Summary
यहाँ प्रस्तुत एक स्वचालित उपकरण है कि एक बंदर गाइड लचीला पहुँच-टू-स्Grasp कार्य प्रदर्शन करने के लिए निर्माण करने के लिए एक प्रोटोकॉल है. उपकरण 3 डी अंतरिक्ष में एक मनमाना स्थिति में कई वस्तुओं को पेश करने के लिए एक 3 डी translational डिवाइस और मोड़ तालिका को जोड़ती है।
Abstract
तक पहुँचने और लोभी उच्च युग्मित आंदोलनों रहे हैं, और उनके अंतर्निहित तंत्रिका गतिशीलता व्यापक रूप से पिछले दशक में अध्ययन किया गया है. पहुँच और समझ एन्कोडिंग भेद करने के लिए, यह अलग अलग वस्तु पहचान उनकी स्थिति से स्वतंत्र पेश करने के लिए आवश्यक है. यहाँ प्रस्तुत एक स्वत: उपकरण है कि एक मोड़ तालिका और तीन आयामी (3 डी) translational डिवाइस के साथ इकट्ठा किया जाता है इस लक्ष्य को प्राप्त करने के डिजाइन है. 3 डी अनुवाद डिवाइस 3 डी स्थान में मोड़ तालिका transports जबकि मोड़ तालिका विभिन्न पकड़ प्रकार के लिए इसी विभिन्न वस्तुओं स्विच. दोनों मोटर्स द्वारा स्वतंत्र रूप से संचालित कर रहे हैं ताकि लक्ष्य की स्थिति और वस्तु मनमाने ढंग से संयुक्त कर रहे हैं. इस बीच, कलाई पथ और पकड़ प्रकार गति पर कब्जा प्रणाली और स्पर्श सेंसर के माध्यम से दर्ज कर रहे हैं, क्रमशः. इसके अलावा, प्रतिनिधि परिणाम है कि सफलतापूर्वक इस प्रणाली का उपयोग कर प्रशिक्षित बंदर का प्रदर्शन वर्णित हैं. यह उम्मीद है कि इस उपकरण के ऊपरी अंग समारोह से संबंधित शुद्ध गतिविज्ञान, तंत्रिका सिद्धांतों, और मस्तिष्क मशीन इंटरफेस का अध्ययन करने के लिए शोधकर्ताओं की सुविधा होगी.
Introduction
गैर-मानव प्राइमेट में पहुंचने और लोभी आंदोलन के अंतर्निहित तंत्रिका सिद्धांतों का अध्ययन करने के लिए विभिन्न उपकरण विकसित किए गए हैं। पहुंच कार्यों में, टच स्क्रीन1,2, स्क्रीन कर्सर एक जॉयस्टिक3,4,5,6,7, और आभासी वास्तविकता प्रौद्योगिकी8 द्वारा नियंत्रित , 9 , 10 सभी को क्रमश 2 डी और 3 डी लक्ष्यों को प्रस्तुत करने के लिए नियोजित किया गया है। विभिन्न प्रकार की पकड़ को लागू करने के लिए, एक स्थिति में स्थिर अलग आकार की वस्तुओं या एक धुरी के चारों ओर घूर्णन व्यापक रूप से लोभी कार्य11,12,13में इस्तेमाल किया गया। एक विकल्प यह है कि विषयों को सूचित करने के लिए दृश्य संकेतों का उपयोग किया जाए ताकि एक ही वस्तु को विभिन्न प्रकार ों के साथ14,15,16,17में समझा जा सके . हाल ही में, तक पहुँचने और लोभी आंदोलनों एक साथ अध्ययन किया गया है (यानी, विषयों कई पदों तक पहुँचने और एक प्रयोगात्मक सत्र में विभिन्न पकड़ प्रकार के साथ समझ)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. प्रारंभिक प्रयोगों ने वस्तुओं को मैन्युअल रूप से प्रस्तुत किया है, जो अनिवार्य रूप से कम समय और स्थानिक परिशुद्धता20,21की ओर ले जाते हैं। प्रयोगात्मक परिशुद्धता में सुधार लाने और जनशक्ति को बचाने के लिए, कार्यक्रमों द्वारा नियंत्रित स्वचालित प्रस्तुति उपकरणों का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। लक्ष्य की स्थिति और पकड़ प्रकार भिन्न करने के लिए, प्रयोगकर्ताओं ने एक साथ कई वस्तुओं को उजागर किया है, लेकिन लक्ष्यों की सापेक्ष (या निरपेक्ष) स्थिति और पकड़ प्रकार एक साथ बंधे होते हैं, जो लंबी अवधि के प्रशिक्षण 22 के माध्यम से कठोर फायरिंग पैटर्न का कारण बनता है ,27,28. वस्तुओं को आमतौर पर 2डी विमान में प्रस्तुत किया जाता है , जो आंदोलन और तंत्रिका गतिविधि19,25,26तक पहुंचने की विविधता को सीमित करता है . हाल ही में, आभासी वास्तविकता24 और रोबोट हाथ23,29 3 डी अंतरिक्ष में वस्तुओं को पेश करने के लिए पेश किया गया है।
यहाँ प्रस्तुत निर्माण और एक स्वचालित उपकरण का उपयोग करने के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल हैं30 कि 3 डी अंतरिक्ष में कई लक्ष्य पदों और पकड़ प्रकार के किसी भी संयोजन को प्राप्त कर सकते हैं. हमने 3D स्थान में टर्निंग टेबल को परिवहन के लिए ऑब्जेक्ट्स और 3D ट्रांसलेशनल डिवाइस को स्विच करने के लिए एक टर्निंग टेबल डिज़ाइन किया है। दोनों मोड़ तालिका और translational डिवाइस स्वतंत्र मोटर्स द्वारा संचालित कर रहे हैं. इस बीच, विषय की कलाई और तंत्रिका संकेतों के 3 डी प्रक्षेप वक्र प्रयोग भर में एक साथ दर्ज कर रहे हैं. उपकरण rhesus बंदर में ऊपरी अंग समारोह के अध्ययन के लिए एक मूल्यवान मंच प्रदान करता है.
