A táctil automático pasivo-Finger Stimulator (TAPS)

Introducción El táctil automático pasivo-Finger Stimulator (TAPS) es un sistema controlado por ordenador que presiona superficies estructuradas sobre la piel con el fin de evaluar a una persona de agudeza espacial táctil. Hemos diseñado y construido el aparato en la Universidad de Duquesne, y lo modificó a su forma actual en la Universidad de McMaster. Aquí, ofrecemos una visión general de la función de TAPS. A continuación se describen los componentes del dispositivo, con el fin de facilitar su reproducción por otros investigadores. Por último, se muestra cómo GRIFOS se utiliza para realizar un experimento psicofísico. 1. Vista general del equipo GRIFOS utiliza la gravedad para la prensa una superficie de estímulo contra la piel (Fig. 1). El brazo del paciente descansa cómodamente en posición boca abajo sobre una mesa. La yema del dedo (o área de la piel otros para ser probado) se encuentra en un túnel en la tabla. Debajo de la mesa, un motor paso a paso gira un disco con capacidad de hasta 40 piezas de estímulo, el posicionamiento una de las piezas en el túnel. La gravedad ejerce una fuerza hacia abajo sobre una masa que cuelga de un extremo de una varilla giratoria. Una barra transversal que se extiende desde el transporte de un actuador lineal impide la barra se mueva. Como los motores de accionamiento hacia adelante, los pivotes barra bajo la influencia de la gravedad, al pulsar un pedazo de estímulo hacia arriba a través del túnel y en la piel. Física simple se relaciona la velocidad del actuador a la velocidad con la que la superficie de estímulo se eleva en contacto con la piel, y el peso de la masa que cuelga de la fuerza estática de los estímulos táctiles. A medida que el actuador invierte la dirección para volver la barra a su posición inicial, la pieza de estímulo gotas. De este modo, el dispositivo aplica estímulos táctiles con fuerza controlada, la velocidad, la duración del contacto, y el intervalo entre estímulos. El sujeto selecciona un botón con la mano que no probaron el registro de una respuesta. GRIFOS detecta la respuesta y se procede a entregar el estímulo siguiente. Figura 1. La Física de los TAPS. GRIFOS controla tanto la velocidad de aparición y la fuerza del estado estacionario de los estímulos. El inicio de velocidad: Como en el travesaño del actuador lineal (rojo) se desplaza a la derecha con velocidad V 1, en ​​el extremo izquierdo de la barra giratoria cae bajo la influencia de la gravedad, el extremo derecho de la barra por lo tanto, presiona hacia arriba, un pedazo de estímulo hacia el los dedos con una velocidad V 2 = V 1 (L 2 / L 3). Dado que V es un bajo control de computadora, V 2 se puede ajustar a cualquier valor deseado por el investigador. Fuerza: La gravedad ejerce una fuerza hacia abajo, F 1 = Mg, sobre la masa M (donde g = 9.8 m / s 2). Esto hace que la pieza de estímulo a la prensa contra el dedo con una fuerza hacia arriba, F 2. Por una barra sin masa, F 2 = F 1 (L 1 / L 2). Desde la barra no es, de hecho, sin masa, F 2 se determina empíricamente, mediante la medición con un sensor de fuerza. Para hacer ajustes finos de F 2, el investigador puede cambiar la posición de M a lo largo de la varilla. F 2 M se incrementa ligeramente según se mueve hacia la izquierda (aumento de la L 1), y disminuye ligeramente a medida que M se mueve a la derecha (disminución de L 1). Para hacer ajustes mayores a F 2, la masa se ​​puede cambiar. 