Name: Dotykowy automatyczny stymulator palców biernych (TAPS) (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-06-03T00:00:00.000+00:00
Duration: 19 min 44 s
Description: Poznaj zautomatyzowany dotykowy stymulator TAPS do pomiaru przestrzennej ostrości czucia opuszka palca. Urządzenie dostarcza kontrolowane bodźce dotykowe z precyzyjną regulacją siły i czasu trwania.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Niniejsza praca była wspierana przez grant National Eye Institute nr 1 R15 EY13649-01 oraz indywidualny grant Discovery z Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC). Specjalne podziękowania kierujemy do Dedy Gillespie za obróbkę metali oraz konsultacje w zakresie projektowania i konstrukcji urządzenia.

<ol><li>Goldreich, D. &amp, Kanics, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tactile+acuity+is+enhanced+in+blindness%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Tactile acuity is enhanced in blindness.</a> J. Neurosci. 23, 3439-3445 (2003).</li>
<li>Goldreich, D. &amp, Kanics, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+blind+and+sighted+humans+on+a+tactile+grating+detection+task%5BTitle%5D)+AND+%22Percept.+Psychophys%22%5BJournal%5D)">Performance of blind and sighted humans on a tactile grating detection task.</a> Percept. Psychophys. 68, 1363-1371 (2006).</li>
<li>Kontsevich, L. L. &amp, Tyler, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bayesian+adaptive+estimation+of+psychometric+slope+and+threshold%5BTitle%5D)+AND+%22Vision.+Res%22%5BJournal%5D)">Bayesian adaptive estimation of psychometric slope and threshold.</a> Vision. Res. 39, 2729-2737 (1999).</li>
<li>Bleyenheuft, Y., Cols, C., Arnould, C. &amp, Thonnard, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+changes+in+tactile+spatial+resolution+from+6+to+16+years%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens.+Mot.+Res%22%5BJournal%5D)">Age-related changes in tactile spatial resolution from 6 to 16 years.</a> Somatosens. Mot. Res. 23, 83-87 (2006).</li>
<li>Johnson, K. O. &amp, Phillips, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tactile+spatial+resolution.+I.+Two-point+discrimination%2C+gap+detection%2C+grating+resolution%2C+and+letter+recognition%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Tactile spatial resolution. I. Two-point discrimination, gap detection, grating resolution, and letter recognition.</a> J. Neurophysiol. 46, 1177-1192 (1981).</li>
<li>Gibson, G. O. &amp, Craig, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+force+and+conformance+on+tactile+intensive+and+spatial+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The effect of force and conformance on tactile intensive and spatial sensitivity.</a> Exp. Brain Res. 170, 172-181 (2006).</li>
<li>Johnson, K. O. &amp, Phillips, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+rotating+drum+stimulator+for+scanning+embossed+patterns+and+textures+across+the+skin%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A rotating drum stimulator for scanning embossed patterns and textures across the skin.</a> J. Neurosci. Methods. 22, 221-231 (1988).</li>
<li>Craig, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Grating+orientation+as+a+measure+of+tactile+spatial+acuity%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens.+Mot.+Res%22%5BJournal%5D)">Grating orientation as a measure of tactile spatial acuity.</a> Somatosens. Mot. Res. 16, 197-206 (1999).</li>
<li>Killebrew, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+dense+array+stimulator+to+generate+arbitrary+spatio-temporal+tactile+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A dense array stimulator to generate arbitrary spatio-temporal tactile stimuli.</a> J. Neurosci. Methods. 161, 62-74 (2007).</li>
</ol>