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Protocol
सभी व्यवहार और शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं की देखभाल और प्रयोगशाला पशु (चीन स्वास्थ्य मंत्रालय) के उपयोग के लिए गाइड के अनुरूप है और झेजियांग विश्वविद्यालय, चीन में पशु देखभाल समिति द्वारा अनुमोदित किया गया.
1. 3 डी अनुवाद डिवाइस विधानसभा
- आकार 920 मिमी x 690 मिमी x 530 मिमी एल्यूमीनियम निर्माण रेल के साथ एक फ्रेम का निर्माण (पार अनुभाग: 40 मिमी x 40 मिमी).
- शिकंजा के साथ वाई-रेल के दो सिरों के लिए चार आसनों को सुरक्षित करें (म4) (चित्र 1बी)।
- शिकंजा के साथ शीर्ष सतह के चार कोनों के लिए चार आसनों को सुरक्षित करके समानांतर में फ्रेम के शीर्ष सतह पर दो वाई-रेलों को ठीक करें (म6) (चित्र 1ख)।
- एक जोड़ने शाफ्ट और दो डायाफ्राम युग्मन के साथ दो वाई-रेल कनेक्ट करें। दो रेलों के शाफ्ट को सिंक्रनाइज़ करने के लिए युग्मन के लॉक शिकंजा को कसें (चित्र 1ख)
- जेड-रेल के पीछे खांचे में छह पागल (M4) रखो. शिकंजा के साथ जेड-रेल के पीछे करने के लिए सही त्रिकोण फ्रेम के एक तरफ संलग्न करें।
- अंत है कि शाफ्ट के लिए distal है करने के लिए त्रिकोण फ्रेम खींचो और शिकंजा कस. अन्य दाएँ त्रिकोण फ्रेम को उसी प्रकार से अन्य दाएँ त्रिकोण फ्रेम से जोड़ो (चित्र 1C).
- शिकंजा के साथ दो वाई रेल के स्लाइडर्स के लिए दो त्रिकोण फ्रेम के अन्य दाएँ कोण पक्षों को सुरक्षित (M6) (चित्र 1C).
- एक जोड़ने शाफ्ट और डायाफ्राम युग्मन के साथ दो जेड-रेल कनेक्ट और युग्मन के ताला शिकंजा कस (चित्र 1C)।
- पागल और शिकंजा (M4) के साथ एक्स-रेल के पीछे करने के लिए दो टी के आकार का जोड़ने बोर्डों संलग्न करें। फिर एक्स-रेल के दो सिरों के लिए दो टी के आकार के बोर्डों खींच और शिकंजा कस (चित्र 1D)।
- शिकंजा (M6) के साथ दो जेड-रेलों के स्लाइडर्स पर दो टी-आकार के कनेक्टिंग बोर्डों को सुरक्षित करें (चित्र1D)।
- गियर reducer के शाफ्ट छेद में कदम मोटर डालें और उनके flanges एक साथ पेंच (चित्र 1E) .
- शिकंजा (M4) के साथ सक्रिय एक्स-रेल के शाफ्ट अंत करने के लिए जोड़ने की अंगूठी सुरक्षित।
- युग्मन में एक्स-रेल के शाफ्ट डालें और शिकंजा (M4) के साथ जोड़ने की अंगूठी के लिए गियर reducer ठीक. युग्मन के लॉक शिकंजा को कसें (चित्र 1E)
- अन्य दो कदम मोटर्स और गियर reducers सक्रिय वाई-रेल और जेड-रेल के लिए कदम 1.11-1.12 में वर्णित तरीकों का उपयोग कर ठीक करें।
- बिजली और उनके ड्राइवरों के नियंत्रण बंदरगाहों के लिए तीन कदम मोटर्स की शक्ति और नियंत्रण केबल डालें, क्रमशः और ड्राइवर पक्ष पर शिकंजा के साथ केबल सुरक्षित.
2. मोड़ तालिका इकट्ठा
- डाउनलोड करें. DWG इस कागज के पूरक फ़ाइलों से डिजाइन फ़ाइलें. 3 डी मुद्रण या यांत्रिक प्रसंस्करण द्वारा वस्तुओं, मानसिक शाफ्ट, स्थान लगाने बार, रोटेटर और मामले को तैयार करें।
- वस्तु शरीर की नाली में स्पर्श सेंसर रखो और उन्हें डबल पक्षीय टेप के साथ पूर्वनिर्धारित स्पर्श क्षेत्रों पर छड़ी (चित्र 2बी) .
नोट: प्रत्येक वस्तु चार उपघटक के होते हैं: एक backboard, अंदर नाली के साथ वस्तु शरीर, कवर बोर्ड, और स्पर्श सेंसर. - वस्तु बैकबोर्ड के होल के माध्यम से तारों को पास करें और आवरण बोर्ड को शिकंजा के साथ वस्तु के शरीर पर सुरक्षित करें (चित्र 2ख) ।
- रोटर के किनारों पर छेद के माध्यम से स्पर्श सेंसर के तारों को पास करें और शिकंजा के साथ रोटेटर पर वस्तुओं को ठीक करें। (चित्र 2C) .
