Waardoor een hoge Grijswaarden resolutie schermen en nauwkeurig Response Time Metingen aan conventionele computers
29 februari 2012
Conventionele computer hardware niet kan genereren visuele stimuli met voldoende hoge resolutie in grijswaarden en meten responstijden met voldoende nauwkeurigheid. We beschrijven hoe de VideoSwitcher om hoge-resolutie monochrome schermen te produceren, en de RTbox om responstijden meten met hoge nauwkeurigheid op conventionele computer hardware te gebruiken.
Deze video demonstreert hoe men grijswaardeschermen met een hoge resolutie kan inschakelen en hoe men nauwkeurige responstijdmetingen kan uitvoeren op conventionele computers. Dit wordt bereikt met behulp van twee betaalbare apparaten, een videoswitch en een RT-box, die zijn aangesloten op de computer. Vervolgens wordt het scherm gekalibreerd om te garanderen dat de beeldintensiteiten nauwkeurig zijn.
Een sinusgolf-gradering met en zonder verhoogde grijswaardenresolutie wordt gebruikt om de verbeterde grijswaardenresolutie aan te tonen. Gesimuleerde knopresponsies op een lichtsignaal worden gebruikt om de nauwkeurigheid van de responstijdmetingen aan te tonen. Het belangrijkste voordeel van de videoschakelaar ten opzichte van bestaande methoden zoals b plus plus en data pex is dat het onderzoekers in staat stelt om monochrome displays met een hoge graderingsresolutie te genereren met behulp van conventionele computerhardware.
Het kan ook triggersignalen leveren om visuele weergaven te synchroniseren met fysiologische registraties of metingen van de reactietijd. De RT-box maakt metingen van reactietijden met een hoge nauwkeurigheid mogelijk. Het voordeel van de RT-box ten opzichte van een computertoetsenbord is dat deze gebruikmaakt van een microprocessor en een klok met hoge resolutie om de identiteit en timing van knopevenementen vast te leggen.
Hierdoor worden de gemeten responstijden niet beïnvloed door potentiële onzekerheden in de timing of vertekeningen die gepaard gaan met gegevensverzending en -verwerking in de gastcomputer. Het vereenvoudigt bovendien het ontwerp van gebruikersprogramma's aanzienlijk. Voordat u de videoswitch installeert, schakelt u de computer en monitor uit en koppelt u vervolgens de monitor los van de videokaart van de computer.
Sluit de videoschakelaar rechtstreeks aan op de videokaart van de computer met de meegeleverde VGA-kabel. Als de videokaart geen VGA-poort heeft, maar in plaats daarvan een geïntegreerde digitale visuele interface of DVII-poort, dan is een A-D-V-I-V-G-A-adapter vereist. Zet de verbinding vast met de kleine schroefjes op de connector.
Sluit de VGA-kabel van de monitor aan op de uitgangspoort van de videoswitch en zet de verbindingen vast met de meegeleverde voedingsadapter. Sluit de videoswitch aan op een stroombron. Zet nu de computer en de monitor aan.
De schakelknop op de videoswitcher stelt de gebruiker in staat om in de kleurmodus te wisselen tussen verschillende weergavemodi. De videoswitcher wijzigt het videosignaal van de videokaart van de computer niet. In de grijswaardenmodus wordt de weergave monochroom.
In deze modus wordt de pixelluminantie voornamelijk bepaald door het videosignaal van het blauwe kanaal van de videokaart, slechts enigszins door het rode kanaal en helemaal niet door het groene kanaal. De verhouding tussen de bijdragen van het blauwe en rode kanaal aan de output van de videowissel wordt de blauw-roodverhouding of BR-verhouding genoemd en wordt door de fabrikant verstrekt. Voor de meeste monitoren is de relatie tussen het grijswaardeniveau van de pixel en de pixelluminantie een machtsfunctie.
De exponent van de machtsfunctie wordt normaal gesproken gamma genoemd. Om de gamma van een display te bepalen, kan men een fotometer gebruiken om de luminantie van een groot uniform vierkant bij verschillende grijswaarden van pixels te meten en vervolgens een machtsfunctie op het resultaat toepassen. Een gevoeligere methode om gamma te bepalen is het vergelijken van een spatiotemporele menging van gelijke hoeveelheden minimale en maximale pixelwaarden binnen één wekkingsgebied van het display.