Kontrolowane dostarczanie przestrzennie ustrukturyzowanych bodźców mechanicznych stwarza wyzwania, z którymi nie mierzy się w przypadku dostarczania bodźców wizualnych lub słuchowych, do których można wykorzystać dostępny komercyjnie sprzęt (ekrany komputerowe, głośniki audio). Z tego powodu wiele eksperymentów z zakresu psychofizyki dotyku wciąż przeprowadza się przy użyciu ręcznego dostarczania bodźców.
Ręczne podawanie bodźców dotykowych jest czasochłonne i wymaga od badacza dużej staranności oraz koncentracji. Na przykład Bleyenheuft i wsp.4 donoszą, że „stosowano ręczną aplikację deformacji skóry prostopadłej o wielkości około 1-2 mm... badacz zwracał szczególną uwagę na to, aby uniknąć jakichkolwiek naprężeń ścinających między skórą a kratką, co mogłoby zniekształcić pomiar...”. Być może ze względu na to, że ręczne podawanie bodźców jest stosunkowo wolne i wymaga dużego skupienia, w wielu badaniach z wykorzystaniem tej metody stosowano protokoły odpowiedzi tak/nie (tylko jeden bodziec na próbę) zamiast protokołów wymuszonego wyboru z dwóch przedziałów.
Niestety, nawet przy zachowaniu ogromnej ostrożności, ręczne podawanie bodźca sprawia, że wiele parametrów stymulacji pozostaje niekontrolowanych. Parametry te obejmują siłę bodźca, prędkość początkową, czas trwania oraz stabilność powierzchni bodźca na skórze. Spośród tych parametrów najlepiej zbadanym pod kątem wpływu na wyniki jest prawdopodobnie siła bodźca. U ludzi obserwuje się stopniową poprawę w dyskryminacji orientacji prążków na opuszku palca, gdy głębokość wgłębienia zmienia się z 500 do 1200 mikronów5; wyniki są lepsze przy sile 10 gram niż przy sile 50 gram1, choć nie odnotowano dalszej poprawy w zakresie od 50 gram do 200 gram6. W przypadku innych zastosowań, takich jak detekcja prążków (rozróżnianie powierzchni gładkiej od żłobionej), zwiększenie siły znacząco poprawia wyniki w całym zakresie od 10 do 200 gram2,6.
Aby pokonać problemy związane z testowaniem manualnym, opracowaliśmy zautomatyzowany system TAPS. Naszym celem przy budowie TAPS było stworzenie prostego, bezpiecznego, wszechstronnego, wydajnego i przystępnego cenowo urządzenia do kontrolowanego aplikowania bodźców dotykowych. Kontrolowane wykorzystanie grawitacji jest prostym i bezpiecznym sposobem aplikacji bodźca dotykowego. Bezpieczeństwo jest zapewnione, ponieważ siła nacisku na skórę nie może przekroczyć siły wynikającej z grawitacji. Wydajny siłownik liniowy służy jedynie do przeniesienia siły grawitacji na skórę, a następnie do wycofania kontaktu. Urządzenie jest wszechstronne, ponieważ pozwala na zastosowanie dowolnych powierzchni stymulujących wykonanych (lub przymocowanych) do końców prętów o średnicy pół cala i może być programowane do realizacji różnych protokołów psychofizycznych. TAPS jest wydajny, ponieważ szybko aplikuje bodźce i może uruchamiać oszczędzające czas algorytmy adaptacyjne. Wreszcie, komponenty systemu TAPS są przystępne cenowo dla osób dysponujących niewielkimi grantami. Silniki kosztują około 1 500 USD; komponenty elektryczne (z wyłączeniem komputera, ale wliczając karty PCI i sterownik silnika krokowego) około 6 000 USD. Mini-frezarkę wraz z akcesoriami można zakupić za około 1 000 USD lub można wynająć profesjonalnego mechanika do wyfrezowania elementów stymulujących i wykonania innych małych części.
Mamy nadzieję, że system ten zostanie powielony przez innych i przyczyni się do promowania przejścia w stronę kontrolowanych testów dotykowych, w których w ostatnich latach odnotowano obiecujące postępy5,7,8,9.