- स्पर्श सेंसरों के तार को विद्युत पर्ची रिंग के घूर्णन तार सिरों तक मिला देते हैं और जोड़ों को विद्युत टेप के साथ लपेटते हैं (चित्र 2D) ।
- शिकंजा के साथ एक्स-रेल के स्लाइडर के लिए मामले को सुरक्षित। बॉक्स के निचले छेद में असर रखें और शिकंजा के साथ मामले की शीर्ष सतह पर पता लगाने पट्टी सुरक्षित (चित्र 2E) .
- साइड से मामले में रोटेटर प्लेस, रोटेटर, असर और बॉक्स के अक्ष coinciding. मामले के शीर्ष छिद्र के माध्यम से विद्युत पर्ची की अंगूठी के तारों को पास करें (चित्र 2 ं ).
- मामले के शीर्ष छेद से असर में धातु शाफ्ट डालें और रोटेटर के keyway करने के लिए शाफ्ट कुंजी फिट (चित्र 2 जी) .
- धातु शाफ्ट के चारों ओर बिजली पर्ची अंगूठी सेट करें. बाहरी वलय को घूर्णन से रोकने के लिए बार को विद्युत सर्पण वलय के पायदान में रखने का अंत रखें (चित्र 2जी)।
- धातु शाफ्ट के छेद में मोटर कदम की शाफ्ट डालें और शिकंजा के साथ बॉक्स के शीर्ष पर मोटर सुरक्षित. (चित्र 2ह)
- शक्ति और उसके चालक के नियंत्रण बंदरगाहों में मोटर की शक्ति और नियंत्रण केबल डालें और उन्हें शिकंजा के साथ सुरक्षित.
- टेप के साथ मामले के सामने की ओर (आरजीबी) एक तिरंगा एलईडी छड़ी और मामले पर सही पक्ष बोर्ड को ठीक.
3. नियंत्रण प्रणाली का सेटअप
- डिजिटल i/O बंदरगाहों में चार मोटर ड्राइवरों की दिशा और पल्स नियंत्रण तारों डालें (पिन 81, 83, 85, 87) और डिजिटल काउंटर बंदरगाहों (पिन 89, 91, 93, 95) डेटा अधिग्रहण (DAQ) बोर्ड के, क्रमशः. शिकंजा के साथ तारों को सुरक्षित.
- एलईडी के नियंत्रण तारों डालें (हरे रंग के लिए इस्तेमाल किया "जाओ" क्यू, नीले रंग के लिए इस्तेमाल किया "त्रुटि" क्यू, और लाल रंग का प्रतिनिधित्व निष्क्रिय) डिजिटल i/O बंदरगाहों में (पिन 65 और 66) DAQ कार्ड के और उन्हें शिकंजा के साथ सुरक्षित.
- स्पर्श सेंसर के आउटपुट तारों को सम्मिलित करें और DAQ बोर्ड के डिजिटल i/O बंदरगाहों (पिन 67-77) में बटन स्विच करें और शिकंजा के साथ तारों को सुरक्षित करें।
- क्रमशः डिजिटल i/O पिन 1 और 80 में peristaltic पंप के स्टार्ट-स्टॉप और दिशा नियंत्रण तारों डालें। अनुरूप i/O पोर्ट AO2 में प्रवाह वेग नियंत्रण तार सम्मिलित करें। शिकंजा के साथ तारों को सुरक्षित.
- 3 डी स्थान में हाथ प्रक्षेप पथ रिकॉर्ड करने के लिए निर्माता द्वारा वर्णित के रूप में एक गति पर कब्जा प्रणाली सेटअप करें।
नोट: एक वाणिज्यिक गति पर कब्जा प्रणाली (सामग्री की तालिकादेखें) का इस्तेमाल किया गया था, जो आठ कैमरों के होते हैं, एक शक्ति केंद्र, एक ईथरनेट स्विच और एक समर्थन सॉफ्टवेयर (उदा., Cortex). कृपया सिस्टम के सेटअप के बारे में अधिक जानकारी प्राप्त करने के लिए मैन्युअल देखें। - विषय से electrophysiology संकेत रिकॉर्ड करने के लिए निर्माता द्वारा वर्णित के रूप में एक तंत्रिका संकेत अधिग्रहण प्रणाली सेटअप.
नोट: एक वाणिज्यिक डेटा अधिग्रहण प्रणाली (सामग्रीकीतालिका) का इस्तेमाल किया गया था, जो एक तंत्रिका संकेत प्रोसेसर (एनएसपी), सामने के अंत एम्पलीफायर (FEA), एम्पलीफायर बिजली की आपूर्ति (एएसपी), सिर चरणों, और उसके समर्थन सॉफ्टवेयर (जैसे, केंद्रीय) के होते हैं. सिस्टम के सेटअप के बारे में अधिक विवरण के लिए मैन्युअल देखें।
4. प्रयोगात्मक सत्र की तैयारी
- 3 डी अनुवाद डिवाइस और मोड़ तालिका प्रारंभ करें। विशेष रूप से, प्रारंभिक बिंदु (कम बाएँ कोने) के लिए सभी रैखिक स्लाइड रेल के स्लाइडर्स खींच और मोड़ तालिका के सामने की ओर का सामना करने के लिए तालिका मोड़ की पहली वस्तु (यानी, खड़ी रखा संभाल) बारी की बारी की बारी है।
- गति पर कब्जा प्रणाली, तंत्रिका संकेत अधिग्रहण, DAQ बोर्ड, peristaltic पंप, और चार मोटर्स सहित प्रयोगात्मक उपकरणों पर पावर..