Vergelijk vervolgens de luminantie van het pixelmengsel met een aangrenzend gebied met een homogeen grijsniveau. Stel eerst de grijswaarde in op de helft van de maximale luminantie. Maak daarna een nieuw mengsel van pixels met luminantie-intensiteiten van het zojuist bepaalde halveniveau en het maximale niveau.
Dit wordt vervolgens afgestemd op het grijs dat overeenkomt met driekwart luminantie. Deze procedure wordt herhaald tot zeven. Waarden van een achtste tot zeven achtste zijn bepaald.
Gamma kan worden bepaald door een machtsfunctie op de resultaten toe te passen. Stel nu de achtergrondluminantie en het contrast in met behulp van de gamma en de bijbehorende minimale en maximale luminantiewaarden. Het effect van een verhoogde grijswaarderesolutie kan worden aangetoond door twee sinusgolf-graderingen met elkaar te vergelijken.
De gradatie links maakt gebruik van de volledige capaciteit van de videoswitcher. De gradatie rechts is het resultaat van een 8-bits display zonder gebruik van de videoswitcher. Begin met het aansluiten van de RT-box op de USB-poort van een computer met de meegeleverde kabel; download en installeer vervolgens de driver.
Zodat het computersysteem de RT-box kan herkennen via stimulussoftware waarmee nauwkeurige starttijden van de stimulus kunnen worden geregistreerd. De RT-box converteert tijdstempels en de reactietijd wordt gemeten als het verschil tussen het tijdstip van de knopdruk en het begin van de stimulus. Wanneer betrouwbare starttijden van de stimulus niet beschikbaar zijn.
Lever lever de trigger-signalen van de RT-box die via een lichtsensor, een audio-respons of het TTL-signaal van de videoswitcher of een vergelijkbaar apparaat zijn gesynchroniseerd met het begin van de stimulus, om de nauwkeurigheid van de RT-box te verifiëren. De responstijden van een fotodiode op lichtflitsen in het midden van het scherm worden gemeten. Het tijdstip van het begin van de stimulus wordt teruggegeven door de screen flip-functie van PsychToolbox.
Het tijdsverschil tussen het lichtsignaal en het begin van de stimulus wordt verwacht de helft van een videoverversingssnelheid te zijn, oftewel 5,88 milliseconden voor een 85 hertz CRT. Het waargenomen verschil wordt gebruikt om het nominale begin van de stimulus te corrigeren, en de variabiliteit van de metingen weerspiegelt de precisie van de RT-box. Deze gegevens tonen aan dat de RT-box met zeer hoge precisie functioneert.
Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een weergave op hoog niveau kunt inschakelen, onconventionele computerhardware kunt gebruiken met de videoswitcher, en hoe u reactietijden eenvoudig en nauwkeurig kunt meten met de RT-box.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze video demonstreert hoe men displays met een hoge resolutie grijswaarden kan inschakelen en hoe men nauwkeurige metingen van de responstijd kan uitvoeren op conventionele computers. Dit wordt bereikt met behulp van twee betaalbare apparaten, een videoswitch en een RT-box, die zijn aangesloten op de computer.
Belangrijkste Componenten van de Studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschap
- Gedragsmeting
- Genereren van visuele stimuli
Achtergrond
- Conventionele computerhardware heeft moeite met een hoge grijswaardenresolutie.
- Nauwkeurige metingen van de responstijd zijn essentieel in neurowetenschappelijk onderzoek.
- Bestaande methoden bieden mogelijk niet de benodigde precisie.
- Betaalbare oplossingen kunnen experimentele opstellingen verbeteren.
Doel van de studie
- Om monochromatische displays met een hoge resolutie te produceren.
- Om responstijden met een hoge nauwkeurigheid te meten.
- Om de voordelen van het gebruik van een videoswitcher en een RT-box aan te tonen.
Gebruikte methoden
- Kalibratie van het display voor nauwkeurige beeldintensiteiten.
- Gebruik van een videoswitcher om de grijswaarderesolutie te verbeteren.
- Implementatie van gesimuleerde knopresponsen voor het meten van de nauwkeurigheid.
- Vergelijking van de resultaten met bestaande methoden.
Belangrijkste resultaten
- Verbeterde grijswaardenresolutie aangetoond via sinusgolf-gradering.
- Nauwkeurige metingen van de responstijd gerealiseerd met de RT-box.