<table><tbody><tr><td>Pręty z tworzywa Delrin o średnicy 0.5&amp;#8221; i długości 3&amp;#8221;</td><td>Small Parts</td><td>ZRD-08</td><td>Pręty, z których wykonane są elementy stymulujące</td></tr><tr><td>Łożysko ze stali chromowej, średnica otworu 0.5&quot;</td><td>Small Parts</td><td>BR-08-01</td><td>Oś obrotu pręta obrotowego</td></tr><tr><td>Łożysko plastikowe, otwór 0.5&amp;#8221;, średnica zewnętrzna 1.125&amp;#8221;, grubość 0.25&amp;#8221;</td><td>Small Parts</td><td>BRP-08-01</td><td>Koło na końcu pręta obrotowego</td></tr><tr><td>Kurtyna z włókna szklanego, grubość 0.75&amp;#8221;</td><td>McMaster-Carr</td><td>9781T83</td><td>Kurtyna dźwiękochłonna wokół dolnego stołu</td></tr><tr><td>Silikonowe pierścienie O-ring, średnica wewnętrzna 5/16&quot;</td><td>McMaster-Carr</td><td>AS568A- 011</td><td>Do redukcji wibracji elementów stymulujących</td></tr><tr><td>Podkładki antywibracyjne 2&quot;x 2&quot;, maks. 93 PSI</td><td>McMaster-Carr</td><td>60105K61</td><td>Umieszczone pod siłownikiem liniowym</td></tr><tr><td>Gumowe wibroizolatory 1/2&quot; wys. x 3/8&quot; szer.</td><td>McMaster-Carr</td><td>9378K11</td><td>Umieszczone pod podstawą siłownika liniowego</td></tr><tr><td>Silnik krokowy Nema 23, 3-stack</td><td>Industrial Devices</td><td>S23</td><td>Do obracania tarczy stymulującej</td></tr><tr><td>Liniowy siłownik beztłokowy</td><td>Industrial Devices</td><td>R2S23N-105A-18-l-M35M</td><td>Do sterowania ruchem pręta obrotowego</td></tr><tr><td>1 przełącznik efektu Halla w konfiguracji &amp;#8220;normalnie otwarty&amp;#8221;</td><td>Industrial Devices</td><td>RP1</td><td>Czujnik pozycji bazowej siłownika</td></tr><tr><td>2 przełączniki efektu Halla w konfiguracji &amp;#8220;normalnie zamknięty&amp;#8221;</td><td>Industrial Devices</td><td>RP2</td><td>Czujniki krańcowe siłownika</td></tr><tr><td>Mikroprzełącznik</td><td>Honeywell</td><td>FSG15N1A</td><td>Czujnik siły nacisku palca</td></tr><tr><td>Czujnik refleksyjny</td><td>Honeywell</td><td>FE7B-RB6VG-M</td><td>Czujnik pozycji elementu</td></tr><tr><td>Płyta sterownika silnika, sterowanie w pętli zamkniętej</td><td>National Instruments</td><td>PCI-step-4CX</td><td>Pośredniczy w komunikacji między komputerem a Nudrive</td></tr><tr><td>Sterownik silnika krokowego Nudrive</td><td>National Instruments</td><td>Nudrive 4SX-211</td><td>Przesyła napięcia sterujące do siłownika liniowego i silników krokowych tarczy</td></tr><tr><td>Płyta akwizycji danych</td><td>National Instruments</td><td>PCI-MIO-16E-1</td><td>Odczytuje dane z czujnika siły nacisku palca</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Język programowania</td></tr><tr><td>Biblioteka Valuemotion</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Procedury sterowania silnikiem</td></tr><tr><td>Czujnik foto&amp;#8211;elektryczny</td><td>Panasonic</td><td>PM-K53-C1</td><td>Czujnik pozycji bazowej tarczy</td></tr><tr><td>Mini frezarka</td><td>Sherline</td><td>2010-DRO</td><td>Do obróbki powierzchni stymulujących</td></tr><tr><td>Zestaw mas precyzyjnych Ohaus</td><td>Edmund Scientific</td><td></td><td>Masa na pręcie obrotowym</td></tr><tr><td>Aluminiowe dno formy do ciasta Parrish Magic Line, średnica 9&amp;#8221;</td><td>Sur La Table</td><td></td><td>Tarcza obrotowa z wyfrezowanymi kwadratowymi otworami do mocowania elementów stymulujących</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

taktylny automatyczny stymulator palców pasywnych (taps)

A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator (TAPS)

Choć testy ostrości przestrzennej dotyku są stosowane zarówno w badaniach neuronaukowych, jak i w ocenie klinicznej, istnieje niewiele urządzeń zautomatyzowanych do dostarczania kontrolowanych, przestrzennie ustrukturyzowanych bodźców na skórę. W związku z tym badacze często aplikują bodźce dotykowe ręcznie. Ręczna aplikacja bodźców jest czasochłonna, wymaga od badacza ogromnej staranności i koncentracji oraz pozostawia wiele parametrów bodźca niekontrolowanych. Opisujemy tutaj sterowany komputerowo system stymulacji dotykowej, Tactile Automated Passive-finger Stimulator (TAPS), który aplikuje przestrzennie ustrukturyzowane bodźce na skórę, kontrolując prędkość początkową, siłę nacisku oraz czas trwania kontaktu. TAPS to wszechstronny, programowalny system, zdolny do efektywnego przeprowadzania różnorodnych procedur psychofizycznych. Opisujemy komponenty systemu TAPS oraz pokazujemy, w jaki sposób jest on wykorzystywany do przeprowadzenia testu orientacji kratki dotykowej z wymuszonym wyborem w dwóch interwałach.
Autor korespondencyjny: Daniel Goldreich

Opisujemy sterowane komputerowo urządzenie do badania zmysłu dotyku: Tactile Automated Passive-finger Stimulator (TAPS). Przedstawiamy komponenty TAPS oraz pokazujemy, w jaki sposób urządzenie TAPS jest wykorzystywane do przeprowadzania testu orientacji kratki dotykowej w metodzie wymuszonego wyboru z dwóch interwałów.