2. Componentes y detalles de las funciones del dispositivo i. Las partes móviles GRIFOS utiliza dos motores paso a paso, una para conducir el carro del actuador lineal, y otro para girar el disco que contiene las piezas de estímulo. Estos dos motores de control de todas las partes móviles MACHOS ". Estas piezas se encuentran en una mesa baja que es mecánicamente desacoplada de la tabla superior en la que el brazo del paciente descansa. Porque las dos tablas están desacopladas, las vibraciones producidas por los motores no se transfieren a la piel. Las mesas están cuidadosamente alineados de tal forma que el túnel a través de la tabla superior se encuentra directamente sobre la pieza de estímulo en contacto con la barra giratoria. Nos mecanizado 40 ranuras cuadradas alrededor de la circunferencia del disco giratorio, para dar cabida a las piezas de estímulo. Hemos construido obras de la ronda de estímulo varillas de plástico, mecanizado de las barras para que los ejes cuadrados que encajan en las ranuras del disco. Esto asegura que las piezas no giran dentro de sus ranuras, como el disco gira. Cortamos las superficies de estímulo a la cara redonda de las piezas. Cuando los motores de accionamiento del carro hacia adelante, al final de la barra giratoria frente a la masa que cuelga alcanza a tocar el fondo de la pieza de estímulo seleccionado. Debido a que la varilla describe un arco que se desliza hacia arriba, se ajustan a una rueda de plástico que lleva ligera para eliminar la fricción con el fondo de la pieza de estímulo. Esta rueda de plástico gira ligeramente a medida que empuja a la stimulus pieza hacia arriba, sin la rueda de plástico, el extremo de la varilla se retiraría de la base de la pieza un poco lateralmente (hacia la izquierda en la Fig. 1.), lo que el pedazo de atasco en el túnel a través de la tabla superior. Para garantizar aún más una trayectoria lisa hacia arriba de la pieza, el túnel se forma con un collar de plástico que está biselado para dirigir la pieza hacia el centro del túnel de la pieza aumenta. ii. Sensores GRIFOS hace uso de seis sensores para asegurar correcto funcionamiento: dos sensores de casa, tres sensores de límite, y un sensor de fuerza. El actuador y sensores de disco de origen de la señal a la computadora que el carro del actuador y el disco se encuentran en sus posiciones iniciales deseados en el inicio de un experimento. El sensor de casa actuador es un sensor de efecto Hall, el sensor de inicio del disco es un sensor fotoeléctrico en forma de U, que se activa cuando un pedazo de cartulina pegada al borde del disco se rompe el rayo del sensor de infrarrojos. Cuando el disco está en posición de reposo, un espacio en particular se encuentra alineado directamente con el túnel en la tabla superior. Todos los cálculos de disco posteriores movimientos se hacen en relación con esta posición de partida conocido. Los tres sensores de límite de servir como elementos de seguridad en caso de mal funcionamiento. Para evitar el movimiento fuera de control del carro del actuador en el improbable caso de una falla de control, el actuador se ajustan con los sensores de límite de avance y retroceso (sensores de efecto Hall). Si está activada, estos cortes de energía en el actuador. Para evitar el movimiento del disco en caso de que un pedazo de estímulo se queda atrapado en el túnel, un puerto de infrarrojos reflectantes sensor está conectado a la superficie inferior de la tabla superior. Una pieza que se eleva lo suficiente como para entrar en el túnel se rompe el molde haz de luz infrarroja por este sensor, y las tensiones bloques de comandos de alcanzar el disco de motor paso a paso. El sensor de la sexta y última es un sensor de fuerza que se apoya suavemente sobre la uña del sujeto (Fig. 2). Este sensor detecta la baja (en el túnel), hacia atrás o hacia adelante el movimiento del dedo. El programa de ensayos en los que descarta movimiento ocurrió. Debido a que el sensor está conectado a un brazo rígido, que además impide que el dedo se mueva pasivamente hacia arriba, al entrar en contacto con la pieza en aumento. Debido a que utilizamos los grifos para la prueba pasiva (dedo parado) táctil agudeza espacial, el sensor de fuerza es un elemento crucial. Como medida de precaución final contra el movimiento de los dedos, se coloca barreras de plástico suavemente a los lados de los dedos para evitar los