- प्रतिमान सॉफ्टवेयर सेटअप (चित्र 3A)
- प्रतिमान सॉफ़्टवेयर (अनुरोध पर उपलब्ध) को खोलने के लिए Paradigm.exe डबल क्लिक करें।
- पहुँच पदों और उनके 3 डी निर्देशांक की संख्या को परिभाषित करें (x, y, और z, मिलीमीटर में) प्रारंभिक पदों के सापेक्ष (चरण 4.2).
- .txt दस्तावेज़ में मैट्रिक्स के रूप में सभी स्थितियों के निर्देशांक लिखें. सुनिश्चित करें कि प्रत्येक पंक्ति में एक रिक्ति के साथ अलग की गई एक स्थिति के x-, y-, और z-निर्देशांक शामिल हैं. txt दस्तावेज़ सहेजें.
- प्रतिमान सॉफ्टवेयर के पूल पैनल में फ़ाइल खोलें क्लिक करें और प्रतिमान सॉफ़्टवेयर में प्रस्तुति पदों को लोड करने से पहले सहेजे गए .txt दस्तावेज़ का चयन करें.
नोट: इस अध्ययन में, आठ लक्ष्य पदों पशु की पहुँच रेंज है, जो एकघनाभ कार्यक्षेत्र 9,10 (90 मिमी x 60 मिमी x 90 मिमी) के vertices पर स्थित हैं के अनुसार निर्धारित किए गए थे. - प्रतिमान सॉफ्टवेयर के ऑब्जेक्ट पूल में प्रयोग में प्रस्तुत किया जा करने के लिए वस्तुओं की जाँच करें।
- प्रतिमान सॉफ्टवेयर के समय पैरामीटर पैनल में प्रयोगात्मक मापदंडों को समायोजित करें. सेट बेसलाइन $ 400 एमएस, मोटर भागो $ 2,000 एमएस, योजना $ 1,000 एमएस, अधिकतम प्रतिक्रिया समय $ 500 एमएस, अधिकतम पहुँच समय $ 1,000 एमएस, न्यूनतम पकड़ो समय $ 500 एमएस, इनाम $ 60 एमएस, और त्रुटि क्यू $ 1,000 एमएस।
- कुर्सी की नाली में अपने कॉलर डालने और उसके सिर फिक्सिंग द्वारा बंदर कुर्सी पर एक माइक्रो-इलेक्ट्रोड सरणी मोटर प्रांतस्था में प्रत्यारोपित के साथ (एक माइक्रो-इलेक्ट्रोड सरणी के साथ) रीसस बंदर सीट।
- एल्यूमीनियम निर्माण फ्रेम करने के लिए बंदर कुर्सी को ठीक करें। सिर को घनाभ के सामने की ओर से 250 मिमी दूर रखें और आंखों को घनाभ कार्यस्थान के शीर्ष ओर 50 मिमी ऊपर रखें (क्षैतिज दृश्य कोण: 20 डिग्री; ऊर्ध्वाधर दृश्य कोण: 18 डिग्री)।
- गति पर कब्जा प्रणाली की एक ट्रैकिंग टेम्पलेट का निर्माण.
- हाथ के अंत में तीन चिंतनशील मार्करों संलग्न (रीयल के करीब) डबल पक्षीय टेप के साथ. सुनिश्चित करें कि तीन मार्करों एक स्केलेन त्रिकोण के रूप में.
- कार्य प्रारंभ करने के लिए प्रतिमान सॉफ़्टवेयर के चलाएँ बटन क्लिक करें.
- कोर्टेक्स सॉफ्टवेयर के मोशन कैप्चर पैनल पर रिकॉर्ड बटन पर क्लिक करें 60 s के लिए तीन मार्करों के tracectories रिकॉर्ड जब बंदर काम कर रहा है. प्रयोग को निलंबित करने के लिए रोकें बटन पर क्लिक करें.
- दर्ज traectories का उपयोग कर कोर्टेक्स सॉफ्टवेयर पर तीन मार्करों की एक ट्रैकिंग टेम्पलेट का निर्माण और टेम्पलेट को बचाने के.
नोट: कैसे एक मॉडल का निर्माण करने के बारे में अधिक जानकारी प्राप्त करने के लिए Cortex के मैनुअल को देखें.
- एक तार और चुटकी मुर्गा के साथ बंदर की मोटर प्रांतस्था में प्रत्यारोपित एफईए और माइक्रो-इलेक्ट्रोड सरणी के GND बंदरगाहों कनेक्ट करें। फिर माइक्रो-इलेक्ट्रोड सरणी31के कनेक्टर में सिर चरणों डालें।
- तंत्रिका संकेत अधिग्रहण प्रणाली के केंद्रीय सॉफ्टवेयर खोलें और भंडारण पथ, लाइन शोर रद्द करने, स्पाइक फिल्टर, स्पाइक थ्रेशोल्ड, आदि सहित रिकॉर्डिंग पैरामीटर सेट करें।
नोट: सॉफ्टवेयर सेटिंग के अधिक विवरण के लिए तंत्रिका संकेत अधिग्रहण प्रणाली के मैनुअल को देखें. - सिंक्रनाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर खोलें ( अनुरोध पर उपलब्धचित्र 3B). क्रमशः तंत्रिका संकेत अधिग्रहण प्रणाली, गति पर कब्जा प्रणाली और प्रतिमान सॉफ्टवेयर के साथ तुल्यकालन सॉफ्टवेयर कनेक्ट करने के लिए Cerebus, मोशन कैप्चर, और पैराडाइम पैनलों में तीन कनेक्ट बटन पर क्लिक करें।
- प्रयोग जारी रखने के लिए प्रतिमान सॉफ़्टवेयर के रन बटन पर क्लिक करें.
