Dokunsal Otomatik Pasif-Parmak Stimülatör (TAPS)

Giriş Dokunsal Otomatik Pasif-Parmak Stimülatör (TAPS) ciltde presler yapılandırılmış yüzeyler amacıyla bir kişinin dokunsal mekansal keskinliği değerlendirmek için bir bilgisayar kontrollü bir sistemdir. Biz Duquesne Üniversitesi'nde tasarlanmış ve cihazın inşa ve McMaster Üniversitesi'nde mevcut haliyle değiştirilmiş. Burada, ÜNYONLARI fonksiyonu genel bir bakış sağlar. Daha sonra, diğer araştırmacılar tarafından üreme kolaylaştırmak için, cihaz bileşenleri açıklanmaktadır. Son olarak, ÜNYONLARI psikofiziksel bir deney yapmak için nasıl kullanıldığını gösteriyor. 1. Cihaz Genel Bakış MUSLUK deri (Şekil 1) karşı bir uyarıcı yüzey basın yerçekimi kullanır. Konu kol bir masa üzerine yüzükoyun pozisyonda rahatça aittir. Parmak ucu (ya da test edilecek diğer cilt alanı) tabloda bir tünel üzerinden yatıyor. Step motor, masanın altından bir tünel altında parçalara bir konumlandırma, 40 uyaran parçalarını tutan bir disk döner. Yerçekimi dönebilen bir çubuğun bir ucunda asılı bir kütle aşağıya doğru bir kuvvet uygular. Lineer aktüatör taşıma uzanan enine hareket çubuk önler. Aktüatör motorları gibi ileri, yerçekimi etkisi altında çubuk miller, tünelden ve cildinize yukarıya doğru bir uyarıcı parça basarak. Basit fizik uyaran yüzeyi cilde temas yükselir hızını aktüatör hız ve dokunsal uyaran statik kuvvet asılı kütlenin ağırlığı ile ilgilidir. Aktüatör yönü tersine, başlangıç ​​pozisyonuna çubuk geri dönmek için uyaran parçası düşer. Böylece cihazın kontrollü kuvvet, hız, temas süresi ve inter-uyaran aralığı ile dokunsal uyaranlara geçerlidir. Söz konusu kayıt dışı test el ile tek bir düğmeye bir yanıt seçer. MUSLUK yanıt algılar ve sonraki uyaran sunmak için devam eder. Şekil 1 ÜNYONLARI Fizik. MUSLUK başlangıçlı hız ve uyaran kararlı devlet gücü kontrol eder. Onset hızı: lineer aktüatör enine olarak (kırmızı), V 1, dönen çubuğun sol ucuna yerçekimi etkisi altına düştüğünde hızı ile sağa doğru hareket; çubuğun sağ ucunda, bu nedenle doğru bir uyarıcı parçası yukarı presler hız parmak V 2 = V 1 (L 2 / L'3). V 2 V 1 bilgisayar kontrolü altında olduğundan, araştırmacı tarafından istenen herhangi bir değere ayarlanmış olabilir. Kuvvet: Yerçekimi kütlesi M, aşağıya doğru bir kuvvet uygular, F 1 = Mg (g = 9.8 m / s 2). Bu yukarı yönlü bir kuvvet, F 2 parmak karşı basın uyaran parçası neden olur. Kütlesiz bir çubuk için, F 2 = F 1 (L 1 / L'2). Çubuk kütlesiz Aslında olmadığından, F 2, bir kuvvet sensör ile ölçüm tarafından, deneysel olarak belirlenir . F 2 ince ayarlamalar yapmak için, araştırmacı çubuk boyunca M konumunu değiştirebilirsiniz. F 2 M sola taşınmış olarak biraz artar (L 1 arttırarak) ve M (L 1 azalan) sağa kaymış olarak biraz azalır. F 2 büyük ayarlamalar yapmak için, kitle değiştirilebilir. 