movimientos laterales. Figura 2. Sensor de fuerza para detectar el movimiento del dedo. A. El sensor de fuerza en las prensas de 90 grados a la superficie de la uña, cerca de la cutícula, con una fuerza de entre 50 y 80 gramos. Ejemplo B. sensor de fuerza traza que muestra un segundo precedente contacto de la pieza de estímulo con el dedo, seguido por un segundo de contacto mantenido con el dedo inmóvil. Tenga en cuenta que, al entrar en contacto (tiempo = 0), la fuerza de la pieza de estímulo desde abajo empuja el dedo con mayor firmeza contra el sensor (pendiente de subida en la fuerza de seguimiento). C. Si los intentos sujetos a mover el dedo hacia abajo para sentirse mejor la superficie de estímulo, la fuerza entre los dedos de la mano y el sensor disminuye (flecha). El sensor también registra las fluctuaciones de la fuerza si el sujeto se mueve el dedo hacia atrás o hacia adelante. GRIFOS está programado para descartar cualquier ensayos en los que la fuerza de contacto entre el sensor y la uña varía en más de un cierto límite (por ejemplo, 20 gramos), mientras que la piel está en contacto con la superficie de estímulo. Con una voz generada por ordenador, GRIFERIA lo desea, puede advertir al sujeto que el movimiento fue detectado. iii. Vibraciones y aislamiento acústico GRIFOS paso a paso 'motores producen vibraciones, y esto a su vez provoca el sonido. La vibración y el sonido son indeseables. Las vibraciones que se transmitan a la piel, podría interferir con la capacidad del sujeto para realizar la tarea táctil. Con el tiempo, la vibración también puede provocar la inestabilidad mecánica de los componentes MACHOS ". Sonido podría distraer a los sujetos. Por estas razones, hemos tomado medidas para reducir la vibración y el sonido, y para evitar cualquier vibración de llegar al tema. Lo más importante, las tablas superior e inferior no comunicarse entre sí. Están conectados sólo en el sentido de que tanto contacto con el suelo. Por lo tanto, la vibración de los motores, que se apoyan en la tabla inferior, no se transmite al brazo del sujeto, que se basa en la tabla superior. Además, la vibración y el sonido se reduce de la siguiente manera: una cortina de fibra de vidrio encierra la tabla inferior amortigua el sonido del dispositivo; PVC / fibre reforzado almohadillas antivibraciones intercalado entre el actuador y su base de absorber parte de la vibración producida por el actuador, la base del actuador se encuentra en cuatro soportes de goma sándwich cilíndricas que sirven para amortiguar las vibraciones más, el motor paso a paso del disco de base también se encuentra en soportes de goma ( émbolo de la jeringa de goma), y O-rings de silicona rodean los ejes de las piezas de estímulo, la reducción de ruido como el disco gira. iv. Piezas de estímulo GRIFOS usos modificados de media pulgada de diámetro para las varillas de prensa superficies estructura espacial sobre la piel (Fig. 3). Las varillas se mecanizan para que los ejes cuadrados. La cara redonda de las barras contienen las superficies de estímulo, los ejes cuadrados de las barras de ajuste en los 40 espacios cuadrados alrededor de la circunferencia del disco giratorio, lo que garantiza que las superficies de estímulo mantener su orientación adecuada al girar el disco. Todas las superficies de estímulo pueden ser mecanizadas en las caras de la barra. Hemos utilizado GRIFOS principalmente para aplicar las rejillas de onda cuadrada (es decir, las crestas y los surcos paralelos). Para crearlos, que comenzó con 0,5 "de diámetro de plástico Delrin barras cilíndricas, 3" de largo. Usando una máquina de fresado Sherline, cortamos las barras de 2,75 "de largo, con 2" de largo cuadrados de sección en los ejes (8,7 x 8,7 mm), y un 0,75 "de largo, 12,74 mm de diámetro de cabeza redonda cilíndrica. A continuación, molido ranuras en la cara redonda para crear las superficies de estímulo. Cada superficie de estímulo ha cresta igual y