Taktylny automatyczny stymulator palców pasywnych (TAPS)

Choć testy przestrzennej czułości dotykowej są stosowane zarówno w badaniach neuronaukowych, jak i w ocenie klinicznej, istnieje niewiele urządzeń zautomatyzowanych służących do dostarczania...

Witajcie, nazywam się Dan Goldrich i znajdujemy się w laboratorium badań dotykowych na McMaster University. To są Ingrid Cans, Brian Peters i Mike Wong; będziemy dzisiaj rozmawiać o automatycznym pasywnym stymulatorze opuszków palców (TAPS). TAPS to urządzenie służące do pomiaru pasywnej czułości przestrzennej dotyku na opuszkach palców; opracowałem je na Duquesne University w Pittsburghu w Pensylwanii wraz z Ingrid Cans, a następnie zmodyfikowaliśmy je tutaj, na McMaster University w Hamilton w Ontario, wspólnie z Ryanem i Mike'iem.Niniejsze urządzenie stanowi metodę dostarczania kontrolowanych bodźców dotykowych do opuszki palca z kontrolą prędkości narastania siły oraz czasu trwania bodźca. Niniejszy materiał wideo został podzielony na trzy sekcje. W pierwszej części przedstawiamy ogólny opis działania systemu TAPS.Następnie prezentujemy urządzenie taps w działaniu i opisujemy jego komponenty, aby umożliwić innym odtworzenie tego urządzenia. Na koniec ilustrujemy jeden z wielu protokołów testowych, które taps może przeprowadzić: eksperyment oceny orientacji metodą wymuszonego wyboru między dwoma przedziałami czasowymi z wykorzystaniem baying. Adaptive tracking taps wykorzystuje grawitację do dociskania powierzchni bodźca do skóry.Grawitacja wywiera siłę skierowaną w dół na masę zawieszoną na pręcie. Ten widok z boku przedstawia układ z usuniętymi kilkoma elementami w celu wyraźnego zilustrowania działania urządzenia; ramię uczestnika spoczywa wygodnie w pozycji pronowanej na blacie stołu. Opuszka palca znajduje się nad tunelem w stole.Tunelu nie przedstawiono na tym schemacie; na dolnym stole, ukrytym przed widokiem uczestnika, silnik krokowy obraca tarczą, która mieści do 40 elementów bodźca, pozycjonując jeden z nich pod palcem. Poprzeczka, zaznaczona tutaj na czerwono, wysuwa się z ruchomego wózka siłownika liniowego, zapobiegając obrotowi pręta. Gdy siłownik przesuwa się do przodu, pręt obraca się pod wpływem grawitacji, dociskając element bodźca w górę przez tunel i na skórę.Proste zależności fizyczne wiążą prędkość siłownika z prędkością, z jaką powierzchnia bodźca unosi się, aby dotknąć skóry, a masę zawieszonego obciążnika ze statyczną siłą bodźca dotykowego. Gdy siłownik zmienia kierunek, aby przywrócić pręt do pozycji wyjściowej, element bodźca opada, a silnik krokowy z tarczą obraca się, aby umieścić kolejny element pod palcem, po czym cały proces się powtarza. Ten widok z góry, z usuniętym palcem, przedstawia kolejny cykl stymulacji.Należy zauważyć, że element stymulujący unosi się, gdy siłownik porusza się do przodu, i opada, gdy siłownik cofa się. Aby wykonać elementy stymulujące, użyliśmy prętów z Delrinu o średnicy 0,5 cala i długości 3 cali, obrabiając je na mini frezarce Shoreline. Do wyrównania obu końców użyliśmy frezu tarczowego, redukując długość pręta do 2,75 cala.Używamy frezarki tarczowej do kształtowania prostokątnych wałków o długości dwóch cali i przekroju kwadratowym 8,7 mm. W okrągłej powierzchni wycinamy równoległe rowki, aby stworzyć gradacje w formie fali kwadratowej o jednakowej szerokości rowków i grzbietów w celu wykonania większych rowków. Do mniejszych rowków wykorzystaliśmy frez czołowy.Użyliśmy sosu do nacinania. Dookoła wału umieściliśmy silikonowe pierścienie O-ring, aby zredukować wibracje elementów. Podczas obrotu tarczy prezentowane są tutaj komponenty mechaniczne kranów. Gdy wózek siłownika liniowego przesuwa się do przodu, masa zawieszona opada pod wpływem grawitacji.Masa tego obciążnika oraz jego odległość od punktu obrotu wzdłuż obracającego się pręta wspólnie