2. Cihaz Fonksiyon Bileşenleri ve Detayları i. Hareketli parçalar ÜNYONLARI iki step motorlar, lineer aktüatör taşıma sürücü, ve başka bir uyaran parçaları içeren disk döndürmek için kullanır. Bu iki motorlar ÜNYONLARI hareketli parçalar kontrol eder. Bu parçalar, mekanik konusu kolunu dayandığı üst tablodan çözüldükten daha düşük bir masaya yatıyor. Iki tablo Kuplajsız olduğundan, motor tarafından oluşan titreşimleri cilde havale etmeyin. Tabloları dikkatle üst tablo ile tünel doğrudan dönen çubuk ile irtibata uyaran parçası üstünde o kadar hizalanır. Biz uyaran parçaları karşılamak için, dönen diskin çevresinde 40 kare yuva işlenmiş. Biz yuvarlak plastik çubuklar, işleme çubuklar uyaran adet disk yuvası içine sığacak kare miller inşa. Bu disk spin adet yuvalarına içinde döndürmek olmadığını sağlar. Biz adet yuvarlak yüzleri uyaran yüzeyleri kesti. Aktüatör taşıma motorlar ileri, asılı kitle karşısında dönen çubuk sonunda seçilen uyaran parça altındaki iletişim yükselir. Çubuk yukarı bu dalgalanmaları olarak bir yay açıklar nedeniyle, teşvik parçasının alt sürtünmeyi ortadan kaldırmak için hafif bir plastik taşıma tekerleği ile uyum sağlar. Bu plastik tekerlek biraz döner s itertimulus parça yukarı, plastik tekerlek olmadan, çubuk sonunda parça üst tablo ile tünel içinde sıkışmasına neden, (1) Şekil sola doğru hafifçe yanal parçasının baz çekeceği. Daha fazla parça düzgün bir şekilde yukarı doğru yörünge sağlamak için, tünel merkezine doğru tünel parça parça arttıkça doğrudan eğimli bir plastik yakalı uygundur. ii. Sensörler Iki ev sensörleri, üç sınır sensörleri ve bir güç sensörü: ÜNYONLARI altı sensörleri düzgün işleyişini sağlamak için kullanır. Aktüatör ve disk ev sensörleri aktüatör taşıma ve disk, bir denemenin başında istenen ilk pozisyonda bilgisayar sinyali. Hall-effect sensör aktüatör ev sensör; disk ev sensör disk jant sert kağıt yapıştırılmış bir parça infrared sensör ışın kırıldığında aktif, U-şeklinde bir fotoelektrik sensör. Disk ev konumda olduğunda, belirli bir yuvaya üst tabloda tünel altında doğrudan hizalanmış. Bu bilinen başlangıç ​​pozisyonuna göre sonraki tüm disk hareket hesaplamalar yapılır. Üç limit sensörleri arıza durumunda güvenlik özellikleri olarak hizmet vermektedir. Olası bir arıza durumunda aktüatör taşıma kaçak hareket etmesini önlemek için, aktüatör, ileri ve geri limit sensörleri (Hall-effect sensörleri) ile uyum sağlar. Aktüatör aktive edilmiş ise, bu kesim gücü. Bir uyarıcı parçası tünelde sıkışmış hale gelmesi durumunda disk hareket etmesini önlemek için, üst tablonun alt yüzeyi yansıtıcı kızılötesi sensörü bağlı. Tünel girmek için yeterince yüksek bir parça bu sensör tarafından kızılötesi ışın döküm sonları ve komut gerilimler disk step motor ulaşmasını engeller. Altıncı ve son sensör bir güç sensörü (Şekil 2) konusu tırnağınızı nazikçe aittir. Bu sensör, geriye veya ileriye doğru parmak hareketi (tünel içine) aşağıya doğru algılar. Program hareketi oluştu çalışmalarda atar. Sensörü sert bir kolu bağlı olduğundan, ayrıca, artan parça ile temas halinde pasif olarak yukarıya doğru hareket parmak önler. Pasif (parmak) dokunsal sabit mekansal keskinliği test etmek için ÜNYONLARI kullandıkları için, kuvvet sensörü, çok önemli bir unsurdur. Parmak hareketine karşı son bir önlem olarak, biz plastik engelleri yanal hareketleri önlemek için parmak iki kenarına hafifçe yerleştirin. Önceki ikinci bir