ancho de la ranura. Hicimos piezas con un ancho surco que van desde 0,25 hasta 3,10 mm en incrementos de 0,15 mm. Hicimos dos piezas idénticas de estímulo para cada uno de estos 20 anchos de surco , lo que resulta en 40 piezas en total. A continuación, introduce las piezas en las ranuras cuadrados del disco de tal manera que el ancho de cada ranura se representa tanto en la vertical (paralela al eje largo del dedo) y horizontal (transversal al eje longitudinal del dedo ) de orientación. Figura 3. Pedazo de estímulo. Cada superficie de estímulo es molido en la cara de un 0,5 pulgadas de diámetro varilla Delrin. La base de la caña se corta a tener una sección cuadrada, lo que le permite encajar en los cortes cuadrados en el disco giratorio. La superficie de la pieza que se muestra es una rejilla rectangular, con surcos y crestas paralelas de igual anchura. v. ordenador de control TAPS es un sistema totalmente automatizado, controlado por ordenador del sistema. Hardware de ordenadores y del software podría ser utilizado para controlar el dispositivo. En la actualidad utilizamos un G3 Macintosh que ejecuta LabVIEW 6.1 (National Instruments). El equipo se comunica a través de un tablero de control del motor con un controlador de motor paso a paso para ordenar el actuador y los motores de disco, y para leer los sensores de casa y de carrera. Una tarjeta PCI de adquisición de datos lee el sensor de fuerza y ​​los botones de objeto de respuesta. vi. La fuerza y ​​limitaciones de tiempo Rango de fuerza: Se ha utilizado los grifos para entregar estímulos a las fuerzas que van desde 10 a 50 gramos. Tenemos la sospecha de que la fricción en los componentes que impiden la entrega de estímulos a las fuerzas en alrededor de 5 gramos, y que algunos de inestabilidad mecánica que surgen de fuerzas de más de unos 100 gramos. Intervalo entre estímulos (ISI): La distancia entre las superficies de estímulo y el dedo, y las velocidades estables del actuador y el disco de motor paso a paso, así como fijar un límite inferior en el ISI de que el dispositivo puede alcanzar. Estimamos que este límite en aproximadamente 1,5 segundos. Así, el dispositivo no es adecuado para aplicaciones tales como experimentos de enmascaramiento, que requieren menos de un segundo ISI. 3. Realización de un experimento A continuación se describe un protocolo para que se nutre se puede utilizar: un intervalo de dos de elección forzada (2-IFC) tarea rejilla de orientación (GOT) con seguimiento Bayesiano de adaptación. GRIFOS se puede programar para muchos protocolos psicofísicos otras. Lo hemos utilizado con anterioridad para llevar a cabo dos experimentos de la CFI con 1,2 escalera de seguimiento y con el método de estímulos constantes. Por supuesto, es capaz de llevar a cabo si / no, así como los procedimientos de la CFI-2. Para el 2-IFC GOT tarea, usamos rejillas de onda cuadrada que en contacto con la almohadilla distal del dedo con 4 cm / seg velocidad de inicio, 50 g fuerza de contacto, y una duración del contacto seg. Cada prueba consta de dos presentaciones secuenciales de estímulo (ISI: 2 seg) con rejillas de ancho de la ranura idénticos, pero diferentes de 90 grados en la orientación. En una presentación, las ranuras están alineadas verticalmente (en paralelo), y en el otro, en sentido horizontal (transversal), al eje largo del dedo. Para el estímulo es elegido al azar por un programa de ordenador. El tema indica si la orientación horizontal se produjo en el intervalo de la primera o segunda, presionando uno de los dos botones con la mano no la prueba. Un método adaptativo bayesiano ajusta groove ancho de ensayo a otro. Nos GRIFOS programado con una versión modificada de la psi (Ψ) método, un algoritmo adaptativo bayesiano 3. Este método tiene varias ventajas sobre los métodos convencionales de adaptación, tales como métodos de escalera. En primer lugar, el método psi estimaciones no sólo un único punto de la función