określają siłę nacisku w górę, z jaką element stymulujący styka się ze skórą badanego. Konkretny element jest pozycjonowany bezpośrednio pod tunelem w górnym stole za pomocą sterowanego komputerowo silnika krokowego, który obraca taca stymulującą. Po naciśnięciu przez badanego przycisku odpowiedzi, komputer wydaje polecenie silnikowi krokowemu, aby obrócił tacę stymulującą, pozycjonując kolejny element stymulujący bezpośrednio pod tunelem.W górnej tablicy ruchy elementów kraników są monitorowane przez kilka czujników. Czujnik retrorefleksyjny wykrywa obecność podniesionego elementu stymulującego.Zwróć uwagę na migające zielone światło. Czujnik ten jest wykorzystywany przez urządzenia podczas inicjalizacji eksperymentu w celu właściwego ustawienia obrotowego pręta w określonej odległości poniżej elementów stymulujących. Ponadto aktywacja czujnika wyłącza silnik krokowy, zapobiegając uszkodzeniu sprzętu, które w przeciwnym razie by wystąpiło.W przypadku przypadkowego zablokowania elementu bodźca w tunelu, U-kształtny czujnik fotoelektryczny wyznacza pozycję początkową tacy z bodźcami. Czujnik ten jest aktywowany, gdy kawałek sztywnego papieru przyklejony do krawędzi obracającej się tacy przerywa wiązkę podczerwieni.Wszystkie ruchy tacy ze stymulantem są następnie obliczane względem tej pozycji bazowej. Czujnik efektu Halla ustawia pozycję bazową siłownika liniowego. Tutaj widzimy wózek siłownika przesuwający się do przodu; stół obrotowy poruszy się, gdy wózek znajdzie się w pozycji bazowej.Czujnik aktywuje się – należy zauważyć, że czerwone światło zapala się i gaśnie jako funkcja bezpieczeństwa. Są dwa podobne czujniki. Jeden z nich pokazany jest tutaj; wyznacza on granice ruchu w przód i w tył wózka na wypadek mało prawdopodobnej awarii siłownika.Te czujniki krańcowe wyłączają siłownik, zapobiegając niekontrolowanemu ruchowi wózka. Przy zastosowaniu stołu obrotowego i odpowiednim ustawieniu, poprzeczka wysuwająca się z wózka siłownika styka się z pionowym prętem zwisającym z pręta obrotowego w punkcie obrotu. Niemal beztreciowe łożysko metalowe służy jako punkt obrotu i umożliwia swobodną rotację pręta.Gdy wózek siłownika porusza się do przodu, ciężarki zostają wsunięte do koszyka na rzep, który zwisa z obracającego się pręta. Po ułożeniu ramienia badanego w pozycji pronacji na blacie stołu, należy umieścić dystalną część opuszki palca poddanego badaniu nad otworem w stole, z którego wysuną się powierzchnie stymulujące. Aby zapewnić kontakt ze skórą i zapobiec bocznemu przemieszczaniu się palca, należy delikatnie przyłożyć do jego boków dwie barierki, których spód pokryty jest dwustronną taśmą piankową.Z pomocą uchwytu obrotowego należy delikatnie przyłożyć czujnik siły do paznokcia w pobliżu skórki, pod kątem 90 stopni do płaszczyzny paznokcia, dbając o to, aby czujnik wywierał siłę od 50 do 80 gramów. Siła ta jest komfortowa dla badanego i zapewnia czujnikowi doskonałą czułość na ruchy palca. Mocowania obrotowe stanowią wszechstronny system, który może być wykorzystany do aplikacji dowolnego bodźca za pomocą powierzchni wyciętych w czołach prętów o średnicy pół cala.W celach demonstracyjnych pokażemy, w jaki sposób przeprowadza się zadanie oceny orientacji z wymuszonym wyborem między dwoma przedziałami. W naszym laboratorium zadanie oceny orientacji wykorzystuje 20 powierzchni stymulujących z szerokościami rowków (GR) wynoszącymi od 0,25 milimetra do 3,1 milimetra. Każna próba składa się z dwóch sekwencyjnych prezentacji bodźców z rowkami o identycznej szerokości, ale różniących się orientacją o 90 stopni. Są one przykładane do dystalnej części opuszki palca.W jednym wariancie bruzdy są ustawione pionowo, czyli równolegle do długiej osi palca, a w drugim poziomo, czyli prostopadle do długiej osi palca. Kolejność prezentacji jest dobierana losowo. Badany wskazuje, czy