Abilitazione ad alta risoluzione display in scala di grigi e misurazioni accurate Tempo di risposta su computer convenzionali
29 febbraio 2012
Hardware del computer convenzionale non può generare gli stimoli visivi con sufficientemente alta risoluzione in scala di grigi tempi di risposta e misurare con sufficiente accuratezza. Ci descrivono come utilizzare il VideoSwitcher per la produzione di display ad alta risoluzione monocromatiche, e la RTbox per misurare i tempi di risposta con elevata precisione su hardware convenzionale.
Questo video illustra come abilitare visualizzazioni in scala di grigi ad alta risoluzione ed eseguire misurazioni accurate del tempo di risposta su computer convenzionali. Ciò si ottiene utilizzando due dispositivi economici, un commutatore video e una scatola RT, collegati al computer. Successivamente, il display viene calibrato per garantire che le intensità delle immagini siano accurate.
Un'onda sinusoidale con e senza risoluzione aumentata della scala di grigi viene utilizzata per dimostrare il miglioramento della risoluzione della scala di grigi. Risposte di pulsanti simulati provenienti da un segnale luminoso vengono utilizzate per dimostrare l'accuratezza delle misurazioni del tempo di risposta. Il vantaggio principale del commutatore video rispetto ai metodi esistenti come B++ e Datapix è che consente ai ricercatori di generare display monocromatici con elevata risoluzione dei livelli di grigio utilizzando hardware informatico convenzionale.
Consente inoltre di fornire segnali di attivazione per sincronizzare le presentazioni visive con le registrazioni fisiologiche o le misurazioni dei tempi di risposta. La scatola RT permette di misurare i tempi di risposta con elevata precisione. Il vantaggio della scatola RT rispetto a una tastiera di computer consiste nel fatto che utilizza un microprocessore e un orologio ad alta risoluzione per registrare le identità e i tempi degli eventi dei pulsanti.
Pertanto, i tempi di risposta misurati non sono influenzati da possibili incertezze temporali o bias associati alla trasmissione e all'elaborazione dei dati nel computer host. Inoltre, ciò semplifica notevolmente la progettazione dei programmi utente. Prima di installare l'interruttore video, spegnere il computer e il monitor, quindi scollegare il monitor dalla scheda grafica del computer.
Collegare lo switch video direttamente alla scheda grafica del computer utilizzando il cavo VGA fornito. Se la scheda grafica del computer non dispone di una porta VGA, ma ha un'interfaccia digitale video integrata, o porta DVII, è necessario un adattatore A-D-V-I-V-G-A. Fissare il collegamento con le piccole viti sul connettore.
Collegare il cavo VGA del monitor alla porta di uscita del commutatore video e fissare i collegamenti utilizzando l'alimentatore fornito. Collegare il commutatore video a una fonte di alimentazione. Accendere ora il computer e il monitor.
Il pulsante di commutazione sul commutatore video consente all'utente di passare avanti e indietro tra le modalità di visualizzazione nella modalità a colori. Il commutatore video non modifica il segnale video proveniente dalla scheda grafica del computer. Nella modalità scala di grigi, la visualizzazione diventa monocromatica.
In questa modalità, la luminanza del pixel è determinata principalmente dal segnale video del canale blu della scheda grafica, leggermente da quello del canale rosso e per nulla dal canale verde. Il rapporto tra i contributi dei canali blu e rosso all'uscita dell'interruttore video è chiamato rapporto blu su rosso o rapporto BR, ed è fornito dal produttore. Per la maggior parte dei monitor, la relazione tra livello di grigio del pixel e luminanza del pixel è una funzione potenza.
L'esponente della funzione potenza è normalmente chiamato gamma. Per determinare la gamma di un display, si può utilizzare un fotometro per misurare la luminanza di un ampio quadrato uniforme a diversi livelli di grigio dei pixel e adattare una funzione potenza al risultato. Un metodo più sensibile per determinare la gamma consiste nel confrontare una miscela spaziotemporale di quantità uguali di livelli di pixel zero e massimo in un'area visiva del display.
