Что такое реверсивное движение: Реверсивное движение в ПДД: знаки, разметка, штрафы

Видео задним ходом — это хорошо зарекомендовавший себя спецэффект, имеющий множество применений. Он может информировать аудиторию с помощью мгновенного замедленного воспроизведения. Это может их поразить, как музыкальное видео Лэйка и Линдейла «There’s a Weight», в котором певец поет песню задом наперед в реальном времени, чтобы в финальном перевернутом видео казалось, что она поет нормально. Это может сбить с толку публику, как в начальной сцене фильма Memento, , где пули летят назад в ружье. Какое бы настроение или тон вы ни искали, инструменты для изменения видео всегда у вас под рукой.

Реверсивный видеоматериал восходит к самым ранним дням кино. В 1896 году Луи Люмьер снял 90-секундный фильм под названием « Разрушение стены» , в котором впервые использовался обратный эффект. В нем рабочие сносят стену, а затем чудесным образом кадры перематываются, и стена снова встает. Люмьер проделал большую работу, чтобы добиться своего обратного эффекта. Сегодня видеоредакторы могут легко перематывать быстро движущиеся спортивные состязания или создавать фарс в обратном направлении на YouTube.

Импорт видеофайла.

Выберите файлы, которые нужно отменить, и начните свой проект, импортировав их в Premiere Pro. Вы можете перенести в видео приложение практически любой видеофайл. Premiere Pro поддерживает широкий спектр видеоформатов, таких как файлы MP4, MPG, MOV и Mac QuickTime, а также несколько типов аудиофайлов.

Обращение видеофайла.

Обращение видеофайла в Premiere Pro — простая задача. Просто нажмите «Скорость», затем «Продолжительность», а затем «Обратная скорость». При переворачивании видео в Premiere Pro он также автоматически переворачивает звук. Из видеоклипа легко удалить обратный звук и заменить его звуковой дорожкой или закадровым голосом.

Нейронные механизмы, лежащие в основе чувствительности к обратному движению фи на лету

T4 и T5 необходимы для всех аспектов поведения обратного phi

Наша первоначальная цель состояла в том, чтобы исследовать, достаточно ли комбинации детекторов движения, чувствительных к положительным (ВКЛ) или отрицательным (ВЫКЛ) изменениям яркости, для объяснения поведения, наблюдаемого для стимула взаимодействия ВКЛ-ВЫКЛ, такого как обратный фи.С этой целью мы условно подавили синаптическую активность локальных ВКЛ и ВЫКЛ клеток детектора движения Т4 и Т5, используя Gal4-целевую экспрессию термочувствительного аллеля динамина shibire ^ts [26,51] и проверили включение ответы на паттерны фи или обратного фи были затронуты при ограничительных температурах.

Предыдущая работа с Drosophila [6] показала, что в полете мухи энергично реагируют на оба типа двигательных стимулов, управляя вместе с направлением паттерна или против него, соответственно.Сначала мы стремились воспроизвести базовую феноменологию и распространить результаты на ходячую Drosophila . Когда мы представили контрольных мух с дискретным стимулом движения фи (, рис. 2С, ), сравнимым с обычным движением решетки, мы наблюдали сильные повороты, направление которых соответствовало направлению движения паттерна (, рис. 3А, ). Как и ожидалось для таких оптомоторных реакций на лету, амплитуда поворота сильно модулировалась скоростью модели (, рис. 3В, ).В тестируемом диапазоне ответы росли стабильно и приблизительно линейно. Кроме того, мы протестировали эффект модуляции пространственной длины волны рисунка. Для движения фи различия были незначительными. Учитывая, что детекторы движения насекомых обычно настраиваются на временную частоту, а не на скорость [1], мы ожидали, что поворот будет снижаться на высоких скоростях, а положение пика будет зависеть от длины волны паттерна. Это не было подтверждено данными, предположительно потому, что для этого потребовались бы скорости, недостижимые на нашем устройстве стимуляции [6].

Рис. 3. Реакции обратного фи у привязанных шагающих мух.

a Средняя реакция поворота для условия фи при трех различных скоростях стимула и двух пространственных длинах волн, обозначенных заголовком панели и цветом линии. Данные получены от контрольных мух T4 / T5. Контрольные мухи ( N = 12) синхронно вращаются со стимулом. Серая заштрихованная область указывает период стимуляции. b Сводная статистика состояния phi (в среднем от 1,5 до 3,0 с после начала испытания). c Средний отклик при повороте в условиях обратного фи. Контрольные ответы ( N = 10) инвертируются при малых скоростях. При высоких скоростях и в зависимости от пространственной длины волны оптомоторный отклик снова меняется на противоположный. На вставке показаны первые 500 мс (см. Черную линию на основной панели) ответа на стимуляцию со скоростью модели 256 ° с ^-1 ( λ = 90 °), подчеркивая двухфазную динамику во времени. d Сводная статистика состояния обратного фи.Заштрихованные области вокруг кривых и полосы вокруг точек указывают 95% доверительный интервал. См. «Материалы и методы» для получения подробной информации о поведенческих экспериментах.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189019.g003