orientacja pozioma wystąpiła w pierwszym czy drugim przedziale, naciskając jednym z dwóch przycisków dłonią niepoddaną badaniu; aby wskazać, że orientacja pozioma została zaprezentowana jako pierwsza, badany naciska lewy przycisk, a aby wskazać, że orientacja pozioma została zaprezentowana.Po drugie, badany naciskał przycisk po prawej stronie. Przyjrzyjmy się teraz temu, czego typowy uczestnik mógł doświadczyć podczas sesji testowej. Chciałbym zwrócić Państwa uwagę na dwie oceny widoczne w górnym lewym rogu w tej próbie.Badany został najpierw dotknięty w palec przy poziomo ustawionych podziałkach, a następnie przy podziałkach ustawionych pionowo. W tym przypadku poprawną odpowiedzią jest naciśnięcie przycisku po lewej stronie. W tym przykładzie badany naciska przycisk po prawej stronie, co stanowi błędną odpowiedź.Jest to zaznaczone czerwonym znakiem X na wykresie wyników w prawym górnym rogu. Kolejna szerokość rowka do przedstawienia jest wybierana przez bayesowski algorytm adaptacyjny, który omówimy szerzej w następnym segmencie filmu. Ta próba powinna być łatwiejsza do wykonania dla badanego, ponieważ szerokość rowka wybrana przez algorytm jest większa niż szerokość rowka w poprzedniej próbie.Badanemu ponownie przedstawiono dwie kratki. W tym przypadku pierwsza kratka jest ustawiona pionowo, a druga poziomo. Tym razem badany udziela poprawnej odpowiedzi, naciskając prawy przycisk, co na wykresie wyników zaznaczone jest niebieskim krzyżykiem.W trzeciej próbie szerokość grupy została nieco zmniejszona, co utrudnia wykonanie zadania. Badany ponownie udziela prawidłowej odpowiedzi. Ta sekwencja zdarzeń powtarza się do momentu przedstawienia wyznaczonej liczby prób.Zazwyczaj przeprowadzamy bloki po 40 prób, aby oszacować funkcję psychometryczną każdego uczestnika. Stosujemy zmodyfikowaną wersję bayesowskiej adaptacyjnej metody SI opracowaną przez Cevi i Tylera. W psychofizyce funkcja psychometryczna wiąże parametr fizyczny bodźca – w naszym przypadku szerokość rowka – z prawdopodobieństwem udzielenia poprawnej odpowiedzi.Zgodnie z metodologią Conserv i Tylera, modelujemy D prime jako funkcję potęgową szerokości rowka. Prowadzi to do skumulowanej normalnej funkcji psychometrycznej zdefiniowanej przez trzy parametry: a, B oraz delta A, gdzie parametr progu to szerokość rowka, przy której badany poprawnie rozróżnia orientację w 76% przypadków, co odpowiada wartości DPR równej jeden w tym zadaniu.Tutaj widać, że wraz ze zwiększaniem wartości progu krzywa przesuwa się w prawo. Gdy zmniejszam próg, krzywa przesuwa się w lewo. Osoby lepiej radzące sobie z zadaniem potrafią rozróżnić orientację cieńszych rowków, dlatego ich krzywe są przesunięte w lewo.Zauważmy, że mimo przesunięcia krzywej wzdłuż osi X wynikającego ze zmiany wartości progu, nachylenie krzywej pozostaje takie samo. Nachylenie krzywej jest określone przez parametr B. Informuje on o tym, jak szybko krzywa rośnie.Krzywa jest płaska przy niskich wartościach nachylenia, jednak można zauważyć, że staje się ona bardziej stroma wraz ze zwiększaniem wartości nachylenia. Można również dostrzec, że przy dużych szerokościach rowka krzywa dąży do wartości 1 lub 100%. Zakłada to, że przy odpowiednio dużych szerokościach rowka badany zawsze odpowie prawidłowo.W rzeczywistości jednak badani czasami tracą koncentrację lub mogą przypadkowo nacisnąć niewłaściwy przycisk odpowiedzi. W związku z tym nie zawsze będą odpowiadać poprawnie, nawet w przypadku prezentacji dużej szerokości rowka. Innymi słowy, istnieje górna granica wysokości funkcji psychometrycznej, która jest określona przez parametr delta lub współczynnik błędów przypadkowych (lapse rate).Po omówieniu parametrów funkcji psychometrycznej, przyjrzyjmy się temu, w jaki sposób bayesowska procedura adaptacyjna szacuje te parametry. Podczas sesji testowej przeprowadzam