- तंत्रिका संकेतों की रिकॉर्डिंग शुरू करने के लिए केंद्रीय सॉफ्टवेयर की फाइल भंडारण पैनल पर रिकॉर्ड बटन पर क्लिक करें।
- बचाया ट्रैकिंग टेम्पलेट की जाँच करें और बंदर की कलाई की गति रिकॉर्डिंग शुरू करने के लिए कॉर्टेक्स सॉफ्टवेयर के मोशन कैप्चर पैनल पर रिकॉर्ड बटन पर क्लिक करें।
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Representative Results
उपकरण के पूर्ण कार्यस्थान का आकार क्रमशः 600 मिमी, 300 मिमी, और 500 मिमी में x-, y-, और z-axes है। 3 डी ट्रांसलेशनल डिवाइस का अधिकतम भार 25 किग्रा है, जबकि टर्निंग टेबल (कदम मोटर सहित) भारित 15 किग्रा है और इसे 500 मिमी/ 3D अनुवाद ी उपकरण की शुद्ध गतिक परिशुद्धता 0ण्1 उउ से कम है तथा तंत्र का शोर 60 डीबी से कम है।
प्रणाली की उपयोगिता को प्रदर्शित करने के लिए, बंदर को प्रशिक्षित किया जाता है (पहले एक पहुंच कार्य में प्रशिक्षित) सिस्टम30के साथ एक देरी से पहुंच-टू-स्grasp कार्य करने के लिए। ऊपर प्रस्तुत प्रक्रिया का उपयोग करना, प्रतिमान सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से परीक्षण द्वारा व्यवहार प्रयोग परीक्षण प्रस्तुत करता है (प्रति सत्र $ 500 परीक्षण). विशेष रूप से, बंदर बटन धक्का और "जाओ" क्यू से पहले पकड़े द्वारा एक परीक्षण शुरू करना चाहिए (चित्र 4). एक पहला कदम ("मोटर रन" चरण) के रूप में, 3 डी अनुवाद डिवाइस एक छद्म बेतरतीब ढंग से चुना स्थिति के लिए मोड़ तालिका परिवहन, और एक ही समय में, मोड़ तालिका भी एक छद्म बेतरतीब ढंग से चुना वस्तु पेश करने के लिए बारी बारी से होगा। इस मोटर रन चरण रहता है 2 एस और सभी चार मोटर्स (तीन 3 डी translational डिवाइस में और एक मोड़ तालिका में) शुरू और एक ही समय में बंद करो. मोटर रन चरण के बाद एक "योजना" चरण (1 सेकंड), जिसके दौरान बंदर निम्नलिखित आंदोलन की योजना बना रहा है। एक बार हरी एलईडी ("जाओ" क्यू) पर बदल जाता है, बंदर बटन जारी करना चाहिए, मोड़ तालिका में पहुँचने और जितनी जल्दी हो सके इसी पकड़ प्रकार के साथ वस्तु समझ (अधिकतम प्रतिक्रिया समय - 0.5 s; अधिकतम आंदोलन समय ] 1 s). बंदर 0.5 s की एक न्यूनतम पकड़ समय के बाद एक पानी इनाम प्राप्त करता है. एक परीक्षण निरस्त किया जाता है, और बंदर "जाओ" क्यू से पहले बटन विज्ञप्ति या क्यू के बाद अधिकतम प्रतिक्रिया समय के भीतर बटन जारी नहीं करता है, तो नीले एलईडी पर बदल जाता है.
तुल्यकालन सॉफ्टवेयर घटना लेबल प्राप्त करता है (जैसे, बटन पर, जाओ क्यू, बटन बंद, आदि, चित्रा4) प्रतिमान सॉफ्टवेयर से और गति पर कब्जा प्रणाली से एक "शुरू रिकॉर्ड" लेबल, तो उन्हें वास्तविक समय में तंत्रिका संकेत अधिग्रहण प्रणाली के लिए भेजता है प्रयोग के दौरान. सभी लेबल तंत्रिका संकेतों के साथ बच रहे हैं, लेकिन कलाई की गति एक अलग फ़ाइल में संग्रहीत किया जाता है. समय में तंत्रिका संकेतों और प्रक्षेप पथ संरेखित करने के लिए, "प्रारंभ रिकॉर्ड" लेबल के टाइमस्टैम्प प्रक्षेप पथ के पहले नमूने के रूप में लिया गया था, तो वृद्धिशील timestamps गति पर कब्जा प्रणाली की फ्रेम दर के अनुसार अन्य नमूनों के लिए आवंटित किए गए थे. चित्र ाााल3 समय-संरेखित घटना लेबल, कलाई का प्रक्षेप पथ, और उदाहरण न्यूरोनल गतिविधि दिखाता है।
सभी सफल परीक्षणों में पहुंचचरण के दौरान कलाई की प्रपथन निकाली गई और उन्हें लक्ष्य स्थितियों के आधार पर आठ समूहों में विभाजित किया गया (चित्र 5) traectories के प्रत्येक समूह के लिए, औसत मूल्यों और प्रत्येक timepoint पर 95% विश्वास अंतराल की गणना की गई. चित्र 5 में प्रक्षेप पथ आलेख यह दर्शाता है कि प्रक्षेप पथ के आठ समूहों के सिरों में घनाभ का रूप होता है, जिसका आकार पूर्वनिर्धारित घनाभ कार्यस्थान (चरण 4-3-4) होता है। एकल न्यूरॉन के लिए परिउद्उद्रूप काल हिस्टोग्राम (पीएसटीएच) को क्रमशः स्थिति और वस्तु तक पहुंचने के संबंध में प्लॉट किया गया था। सफल परीक्षणों में स्पाइक गाड़ियों को 50 एमएस की स्लाइडिंग विंडो के साथ बंद कर दिया गया था और एक गॉसियन कर्नेल ($ 100 एमएस) के साथ चिकनी किया गया था। प्रत्येक समूह के लिए औसत मान और 95% विश्वास अंतराल की गणना बूटस्ट्रैप विधि द्वारा की गई थी (n $ 2,000). चित्र ाहा 6 दो उदाहरण न्यूरॉन्स के PSTHs को दर्शाता है, जो स्थिति और वस्तुओं दोनों तक पहुँचते हैं। चित्रा 6A में न्यूरॉन तक पहुँचने और धारण चरणों के दौरान महत्वपूर्ण चयनात्मकता से पता चलता है, जबकि चित्रा 6B में न्यूरॉन धुन पदों और वस्तुओं के बीच से शुरू होता है "मोटर रन" चरण.