psicométrica (por ejemplo, el umbral del 71% estimado por una escalera de 2 por 1-up), pero la función psicométrica todo. En segundo lugar, el método Bayesiano rendimientos distribuciones de probabilidad posterior (y por lo tanto los intervalos de confianza) para los parámetros de la función psicométrica. Finalmente, el método es eficiente. Se mantiene en la memoria muchos miles de posibles formas de la función psicométrica, y las actualizaciones de la probabilidad a posteriori de cada función después de cada respuesta. A continuación, utiliza un procedimiento de minimización de la entropía se espera para elegir el siguiente estímulo, es decir, se elige el estímulo en cada ensayo que se espera para maximizar la ganancia de información. Después de Kontsevich y Tyler 3, el modelo D de alto riesgo como una función de potencia de nivel de estímulo, y la función psicométrica de cada sujeto – P c (x), la probabilidad de una respuesta correcta en función del nivel de estímulo, x – como una mezcla de un acumulado normal (probit) y función de un término de gradiente: Aquí, una es el umbral (nivel de estímulo que corresponde a la probabilidad de respuesta correcta 76%, d-prime = 1), y b es la pendiente, de la función psicométrica del sujeto. Hemos modificado el algoritmo de tratamiento de Ψ por el gradiente (delta) como un parámetro de valor desconocido, y calculando un "factor de Bayes adivinar" después de cada prueba: Este factor de Bayes es una razón de verosimilitud que compara la probabilidad de los datos bajo la hipótesis 1, que el tema es adivinar, a la probabilidad de los datos bajo la hipótesis 2, que el sujeto tiene una función psicométrica. El numerador es la probabilidad de que los datos del sujeto, D (respuestas correctas e incorrectas en cada uno de los anchos de ranura presentado), dado que el tema no es más que adivinar (50% de probabilidad correcta) en todos los ensayos hasta e incluyendo el actual juicio. El denominador es la probabilidad de los datos facilitados mejor estimación del algoritmo de la función psicométrica del sujeto. En nuestra experiencia, para la mayoría de los sujetos jóvenes el factor Bayes rápidamente se aproxima a cero a medida que avanza bloque de prueba, lo que indica que el desempeño del sujeto se ajusta a una función psicométrica. Para algunos sujetos de mayor edad, el factor de Bayes se eleva por encima de uno, lo que indica que el sujeto es incapaz de realizar la tarea. GRIFOS puede ser programado para terminar el bloque de prueba, si el factor de Bayes adivinar ha superado un umbral tras un determinado número de ensayos. 4. Resultados La Figura 4 muestra un bloque experimental que consta de 40 pruebas de un experimento de 2-IFC GOT. Este bloque de 40 ensayo consistió en 80 estímulos a dedo medio derecho del sujeto, con duración de 1 segundo de contacto y de 2 segundos entre los contactos del ISI en un solo juicio. El tema del umbral de 76% de respuestas correctas fue de 1,7 mm, como se indica en el modo de la función de densidad de probabilidad posterior (PDF) para el parámetro de umbral (grupo C). El intervalo de confianza del 95% para el parámetro umbral del sujeto, indicado por el ancho de la PDF posterior, fue desde 1,3 hasta 1,9 mm. Figura 4. Los resultados de un intervalo de 2 de elección forzada tarea de orientación rejilla. A. Un bloque experimental, que consta de 40 pruebas aplicadas en este caso, el dedo medio derecho. El sujeto (símbolos más) correctas y las respuestas incorrectas (círculos) con anchuras de ranura diferentes se trazan en el número de prueba. Un método bayesiano de adaptación (véase el texto) se determinó la secuencia de los anchos de ranura para aplicar, en función del rendimiento del sujeto. B. La función psicométrica que mejor se ajuste a este tema. C. Posterior función de densidad de probabilidad del 76% ancho de la ranura correcta del sujeto ( función psicométrica un parámetro, correspondiente a d-prime = 1).