symulację modelowego badanego, który posiada próg wynoszący 1,75 millimeters, nachylenie równe pięć oraz wskaźnik pominięć (elapse rate) na poziomie 4%. Funkcja psychometryczna badanego jest przedstawiona przez fioletową krzywą na wykresie w lewym górnym rogu.Tę krzywą staramy się oszacować. Wykres w prawym górnym rogu przedstawia zapis wyników badanego w obrębie bloku prób. Jak pokazano wcześniej, czerwony znak X oznacza błędną odpowiedź, a niebieski krzyżyk oznacza odpowiedź poprawną.Na początku eksperymentu kształt funkcji psychometrycznej badanego jest nieznany. Niepewność tę wyrażamy poprzez rozważenie zakresu możliwych wartości A, B oraz delta.Przypisujemy równe prawdopodobieństwo a priori każdej trójce a b delta. Innymi słowy, przyjmujemy jednorodny rozkład prawdopodobieństwa a priori dla kilku tysięcy możliwych funkcji psychometrycznych. W miarę postępu eksperymentu, na podstawie odpowiedzi badanego, dowiadujemy się, że niektóre z tych funkcji są bardziej prawdopodobne od innych.Niepewność lub entropia rozkładu prawdopodobieństwa maleje w celu określenia, który bodziec należy zaprezentować jako następny. Algorytm oblicza oczekiwaną entropię dla każdej z szerokości rowka po każdym zakończonym badaniu. Jest to przedstawione na wykresie w lewym dolnym rogu. Badanemu zostanie zaprezentowana szerokość rowka o najniższej oczekiwanej entropii.Szerokość tego rowka jest zaznaczona białym krzyżykiem na wykresie w lewym górnym rogu. Krok ten jest kluczowy dla efektywności bayesowskiej procedury adaptacyjnej, ponieważ dążymy do stałej redukcji niepewności dotyczącej funkcji psychometrycznej badanego poprzez szacowanie i prezentowanie takiej szerokości rowka, która zmaksymalizuje ilość pozyskanych informacji. Wykres w prawym dolnym rogu przedstawia łączną a posteriori gęstość prawdopodobieństwa lub PDF parametrów nachylenia i progu.Na tym wykresie kolor biały reprezentuje wysokie prawdopodobieństwo, a czarny niskie prawdopodobieństwo. Aby stworzyć ten wykres, zsumowaliśmy lub zmarginalizowaliśmy parametr wskaźnika pomyłek. Po każdej próbie uzyskujemy szacunkową wartość progu oraz nachylenia dla badanego obiektu.Moda tego wykresu, zaznaczona czerwonym krzyżykiem, stanowi aktualną najlepszą estymację progu i nachylenia. Wykorzystując te wartości, możemy wykreślić przybliżoną funkcję psychometryczną badanego. Jest ona przedstawiona za pomocą zielonej krzywej na wykresie w lewym górnym rogu.Wraz z gromadzeniem większej ilości danych nasze szacunki stają się bardziej precyzyjne. Wspólna gęstość prawdopodobieństwa a posteriori staje się węższa, co wskazuje na zmniejszanie się niepewności co do szacowanych wartości parametrów. Można również zauważyć, że przy większej ilości danych szacowana krzywa zbliża się kształtem do krzywej rzeczywistej.Po zakończeniu zbierania danych możemy dokonać dokładniejszego oszacowania parametrów. Ponieważ naszą zmienną zależną jest próg, możemy przeprowadzić marginalizację względem parametru nachylenia, aby uzyskać najdokładniejszą estymację parametru progu; przedstawiony tutaj wykres to a posteriori gęstość prawdopodobieństwa (PDF) parametru progu. Moda tego rozkładu PDF stanowi naszą najlepszą estymację progu badanego obiektu, jednak wartość ta obarczona jest niepewnością.Niepewność ta jest reprezentowana przez szerokość krzywej. Im szersza jest krzywa, tym mniejsza jest pewność co do oszacowania progu badanego i odwrotnie – im węższa jest krzywa, tym większa jest pewność co do oszacowania progu badanego. To kończy nasz opis taps, taktylnego zautomatyzowanego pasywnego stymulatora palca.Mamy nadzieję, że opracowane metody zostaną powtórzone przez innych badaczy i przyczynią się do popularyzacji kontrolowanych testów dotykowych, które w ostatnich latach wykazały obiecujący postęp. W przypadku jakichkolwiek dalszych pytań prosimy o kontakt.