चित्र 1: 3 डी अनुवाद डिवाइस असेंबली के लिए चरण-दर-चरण निर्देश.
I-I X-रेल, I-III Y-rail, I-II जेड-रेल, II कनेक्टिंग शाफ्ट, III steping मोटर्स, IV ग्रहों गियर reducers, वी जोड़ने के छल्ले, VI डायाफ्राम युग्मन, सातवीं आसनों, आठवीं टी के आकार का जोड़ने बोर्डों, IX सही त्रिकोण फ्रेम. (ए) अनुवाद उपकरण असेंबली के लिए सामग्री। (ख) फ्रेम का निर्माण और वाई-रेल स्थापित करें (चरण 1-1-1.4)। (ग) वाई-रेलों पर दो जेड-रेलों को ठीक करना (चरण 1-5-1-7)। (छ) एक्स-रेल को जेड-रेलों पर लगाना (चरण 1.8 और 1.9)। (ई) कदम मोटर और गियर रिक्यूडर (कदम 1.10 और 1.11) स्थापित करना। (च) पूरी तरह से इकट्ठे 3 डी अनुवाद उपकरण (चरण 1.12 और 1.3)। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 2: मोड़ तालिका असेंबली के लिए चरण-दर-चरणनिर्देश.
(ए) तालिका विधानसभा मोड़ के लिए सामग्री. (ठ) वस्तुओं को इकट्ठा करना और स्पर्श सेंसर स्थापित करना (चरण 2-2)। (ग) रोटेटर पर वस्तुओं को सुरक्षित रखना (चरण 2-3)। (घ) सेंसर ों के तारों को विद्युत पर्ची वलय (चरण 2-4) से जोड़ना। (ई) 3 डी अनुवाद डिवाइस पर आधार स्थापित करने और पता लगाने बार और असर रखने (चरण 2.5). (च) रोटाटर को मामले में डालना (चरण 2-6)। (छ) शाफ्ट तथा विद्युत पर्ची वलय (चरण 2ण्7 तथा 2.8) स्थापित की गई है। (एच) कदम मोटर की स्थापना (कदम 2.9). कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 3: प्रतिमान और तुल्यकालन सॉफ्टवेयर के चित्रमय यूजर इंटरफेस.
(A) व्यवहार कार्य को नियंत्रित करने के लिए एक कस्टम-निर्मित LabView प्रोग्राम. (बी) प्रतिमान सॉफ्टवेयर, तंत्रिका संकेत अधिग्रहण प्रणाली, और गति पर कब्जा प्रणाली के साथ संवाद करने के लिए एक कस्टम बनाया सी + + कार्यक्रम। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 4: समय एक सफल परीक्षण में डेटा गठबंधन किया।
सभी घटना समय, कलाई tractories (X, Y, और $) और न्यूरॉन गतिविधि (उदाहरण इकाई 1-3) एक साथ दर्ज किए गए. शीर्ष पंक्ति में छोटी काली रेखाएँ ईवेंट लेबल हैं. "बटन पर" समय इंगित करता है जब बंदर बटन नीचे दबाया; "स्थिति सूचकांक" 1-8 से एक संख्या है जो यह दर्शाता है कि किस स्थिति में पहुंच प्रस्तुत की जाती है; "ऑब्जेक्ट इंडेक्स" 1-6 से एक संख्या है जो इंगित करती है कि कौन सा ऑब्जेक्ट प्रस्तुत किया गया है; "मोटर पर" चार मोटर्स के प्रारंभ समय इंगित करता है. "मोटर बंद" उनके रोक समय इंगित करता है; "जाओ क्यू" पल इंगित करता है जब हरी एलईडी धुनों पर; "बटन बंद" पल इंगित करता है जब बंदर बटन जारी; "टच पर" पल इंगित करता है जब वस्तु में स्पर्श सेंसर हाथ का पता लगाने; "पुरस्कार पर" पल इंगित करता है जब पंप पानी इनाम देने के लिए शुरू होता है और एक परीक्षण के अंत का प्रतिनिधित्व करता है. "बटन पर", "स्थिति अनुक्रमणिका", और "ऑब्जेक्ट अनुक्रमणिका" लेबल क्रमिक रूप से एक परीक्षण की शुरुआत में एक बहुत ही कम समय में सहेजे जाते हैं। पंक्तियाँ 2-4 (X, Y और $) के साथ लेबल) गति पर कब्जा प्रणाली द्वारा दर्ज 3 डी में कलाई की प्रक्षेप वक्रता साजिश. पंक्तियाँ 5-7 (इकाई 1, 2 और 3 के साथ लेबल) तंत्रिका संकेत अधिग्रहण प्रणाली द्वारा दर्ज तीन उदाहरण न्यूरॉन्स की स्पाइक गाड़ियों दिखा. नीचे पंक्ति ईवेंट लेबल के आधार पर छह चरणों में विभाजित पूर्ण परीक्षण के लिए समयरेखा दिखाती है. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 5: गति पर कब्जा प्रणाली द्वारा दर्ज कलाई के त्रासदियों.