Quindi confrontare la luminanza della miscela di pixel con un'area adiacente di livello di grigio omogeneo. Per prima cosa, impostare il valore del livello di grigio pari alla metà della luminanza massima. Successivamente, creare una nuova miscela di pixel con intensità di luminanza pari al livello intermedio appena determinato e al livello massimo.
Questo valore viene quindi abbinato al grigio corrispondente a tre quarti della luminanza. La procedura viene ripetuta fino a sette. Sono stati determinati valori compresi tra un ottavo e sette ottavi.
Il gamma può essere determinato adattando una funzione potenza ai risultati. Impostare ora la luminanza di fondo e il contrasto utilizzando il gamma e i corrispondenti valori di luminanza minima e massima. L'effetto di un'increased risoluzione della scala di grigi può essere mostrato confrontando due gradazioni sinusoidali.
La calibrazione a sinistra utilizza la capacità completa dell'interruttore video. La calibrazione a destra è il risultato di un display a otto bit senza l'uso dell'interruttore video. Per iniziare, collegare il box RT alla porta USB di un computer utilizzando il cavo fornito, scaricare e installare il driver.
Pertanto, il sistema informatico può riconoscere la scatola RT mediante un software di stimolazione in grado di registrare tempi precisi di inizio dello stimolo. La scatola RT effettuerà la conversione tra i timestamp e il tempo di risposta viene misurato come differenza tra il momento della pressione del pulsante e l'inizio dello stimolo. Quando i tempi affidabili di inizio dello stimolo non sono disponibili.
Fornire i segnali di attivazione della scatola del tempo di reazione (RT box) sincronizzati con l'inizio dello stimolo tramite un sensore di luce, una risposta audio o il segnale TTL dello switcher video o un dispositivo simile per verificare l'accuratezza della RT box. Vengono misurati i tempi di risposta di un fotodiodo a lampi di luce nel centro dello schermo. Il tempo di inizio dello stimolo viene restituito dalla funzione di aggiornamento dello schermo (screen flip) di Psychtoolbox.
Si prevede che la differenza temporale tra il segnale luminoso e l'inizio dello stimolo sia pari alla metà della frequenza di aggiornamento video, ovvero 5,88 millisecondi per un monitor CRT a 85 hertz. La differenza osservata viene utilizzata per correggere l'inizio nominale dello stimolo, e la variabilità delle misurazioni riflette la precisione del RT box. Questi dati mostrano che il RT box funziona con una precisione molto elevata.
Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come abilitare la visualizzazione di livello elevato, utilizzando l'interruttore video con hardware informatico non convenzionale, e di come misurare in modo semplice e accurato i tempi di risposta mediante il box RT.
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Panoramica
In questo video viene illustrato come abilitare visualizzazioni in scala di grigi ad alta risoluzione ed eseguire misurazioni accurate dei tempi di risposta su computer convenzionali. Questo risultato si ottiene utilizzando due dispositivi economici, un commutatore video e una scatola RT, collegati al computer.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Misurazione del Comportamento
- Generazione di Stimoli Visivi
Sfondo
- L'hardware informatico convenzionale presenta difficoltà con elevate risoluzioni in scala di grigi.
- Misurazioni accurate dei tempi di risposta sono fondamentali nella ricerca in neuroscienze.
- I metodi esistenti potrebbero non fornire la precisione necessaria.
- Soluzioni economiche possono migliorare le configurazioni sperimentali.
Scopo dello studio
- Per produrre display monocromatici ad alta risoluzione.
- Per misurare i tempi di risposta con elevata precisione.
- Per dimostrare i vantaggi dell'utilizzo di un video switcher e di una scatola RT.
Metodi Utilizzati
- Calibrazione del display per ottenere intensità delle immagini accurate.
- Utilizzo di un commutatore video per migliorare la risoluzione in scala di grigi.
- Implementazione di risposte simulate dei pulsanti per misurare l'accuratezza.
- Confronto dei risultati con metodi esistenti.
Risultati principali
- Risoluzione migliorata in scala di grigi dimostrata mediante gradazione dell'onda sinusoidale.
- Misurazioni accurate del tempo di risposta ottenute con il RT box.
- Lo switcher video supera i metodi esistenti come b plus plus e data pex.
- L'hardware convenzionale può essere utilizzato efficacemente per esperimenti avanzati.