fiekil 2. parmak hareketlerini algılayarak Kuvvetleri Sensör A. tırnak manikür yakın yüzey, 90 derece 50 ve 80 gram arasında bir kuvvet ile kuvvet sensörü presler, B. Örnek kuvvet sensörü iz sabit parmak ile ilişkiyi sürdürmüşlerdi bir saniye takip parmak ile uyaran parça başvurun. Temas (zaman = 0) üzerine, aşağıdan teşvik parça kuvvet sensörü (kuvvet iz yükselen eğim) karşı daha sıkı kadar parmak iter, C. konusu girişimleri parmak aşağı doğru hareket ettirmek için daha iyi hissetmek için ise uyaran yüzey, daha sonra tırnak ve sensör arasındaki kuvvet (ok) azalır. Sensörü de yürürlüğe dalgalanmalar konuya parmak geriye veya ileriye doğru hareket ederse kaydeder. MUSLUK cilt uyaran yüzeyi ile temas eden bir eşik miktarı (örneğin, 20 gram) daha fazla sensör ve tırnak dalgalanma arasında temas kuvveti ise herhangi bir denemeler atmak için programlanmıştır. ÜNYONLARI isteğe bağlı bir bilgisayar tarafından oluşturulan ses kullanarak, hareketi tespit edildiğini konu uyarabilir. iii. Titreşim ve Ses Damping MUSLUK 'step motorları titreşim üretir ve bu da ses neden olur. Titreşim ve ses de arzu edilmez. Titreşim, eğer Cilde bulaşan, dokunsal bir görevi gerçekleştirmek için konu yeteneğini olumsuz etkileyebilir. Zamanla, titreşim ÜNYONLARI bileşenleri mekanik kararsızlığına neden olabilir. Ses konuya dikkatini olabilir. Bu nedenlerden dolayı, biz, hem titreşim ve ses azaltmak için herhangi bir titreşim ve konu ulaşmasını önlemek için tedbirler aldık. En önemlisi, alt ve üst tabloları birbirlerine temas etmemesine dikkat edin. Bu anlamda her ikisi de yere değmesine sadece bağlanır. Bu nedenle, motorlar, titreşim, dinlenme, alt tablo, üst tablo dayanmaktadır konu kol, iletilen değildir. Ayrıca, titreşim ve ses şu şekilde azaltılabilir: fiberglas perde daha düşük bir tablo içine bir cihaz ses muffles; PVC / fiber, aktüatör ve tabanı arasında sıkışmış aktüatör üretilen titreşim bazı absorbe anti-titreşim takozları takviyeli aktüatör tabanı dört lastik titreşim nemlendirin hizmet silindirik sandviç bağlar oturur; disk step motor tabanı da lastik bağlar oturur ( şırınga pistonu kauçuk) ve silikon O-ring disk döner gibi gürültüyle azaltarak, surround teşvik adet miller. iv. Stimulus Adet ÜNYONLARI mekansal yapılandırılmış yüzeyler (Şekil 3) karşı deri basın modifiye yarım inç çaplı çubuklar kullanır. Çubuklar kare miller işlenmiştir. Çubuklar yuvarlak yüzler uyaran yüzeyleri içerir; çubuklar kare miller uyaran yüzeyleri disk spin olarak doğru yönelimleri oluşturmasının sağlanması, dönen diskin çevresinde 40 kare yuvalarına uygun. Herhangi bir uyaran yüzeyler çubuk yüzleri içine işlenmiş olabilir. Biz esas olarak kare dalga ızgaralar (yani paralel sırtlar ve oluklar) uygulamak için ÜNYONLARI kullandık. Bunları oluşturmak için, 0.5 "çapında Kemik plastik silindir çubuklar, 3" uzun başladı. Sherline freze makinesi kullanarak, uzun kare kesitli miller (8.7 x 8.7 mm) "2, uzun" 2.75 çubuklar kesme ve 0.75 "uzun, 12.74 mm çapında yuvarlak silindir kafası Daha sonra oluklar öğütülmüş Her uyaran yüzeyine eşit sırt ve oluk genişlikleri uyaran yüzeyler oluşturmak