Conception et utilisation d'un apparatus pour la présentation d'objets graspables dans l'espace de travail 3D
Summary
Présenté ici est un protocole pour construire un appareil automatique qui guide un singe pour effectuer la tâche flexible de portée à saisir. L’appareil combine un dispositif de traduction 3D et une table tournante pour présenter plusieurs objets dans une position arbitraire dans l’espace 3D.
Abstract
Atteindre et saisir sont des mouvements très couplés, et leur dynamique neuronale sous-jacente ont été largement étudiés au cours de la dernière décennie. Pour distinguer les codages d’atteindre et de saisir, il est essentiel de présenter différentes identités d’objets indépendamment de leurs positions. Présenté ici est la conception d’un appareil automatique qui est assemblé avec une table tournante et en trois dimensions (3D) dispositif de traduction pour atteindre cet objectif. La table tournante change différents objets correspondant à différents types d’adhérence tandis que l’appareil de traduction 3D transporte la table tournante dans l’espace 3D. Les deux sont entraînés indépendamment par des moteurs de sorte que la position cible et l’objet sont combinés arbitrairement. Pendant ce temps, la trajectoire du poignet et les types d’adhérence sont enregistrés via le système de capture de mouvement et les capteurs tactiles, respectivement. En outre, les résultats représentatifs qui démontrent le singe avec succès formé utilisant ce système sont décrits. On s’attend à ce que cet appareil facilite des chercheurs pour étudier la cinématique, les principes neuraux, et les interfaces cerveau-machine liées à la fonction supérieure de membre.
Introduction
Divers appareils ont été développés pour étudier les principes neuronaux sous-jacents à l’atteinte et à la saisie du mouvement chez les primates non humains. Dans l’atteinte des tâches, écran tactile1,2, curseur d’écran contrôlé par un joystick3,4,5,6,7, et la technologie de réalité virtuelle8 , 9 (en) , 10 ont tous été employés pour présenter des cibles 2D et 3D, respectivement. Pour introduire différents types d’adhérence, des objets de forme différente fixés dans une position ou tournant autour d’un axe ont été largement utilisés dans les tâches de saisie11,12,13. Une alternative consiste à utiliser des repères visuels pour informer les sujets de saisir le même objet avec différents types d’adhérence14,15,16,17. Plus récemment, les mouvements d’atteinte et de saisie ont été étudiés ensemble (c.-à-d. que les sujets atteignent de multiples positions et saisissent différents types d’adhérence lors d’une session expérimentale)18,19,20, 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Les premières expériences ont présenté des objets manuellement, ce qui conduit inévitablement à un temps faible et la précision spatiale20,21. Pour améliorer la précision expérimentale et économiser de la main-d’œuvre, les dispositifs de présentation automatique contrôlés par les programmes ont été largement utilisés. Pour varier la position cible et le type d’adhérence, les expérimentateurs ont exposé plusieurs objets simultanément, mais la position relative (ou absolue) des cibles et les types d’adhérence sont liés entre eux, ce qui provoque des schémas de tir rigides grâce à une formation à long terme22 ,27,28. Les objets sont généralement présentés dans un plan 2D, ce qui limite la diversité du mouvement d’atteinte et de l’activité neuronale19,25,26. Récemment, la réalité virtuelle24 et le bras robot23,29 ont été introduits pour présenter des objets dans l’espace 3D.
Présentés ici sont des protocoles détaillés pour la construction et l’utilisation d’un appareil automatisé30 qui peut atteindre n’importe quelle combinaison de positions cibles multiples et les types d’adhérence dans l’espace 3D. Nous avons conçu une table tournante pour changer d’objet et un dispositif de traduction 3D pour transporter la table tournante dans l’espace 3D. La table tournante et l’appareil de traduction sont pilotés par des moteurs indépendants. Pendant ce temps, la trajectoire 3D du poignet du sujet et les signaux neuronaux sont enregistrés simultanément tout au long de l’expérience. L’appareil fournit une plate-forme précieuse pour l’étude de la fonction des membres supérieurs chez le singe rhésus.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’appareil comportemental est décrit ici permet une combinaison d’essai-sage de différents mouvements d’atteindre et de saisir (c.-à-d., le singe peut saisir des objets de forme différente dans n’importe quel emplacement 3D arbitraire dans chaque essai). Ceci est accompli grâce à la combinaison d’une table tournante personnalisée qui change différents objets et d’un dispositif de traduction linéaire qui transporte la table tournante à plusieurs positions dans l’espace 3D. En outre, les signaux neuronaux du sing…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions M. Shijiang Shen pour ses conseils sur la conception d’appareils et Mme Guihua Wang pour son aide en matière de soins et de formation des animaux. Ce travail a été soutenu par le National Key Research and Development Program of China (2017YFC1308501), la National Natural Science Foundation of China (31627802), les Projets publics de la province du Zhejiang (2016C33059) et les Fonds de recherche fondamentale pour le Universités centrales.
Materials
| 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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