Conclusioni
- Il commutatore video e il box RT offrono soluzioni accessibili per i ricercatori.
- Display ad alta risoluzione e misurazioni accurate potenziano le capacità sperimentali.
- Questi metodi possono essere facilmente integrati in configurazioni esistenti.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Una presentazione accurata degli stimoli visivi e la misurazione dei tempi di risposta sono fondamentali per studi preclinici di neuroscienze e di farmacologia comportamentale. Il VideoSwitcher e l'RTbox permettono schermi con elevata risoluzione in scala di grigi e misurazioni temporali precise utilizzando hardware informatico convenzionale, riducendo la dipendenza da apparecchiature specializzate. Questo approccio supporta la riduzione del rischio meccanicistico nella validazione degli obiettivi, migliorando l'affidabilità e la riproducibilità dei dati nei flussi di lavoro della fase iniziale della scoperta.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente un controllo preciso dell'intensità dello stimolo visivo per analizzare le vie sensoriali e il coinvolgimento del bersaglio in modelli preclinici.
- Valore operativo: Fornisce segnali di attivazione per sincronizzare le visualizzazioni con le registrazioni fisiologiche, migliorando la coerenza del saggio.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Fornisce un'uscita in scala di grigi ad alta risoluzione per saggi di psicofisica visiva standardizzati che richiedono una fine discriminazione della luminanza.
- Valore operativo: Utilizza un bufferizzazione asincrona degli eventi per ridurre al minimo le incertezze temporali nella raccolta delle risposte, migliorando la qualità dei dati negli screening comportamentali ad alto rendimento.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Supporta sistemi rilevanti per le malattie consentendo misurazioni accurate delle risposte sensoriomotorie in modelli di disturbi neurologici.
- Valore operativo: Facilita la collaborazione interfunzionale attraverso una temporizzazione sincronizzata tra stimoli visivi, raccolta delle risposte e letture elettrofisiologiche o di imaging.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il VideoSwitcher e l'RTbox si integrano nei flussi di lavoro della fase iniziale di scoperta in cui la fedeltà dello stimolo visivo e l'accuratezza della risposta comportamentale influenzano le decisioni di validazione dell'obiettivo e di identificazione dei composti promettenti.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi consentendo la manipolazione controllata dei parametri visivi per isolare i contributi specifici dei percorsi.
- Screening: Garantisce la prontezza del saggio mediante una risoluzione in scala di grigi riproducibile e l'acquisizione di risposte a bassa latenza.
- Analisi: Fornisce una marcatura temporale ad alta risoluzione degli eventi dei pulsanti, consentendo il calcolo preciso delle latenze di risposta e delle metriche di variabilità.
- Ricerca traslazionale: Si collega alla continuità preclinica permettendo una tempistica costante dello stimolo nelle fasi di scoperta e di validazione.
- Riutilizzo aziendale: Rappresenta una capacità riutilizzabile e a basso costo per standardizzare la somministrazione degli stimoli visivi e la misurazione delle risposte in progetti multipli.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta l'affidabilità predittiva riducendo il rumore di misurazione nei tempi di presentazione dello stimolo visivo e nel rilevamento delle risposte.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione e la scalabilità grazie alla connettività USB plug-and-play e al supporto multipiattaforma dei driver.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di tipo go/no-go aumentando l'affidabilità dei dati negli endpoint comportamentali utilizzati per la priorizzazione degli obiettivi.
- Impatto sul portafoglio: Favorisce l'avanzamento corretto rispetto al rischio riducendo al minimo falsi negativi o falsi positivi dovuti ad artefatti temporali o stimolativi.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede conoscenze di base sulla calibrazione del display e sulla correzione gamma per un'uscita fotometrica accurata.
- Necessita di un'uscita VGA o DVI-I dalla scheda grafica e di un monitor analogico compatibile per la modalità scala di grigi.
- Richiede una pianificazione della sincronizzazione tra i trigger dell'RTbox e i segnali di inizio dello stimolo provenienti da sorgenti software o hardware.
- Comporta considerazioni sull'adattamento quando applicato a diversi tipi di monitor o dispositivi di risposta diversi dai pulsanti.
- Limitato all'uscita video monocromatica; non adatto a stimoli che richiedono colori completi.