için yuvarlak yüz adet oluk genişlikleri ile, 0.25 ile 3.10 mm, 0,15 mm artışlarla arasında değişen bu 20 oluk genişlikleri her iki özdeş uyaran adet , toplam 40 adet. Daha sonra her kanal genişliği temsil edildiğini disk gibi kare yuvalarına adet takılı hem dikey (parmak uzun eksenine paralel) ve parmak uzun ekseni yatay (enine ) yönlendirme. Şekil 3 Stimulus parça. Her uyaran yüzey, 0.5-inç çaplı Kemik çubuk yüzüne öğütülür. Çubuk baz dönen disk kare kesikler içine sığdırmak için izin veren bir kare kesit kesilir. Gösterilen parça yüzeyinde eşit genişlikte paralel oluk ve sırtlar, bir kare dalga ızgara. v. Bilgisayar Kontrol MUSLUK, tam otomatik, bilgisayar kontrollü bir sistem. Birçok bilgisayar donanım ve yazılım yapılandırmalarını cihazı kontrol etmek için kullanılabilir. Şu anda çalışan bir LabVIEW 6.1 (National Instruments) Macintosh G3 kullanın. Bilgisayar, aktüatör ve disk motorları komuta ve ev sensörleri ve limit switch okumak için bir step motor sürücüsü ile bir motor kontrol paneli üzerinden iletişim kurar. PCI veri toplama kartı, kuvvet sensörü ve konu yanıt düğmeleri okur. vi. Kuvvet ve Zamanlama Sınırlamalar Kuvvetleri aralığı: 10 ila 50 gram arasında değişen güçleri ile uyaranlara teslim ÜNYONLARI kullandık. Biz yaklaşık 5 gram altında uyaranlara güçlerine teslim bileşenleri bu sürtünme engelleyen ve bazı mekanik istikrarsızlık, yaklaşık 100 gram aşan güçler ortaya çıkacaktır sanıyorum. Inter-uyaran aralığı (ISI): teşvik yüzeyler ve parmak arasındaki mesafe ve lineer aktüatör ve disk step motor kararlı hızlarda birlikte cihazın elde edebilirsiniz Isı bir alt limit ayarlayın. Biz yaklaşık 1.5 saniye sınırını tahmin ediyoruz. Böylece, cihazın alt-ikinci ISI gerektiren maskeleme deneyleri, gibi uygulamalar için uygun değildir. 3. Deneme yürütmek Iki bölüntülü zorunlu seçim (2-IFC) Bayesian adaptif izleme ile ızgara yönlendirme görevi (GOT): Burada ÜNYONLARI kullanılabileceği için bir protokol açıklar. MUSLUK yanı sıra diğer birçok psikofiziksel protokoller için programlanmış olabilir. Biz merdiven izleme 1,2 ve sabit uyaranların yöntemi ile 2-IFC deneyler daha önce kullanmıştır. Tabii ki, evet / hayır usullerinin yanı sıra 2-IFC yürütmek mümkün. 2-IFC görev GOT için, kare dalga ızgaralar ile parmak distal ped ile irtibata 4 cm / sn hız başlangıçlı, 50 gr iletişim gücü, ve 1 sn temas süresi. Aynı oluk genişliği kafesler, ancak yönde 90 derece farklı: Her deneme iki sıralı uyaran sunumlar (2 sn ISI) oluşur. Bir sunum, oluklar (paralel) dikey olarak hizalanır ve diğer yatay (enine), parmak uzun ekseni. Stimulus amacıyla bilgisayar programı tarafından rastgele seçilir. Konu olmayan test eli ile iki düğmeden birine basarak, birinci veya ikinci aralığında yatay yönde oluşup oluşmadığını gösterir. Bayes adaptif yöntemi ayarlar gdeneme yargılanma roove genişliği. Biz psi (Ψ) yöntemi, Bayes uyarlamalı algoritma 3 değiştirilmiş bir versiyonu ile programlanmış ÜNYONLARI. Bu yöntem, merdiven yöntemleri gibi geleneksel uyarlanabilir yöntemlerine göre birçok avantajı vardır. İlk olarak, psi yöntemi psikometrik fonksiyonu (örneğin, 2-1-merdiven