सभी सफल परीक्षणों को लक्ष्य स्थितियों के अनुसार आठ समूहों में विभाजित किया जाता है (पत्र A से H के साथ लेबल)। प्रत्येक ठोस रेखा एक समूह का एक औसत प्रक्षेप पथ है और छाया traectories के प्रसरण का प्रतिनिधित्व करता है. यह आंकड़ा पिछले एक अध्ययन से संशोधित किया गया है30. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 6: दो उदाहरण न्यूरॉन्स के PSTHs (ए और बी).
क्रम में सही से बाईं ओर ऊर्ध्वाधर डैश्ड लाइनों मोटर पर, मोटर बंद, जाओ क्यू पर, बटन बंद है, और पर टच है. PSTH में प्रत्येक ठोस रेखा (अलग-अलग रंगों में) एक लक्ष्य स्थिति की ओर परीक्षणों में औसत फायरिंग दर का प्रतिनिधित्व करती है और छाया 95% आत्मविश्वास अंतराल (बूटस्ट्रैप; 2,000 बार) का प्रतिनिधित्व करती है। ए और बीदोनों के लिए, ऊपरी और निचले पैनल क्रमशः विभिन्न स्थितियों और वस्तुओं के संबंध में PSTH दिखाते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
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Discussion
व्यवहार तंत्र यहाँ वर्णित है अलग तक पहुँचने और लोभी आंदोलनों का एक परीक्षण वार संयोजन सक्षम बनाता है (यानी, बंदर प्रत्येक परीक्षण में किसी भी मनमाने ढंग से 3 डी स्थानों में अलग ढंग से आकार की वस्तुओं समझ सकते हैं). यह एक कस्टम मोड़ तालिका है कि विभिन्न वस्तुओं और एक रैखिक translational डिवाइस है कि 3 डी अंतरिक्ष में कई पदों के लिए मोड़ तालिका transports स्विच के संयोजन के माध्यम से पूरा किया है. इसके अलावा, बंदर से तंत्रिका संकेतों, कलाई की गति, और हाथ आकार दर्ज किया जा करने में सक्षम थे और neurophysiological अनुसंधान के लिए सिंक्रनाइज़.
उपकरण है, जो अलग से संचालित 3 डी translational डिवाइस और मोड़ तालिका भी शामिल है, कई लक्ष्य पदों और वस्तुओं स्वतंत्र रूप से प्रस्तुत करता है. अर्थात, सभी पूर्वनिर्धारित स्थितियों और वस्तुओं को मनमाने ढंग से संयुक्त किया गया था , जो बहुचर एन्कोडिंग14,25,28के अध्ययन में महत्वपूर्ण है । इसके विपरीत, यदि समझी जाने वाली वस्तु स्थिति से जुड़ी हुई है (उदाहरण के लिए, वस्तु एक पैनल पर स्थिर है), तो यह निर्धारित करना कठिन है कि क्या एक न्यूरॉन किसी वस्तु को ट्यून करता है या स्थिति18,27,32। इसके अलावा, उपकरण के बजाय 3 डी अंतरिक्ष में वस्तुओं प्रस्तुत करता है एक 2 डी विमानपर 19,27, जो स्थानिक मॉडुलन के साथ अधिक न्यूरॉन्स को सक्रिय करता है.
बोल्ट्ड कनेक्शन का प्रयोग तंत्र के उपघटकों के बीच व्यापक रूप से किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च विस्तार और लचीलापन होता है। वस्तुओं और स्पर्श सेंसर के स्थान के आकार डिजाइन करके, पकड़ प्रकार की एक बड़ी संख्या ठीक प्रेरित और पहचान की गई. 3 डी अनुवाद डिवाइस 3 डी अंतरिक्ष में 25 किलो से कम किसी भी उपघटक स्थानांतरित कर सकते हैं और स्थानिक विस्थापन शामिल सबसे अधिक कार्य के लिए सक्षम है। इसके अलावा, हालांकि उपकरण rhesus बंदर को प्रशिक्षित करने के लिए डिजाइन किया गया था(Macaca mulatta),3 डी translational डिवाइस के समायोज्य रेंज के कारण, यह भी समान या बड़े शरीर के आकार या यहां तक कि मनुष्य के साथ अन्य primates के लिए सक्षम है.