a-tactile-automated-passive-finger-stimulator-taps

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Stymulator dotykowy z automatycznym pasywnym palcem (TAPS)

Aby wyjaśnić skomplikowane przejście od lokalnych potencjałów pola (LFP) do skoków, zbudowano odpowiedni stymulator dla lekkich mechanicznych bodźców peryferyjnych. Jako zastosowanie, czynności związane z impulsami zarejestrowanymi przez korę somatosensoryczną zostały przeanalizowane za pomocą wielocelowej strategii optymalizacji. Wyniki pokazały, że proponowany stymulator był w stanie dostarczać bodźce dotykowe z dokładnością do milisekund i milimetrów.

Proste urządzenie stymulujące do wywoływania punktowych bodźców dotykowych: szperacz do przejść LFP do skoków

Tutaj prezentujemy protokoły do określania progów wykrywania drgań i ostrości dotyku za pomocą metod psychofizycznych u człowieka.

Pomiar progu detekcji drgań i ostrości przestrzennej dotyku u ludzi

Tutaj badamy kontralateralne maskowanie dotykowe między przedramionami, w którym progi wykrywania dotykowego są modulowane przez wibracje stosowane do odległego miejsca. Szczegółowe informacje o tym, które odległe miejsca mają wpływ, mogą nam powiedzieć o tym, jak ciało jest reprezentowane w mózgu.

Testowanie maskowania dotykowego między przedramionami

Urządzenie zostało stworzone, aby zademonstrować laikom kontrolę opartą na elektromiografii. Po sukcesie pierwszego urządzenia stworzono drugie urządzenie z większą elastycznością w funkcjonalności do celów demonstracyjnych i badawczych. Protokół ten opisuje proces budowy i kalibracji obu urządzeń.

Bioniczny kliker Mark I i II

Celem tego protokołu jest zademonstrowanie praktycznej metody tymczasowego zakłócania propriocepcji w kończynach górnych u zdrowych ludzi.

Prosta, nieinwazyjna metoda czasowego knockdown propriocepcji kończyn górnych

Przedstawiamy protokół do stosowania nieprzystających bodźców wzrokowo-dotykowych podczas zadania polegającego na przenoszeniu obiektów. W szczególności, podczas transferów bloków, wykonywanych, gdy ręka jest ukryta, wirtualna prezentacja bloku pokazuje losowe przypadki fałszywych dropów bloków. Protokół opisuje również dodawanie wibrodotykowego sprzężenia zwrotnego podczas wykonywania zadania motorycznego.

Stosowanie nieodpowiednich bodźców wzrokowo-dotykowych podczas przenoszenia obiektu z wibrodotykowym sprzężeniem zwrotnym

Prezentowany jest półautomatyczny stymulator kąta palców pasywnych TSPAS, nowy sposób oceny ostrości przestrzennej dotyku i dyskryminacji kąta dotyku za pomocą sterowanego komputerowo systemu bodźców dotykowych, który stosuje bodźce o podwyższonym kącie do pasywnej opuszki palca badanego, jednocześnie kontrolując prędkość ruchu, odległość i czas trwania kontaktu.

Dotykowy półautomatyczny pasywny stymulator kąta palca (TSPAS)

Hamowanie aferentne o krótkim opóźnieniu (SAI) to protokół przezczaszkowej stymulacji magnetycznej do badania integracji sensomotorycznej. W tym artykule opisano, w jaki sposób SAI może być wykorzystany do badania zbieżnych pętli sensomotorycznych w korze ruchowej podczas zachowań sensomotorycznych.

Połączona stymulacja nerwów obwodowych i kontrolowany parametr impulsu Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna w celu zbadania kontroli sensomotorycznej i uczenia się

Ten protokół wprowadza elastyczną, nadającą się do noszenia nadliczbową kończynę robotyczną, dostosowaną do pomocy w rehabilitacji palców u pacjentów po udarze. Konstrukcja zawiera czujnik zginania, który ułatwia bezproblemową interakcję człowiek-robot. Walidacja poprzez eksperymenty z udziałem zarówno zdrowych ochotników, jak i pacjentów po udarze podkreśla skuteczność i niezawodność proponowanego badania.

Elastyczna nadliczbowa kończyna robotyczna do noszenia dla pacjentów z przewlekłym udarem mózgu

Opracowaliśmy półautomatyczną metodę optycznej analizy bicia serca (SOHA) do analizy szybkich nagrań optycznych z serc Drosophila, rybek danio oraz embrionów myszy. Prezentujemy zastosowanie naszej metodologii w analizie funkcji serca muszki owocowej oraz embrionów myszy.

Półautomatyczna optyczna analiza rytmu serca w przypadku małych serc

Poznaj zautomatyzowany dotykowy stymulator TAPS do pomiaru przestrzennej ostrości czucia opuszka palca. Urządzenie dostarcza kontrolowane bodźce dotykowe z precyzyjną regulacją siły i czasu trwania.

Taktylny automatyczny stymulator palców pasywnych (TAPS)

Przeglądaj więcej filmów