aşağı tahmin edilen% 71 barajını) sadece tek bir nokta, ama tüm psikometrik fonksiyonu tahmin ediyor. İkincisi, yöntem psikometrik fonksiyon parametreleri için Bayes posterior olasılık dağılımları (ve böylece güven aralıkları) ortaya çıkarır. Son olarak, bu yöntem etkili. Olası psikometrik fonksiyon şekillerin bellek binlerce tutar ve her yanıttan sonra her işlevin posterior olasılık günceller. Daha sonra bir sonraki uyarıcı seçmek için beklenen bir entropi minimizasyonu prosedürü kullanır; yani, bilgi kazancı en üst düzeye çıkarmak için beklenen her deneme uyarıcı seçer. Kontsevich ve Tyler 3 uyaran düzeyde bir güç fonksiyonu olarak d-asal modellenen, ve bireyin her psikometrik fonksiyonu – P c (x), uyaran seviyesi, x bir fonksiyonu olarak bir doğru yanıt olasılığı – bir karışımı olarak kümülatif normal (probit) fonksiyonu ve lapse-rate kelime: Burada, bir eşik değeri (% 76 doğru yanıt verme olasılığına karşılık gelen uyarı seviyesi d-prime = 1), b konu psikometrik fonksiyon, eğimi . Biz değeri bilinmeyen bir parametre olarak lapse rate (delta) tedavisinde Ψ algoritması değiştirdi ve her denemeden sonra bir "tahmin Bayes faktörü" hesaplanırken: Bu Bayes faktörü konu psikometrik bir işlevi olduğunu, konu, hipotez 2 kapsamında veri olasılık tahmin olduğunu, 1 hipotezi altında veri olasılığı karşılaştıran bir olabilirlik oranı. Pay olasılık konusu veri, D (bu konuda sadece ve mevcut deneme de dahil olmak üzere tüm çalışmalarda (% 50 olasılık doğru tahmin) olduğunu sunulan oluk genişlikleri her doğru ve yanlış yanıtları). Payda konu psikometrik fonksiyonu algoritması en iyi tahmin verilen veri olasılığıdır. Deneyimlerimize göre, en genç denekler için Bayes faktörü hızla konusu performans psikometrik bir işlevine uygun olduğunu gösteren test blok ilerledikçe olarak sıfıra yaklaşır. Bazı eski konular için, Bayes faktörü konusu görevi gerçekleştirmek mümkün olduğunu belirten biri üstünde yükseliyor. MUSLUK tahmin Bayes faktörü, çalışmaların, belirli bir sayıdan sonra bir eşik değeri aşmıştır test bloğu sonlandırmak için programlanmış olabilir. 4. Sonuçlar Şekil 4, 2-IFC GOT deney 40 denemeler oluşan deneysel bir bloğu gösterir. Bu 40-deneme bloğu 1 saniyelik bir temas süresi ve 2 saniyelik tek bir dava kişiler arasında ISI, 80 uyaranların konu sağ orta parmak oluşuyordu. Söz konusu% 76 doğru eşik 1.7 mm, eşik parametresi (panel C) posterior olasılık yoğunluk fonksiyonu (PDF) modu ile gösterilir. 1,9 mm – arka PDF genişliğine göre belirtilen konu eşiği parametre,% 95 güven aralığı 1.3 idi. Şekil 4 2-aralık zorunlu seçmeli ızgara yönlendirme görevi Sonuçlar A. sağ orta parmağını Bu durumda uygulanan 40 çalışmaların oluşan deneysel bir blok,. Konu doğru (artı semboller) ve farklı oluk genişlikleri yanlış (açık daireler) yanıtları deneme numarası ile çizilir. Bayes adaptif yöntemi (metin) konusu performans dayalı uygulamak için oluk genişlikleri, sırası belirlenir. B. Bu konu için en uygun psikometrik fonksiyonu konu% 76 doğru oluk genişliği C. Arka olasılık yoğunluk fonksiyonu ( psikometrik fonksiyonu d-prime = 1 karşılık gelen bir parametre).