- De videoswitch presteert beter dan bestaande methoden zoals b plus plus en data pex.
- Conventionele hardware kan effectief worden ingezet voor geavanceerde experimenten.
Conclusies
- De videoswitch en RT-box bieden betaalbare oplossingen voor onderzoekers.
- Hoge-resolutie beeldschermen en nauwkeurige metingen verbeteren de experimentele mogelijkheden.
- Deze methoden kunnen eenvoudig worden geïntegreerd in bestaande opstellingen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Nauwkeurige presentatie van visuele stimuli en het meten van de responstijd zijn cruciaal voor preklinische neurowetenschappelijke studies en gedragsfarmacologisch onderzoek. De VideoSwitcher en RTbox maken displays met een hoge grijswaardenresolutie en precieze tijdmetingen mogelijk met behulp van conventionele computerhardware, waardoor de afhankelijkheid van gespecialiseerde apparatuur wordt verminderd. Deze benadering ondersteunt mechanische risicoreductie bij de validatie van targets door de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van gegevens in vroege discovery-workflows te verbeteren.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt nauwkeurige controle van de intensiteit van visuele stimuli mogelijk voor het onderzoeken van sensorische paden en target-interacties in preklinische modellen.
- Operationele waarde: Levert triggersignalen om visuele weergaven te synchroniseren met fysiologische registraties, wat de consistentie van de assay verbetert.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert grijswaardenoutput met een hoge resolutie voor gestandaardiseerde visuele psychofysische assays die een fijne luminantiedifferentiatie vereisen.
- Operationele waarde: Maakt gebruik van asynchrone event-buffering om timingonzekerheden bij de responsverzameling te minimaliseren, wat de datakwaliteit bij high-throughput gedragsscreening verbetert.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt ziekterelevante systemen door nauwkeurige meting van sensorimotorische responsen in modellen van neurologische aandoeningen mogelijk te maken.
- Operationele waarde: Faciliteert cross-functionele samenwerking door gesynchroniseerde timing tussen visuele stimuli, responsverzameling en elektrofysiologische of imaging-readouts.
Integratie van Pipeline & Workflow
De VideoSwitcher en RTbox integreren in vroege discovery-workflows waarbij de getrouwheid van visuele stimuli en de nauwkeurigheid van gedragsresponsen van invloed zijn op beslissingen over targetvalidatie en leadidentificatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt het testen van hypothesen door gecontroleerde manipulatie van visuele parameters mogelijk te maken om padspecifieke bijdragen te isoleren.
- Screening: Garandeert de gereedheid van de assay door middel van reproduceerbare grijswaardenresolutie en vastlegging van responsen met een lage latentie.
- Analytics: Biedt tijdstempeling met een hoge resolutie van knopgebeurtenissen, wat een nauwkeurige berekening van responslatenties en variabiliteitsmetrieken mogelijk maakt.
- Translationeel Onderzoek: Legt een verbinding met de preklinische continuïteit door een consistente timing van stimuli mogelijk te maken over de fasen van ontdekking en validatie.
- Enterprise Hergebruik: Vormt een herbruikbare, kostenefficiënte mogelijkheid voor het standaardiseren van de levering van visuele stimuli en de responsmeting over meerdere projecten.
Operationele en zakelijke impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt de voorspellende betrouwbaarheid door meetruis in de timing van visuele stimuli en responsdetectie te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en schaalbaarheid via plug-and-play USB-connectiviteit en cross-platform driverondersteuning.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door de betrouwbaarheid van gegevens te verhogen bij gedragseindpunten die worden gebruikt voor doelprioritering.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde voortgang door fout-negatieven of fout-positieven als gevolg van timing- of stimulusartefacten te minimaliseren.
Overwegingen voor Implementatie
- Vereist basiskennis van beeldschermkalibratie en gammacorrectie voor een nauwkeurige luminantie-output.
- Vereist VGA- of DVI-I-output van de videokaart en een compatibele analoge monitor voor de grijswaardenmodus.
- Vereist synchronisatieplanning tussen RTbox-triggers en stimulus-onset-signalen van software- of hardwarebronnen.
- Houd rekening met aanpassingen bij toepassing op verschillende monitortypes of responsapparaten anders dan drukknoppen.
- Beperkt tot monochromatische beeldschermoutput; niet geschikt voor stimulusvereisten in volledige kleur.