व्यवहार कार्य के संयोजन तक पहुँचने और लोभी आंदोलन का एक प्रमुख चिंता यह है कि हाथ मुद्रा विभिन्न पहुँचने की स्थिति में अलग अलग अलग है, भले ही बंदर एक ही पकड़ प्रकार के साथ वस्तु समझ. हालांकि तक पहुँचने और लोभी आम तौर पर दो अलग आंदोलनों के रूप में माना जाता है, उनके effectors (हाथ और हाथ) जुड़े हुए हैं. इस प्रकार, यह अनिवार्य है कि पहुंच आंदोलन लोभी के साथ सूचना का आदान-निर्देश है. इस प्रयोग में टिप्पणियों के अनुसार, बंदर की कलाई कोण थोड़ा बदल गया जब विभिन्न स्थितियों में एक ही वस्तु समझ, लेकिन हाथ मुद्रा में महत्वपूर्ण मतभेद नहीं देखा गया.
उपकरण की एक संभावित सीमा यह है कि प्रयोगात्मक कमरे गति पर कब्जा प्रणाली से अवरक्त प्रकाश की वजह से पूरी तरह से अंधेरा नहीं है. बंदर पूरे निशान है, जो योजना अवधि से पहले अवांछित ट्यूनिंग की ओर जाता है भर में लक्ष्य वस्तु देख सकते हैं. किसी वस्तु तक दृश्य अभिगम को नियंत्रित करने के लिए, प्रतिमान सॉफ्टवेयर द्वारा नियंत्रित स्विच करने योग्य कांच को सिर और उपकरण के बीच रखा जा सकता है। switchable ग्लास आधार भूतरेखा और योजना चरणों के दौरान अपारदर्शी है और "जाओ" क्यू के बाद पारदर्शी हो जाता है. इस तरह, दृश्य जानकारी ठीक नियंत्रित किया जाता है. उसी तरह, सफेद शोर मोटर चल ध्वनि मुखौटा करने के लिए नियोजित किया जा सकता है, जो मोटर की आवाज से वस्तु के स्थान की पहचान करने से बंदर को रोकता है. उपकरण की एक और सीमा यह है कि उंगलियों की गति को ट्रैक नहीं किया जा सकता है। इसका कारण यह है कि बंदर को वस्तु को समझने के लिए मोड़ तालिका में हाथ तक पहुंचना चाहिए, जो कैमरों को हाथ पर निशान कैप्चर करने से रोकता है।
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Disclosures
लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
हम उपकरण डिजाइन और सुश्री Guihua वांग पर पशु देखभाल और प्रशिक्षण के साथ उसकी सहायता के लिए उनकी सलाह के लिए श्री शिजियांग शेन धन्यवाद. यह काम चीन के राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम (2017YFC1308501), चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (31627802), झेजियांग प्रांत की सार्वजनिक परियोजनाओं (2016C33059) द्वारा समर्थित किया गया था, और मौलिक अनुसंधान कोष के लिए केन्द्रीय विश्वविद्यालय।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Active X-rail | CCM Automation technology Inc., China | W50-25 | Effective travel, 600 mm; Load, 25 kg |
| Active Y-rail | CCM Automation technology Inc., China | W60-35 | Effective travel, 300 mm, Load 35 kg |
| Active Z-rail | CCM Automation technology Inc., China | W50-25 | Effective travel, 500 mm; Load 25 kg |
| Bearing | Taobao.com | 6004-2RSH | Acrylic |
| Case | Custom mechanical processing | TT-C | Acrylic |
| Connecting ring | CCM Automation technology Inc., China | 57/60-W50 | |
| Connecting shaft | CCM Automation technology Inc., China | D12-700 | Diam., 12 mm;Length, 700 mm |
| Diaphragm coupling | CCM Automation technology Inc., China | CCM 12-12 | Inner diam., 12-12mm |
| Diaphragm coupling | CCM Automation technology Inc., China | CCM 12-14 | Inner diam., 14-12mm |
| Electric slip ring | Semring Inc., China | SNH020a-12 | Acrylic |
| Locating bar | Custom mechanical processing | TT-L | Acrylic |
| Motion capture system | Motion Analysis Corp. US | Eagle-2.36 | |
| Neural signal acquisition system | Blackrock Microsystems Corp. US | Cerebus | |
| NI DAQ device | National Instruments, US | USB-6341 | |
| Object | Custom mechanical processing | TT-O | Acrylic |
| Passive Y-rail | CCM Automation technology Inc., China | W60-35 | Effective travel, 300 mm; Load 35 kg |
| Passive Z-rail | CCM Automation technology Inc., China | W50-25 | Effective travel, 500 mm; Load 25 kg |
| Pedestal | CCM Automation technology Inc., China | 80-W60 | |
| Peristaltic pump | Longer Inc., China | BT100-1L | |
| Planetary gearhead | CCM Automation technology Inc., China | PLF60-5 | Flange, 60×60 mm; Reduction ratio, 1:5 |
| Right triangle frame | CCM Automation technology Inc., China | 290-300 | |
| Rotator | Custom mechanical processing | TT-R | Acrylic |
| Servo motor | Yifeng Inc., China | 60ST-M01930 | Flange, 60×60 mm; Torque, 1.91 N·m; for Y- and Z-rail |
| Servo motor | Yifeng Inc., China | 60ST-M01330 | Flange, 60×60 mm; Torque, 1.27 N·m; for X-rail |
| Shaft | Custom mechanical processing | TT-S | Acrylic |
| Stepping motor | Taobao.com | 86HBS120 | Flange, 86×86 mm; Torque, 1.27 N·m; Driving turning table |
| Touch sensor | Taobao.com | CM-12X-5V | |
| Tricolor LED | Taobao.com | CK017, RGB | |
| T-shaped connecting board | CCM Automation technology Inc., China | 110-120 |
References
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