and-play USB-connectiviteit en crossplatform driverondersteuning.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door de betrouwbaarheid van gegevens te verhogen bij gedragsmatige eindpunten die worden gebruikt voor doelprioritering.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde voortgang door vals-negatieven of vals-positieven als gevolg van timing- of stimulusartefacten te minimaliseren.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist basiskennis van beeldschermkalibratie en gammacorrectie voor een nauwkeurige luminantie-uitvoer.
- VGA- of DVI-I-uitgang van de videokaart en een compatibele analoge monitor vereist voor de grijswaardenmodus.
- Vraagt om synchronisatieplanning tussen RTbox-triggers en stimulus-onset-signalen van software- of hardwarebronnen.
- Houdt rekening met adaptatie bij toepassing op verschillende monitortypes of responsapparaten anders dan knopdrukken.
- Beperkt tot monochromatische beeldschermuitvoer; niet geschikt voor stimuli waarbij volledige kleur vereist is.