В следующей серии экспериментов мы добавили инверсию контраста к стимулу движения фи (, рис. 2D, ), который давал движение в обратном направлении. Поведение дикого типа из предыдущих летных экспериментов было в значительной степени повторено: мухи управлялись в направлении, противоположном направлению движения, в диапазоне от низких до средних скоростей ( Рис. 3C и 3D ).Как отмечалось ранее, общая величина поворотов была снижена по сравнению со стандартным условием фи. Кривые настройки были смещены в сторону более низких скоростей рисунка. Критически важно, что для больших длин волн поворот в обратном направлении достиг пика около 64 ° с ^-1 , уменьшился по амплитуде и, наконец, стал слабо, но устойчиво синнаправленным с движением стимула на высоких скоростях (, рис. 3D, ). Для более низкой длины волны, которую мы тестировали, величина отклика, как правило, была больше и не менялась при высоких скоростях.Тенденция к обратному переворачиванию показывала двухфазную динамику, когда мухи сначала поворачивались против движения паттерна, а затем разворачивались в течение сотен миллисекунд, теперь вращаясь синхронно со стимулом (вставка в , рис. 3C, ). Это конкретное поведение соответствовало реакциям полета [6] и давало нам уверенность в том, что сенсорные механизмы, предшествующие генерации моторных команд, ответственны за наблюдаемую реинверсию.

Поворотные реакции на движение фи были полностью исключены, когда мы исследовали мух, у которых мы выборочно заставляли молчать T4 и T5 ( Рис. 4A и 4B ).Это соответствовало ожиданиям и предыдущим результатам [20,33,56]. Мы могли исключить двигательную дисфункцию как объяснение существенных эффектов, учитывая, что скорость движения вперед блочных мух T4 / T5 оставалась на контрольном уровне (, рис. 4C, ). Наконец, когда мы заглушили активность Т4 и Т5, все реакции на обратное вращение фи, включая реинверсию с высокой скоростью, были устранены ( Рис. 4D и 4E ). Это снова не объяснялось двигательной недостаточностью (, рис. 4F, ). Таким образом, мы обнаружили, что локальные детекторы движения Т4 и Т5, специфичные для ВКЛ и ВЫКЛ, необходимы для всех аспектов инверсии движения, вызванного контрастом, что убедительно свидетельствует о том, что никакие вторичные пути не играют роли в генерации этих реакций.

Рис. 4. Местные чувствительные к движению клетки Т4 и Т5 необходимы для реакции обратного фи у шагающих мух.

a Средняя реакция на поворот для условия фи при двух разных скоростях стимула, обозначенных заголовком панели ( λ = 90 ° и ширина шага = 4 ° на всем рисунке). Здесь контрольные мухи ( N = 12/12 для shibire ^ts и T4 / T5) поворачиваются вместе с направлением стимула. Это поведение отменено в блочных мухах T4 / T5 ( N = 11).Серая заштрихованная область указывает период стимуляции. b Сводная статистика состояния phi (в среднем от 1,5 до 3,0 с после начала испытания). c Статистика скорости ходьбы (как и прежде усредненная) для условия фи. Ни один из генотипов не обнаруживает нарушения локомоции. d Средний отклик при повороте в условиях обратного фи. Контрольные реакции ( Н, = 11/10 для shibire ^ts и контрольные элементы T4 / T5) инвертируются при низких скоростях. При высоких скоростях происходит реинверсия.В блочных мушках Т4 / Т5 полностью отменен поворот ( N = 10). e Сводная статистика для состояния обратного фи. f Статистика скорости ходьбы для состояния обратного фи. Заштрихованные области вокруг кривых и полосы вокруг точек указывают 95% доверительный интервал. Звездочками отмечены существенные различия между блочными мухами T4 / T5 и обоими контрольными мухами (t-критерий Стьюдента, P <0,001). Обратите внимание, что усы показывают полный диапазон пробы. См. «Материалы и методы» для получения подробной информации о поведенческих экспериментах и ​​статистике.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189019.g004

Тангенциальные клетки демонстрируют частичную обратную чувствительность к фи

Далее мы исследовали, демонстрируют ли чувствительные к движению тангенциальные клетки в лобулярной пластинке обратные фи-реакции, соответствующие наблюдаемому поведению. Рецептивные поля тангенциальных клеток соответствуют различным типам оптического потока и, как считается, непосредственно контролируют компенсаторное поведение руля, такое как оптомоторный рефлекс [1,59]. Здесь мы взяли образцы из клеток как горизонтально, так и вертикально чувствительных систем [60,61], которые мы объединили, учитывая, что никаких функциональных различий для этого анализа не наблюдалось.Критически важно, что Т4 и Т5 обеспечивают основной возбуждающий и, через интернейроны LPi, тормозной вход в эти единицы [62,63]. Если эти входные элементы неактивны, тангенциальные ячейки полностью не реагируют на движение [64]. В предыдущем исследовании использовалась визуализация дендритного кальция для изучения их свойств реакции на стимулы обратного фи. Это не позволяло устранить неоднозначность нулевого и гиперполяризационного ответов и было ограничено во временном разрешении [6]. В качестве дополнения мы выполнили in vivo записей патч-кламп из тангенциальных клеток иммобилизованных мух, чтобы дополнительно охарактеризовать возбуждающие и тормозящие входы, исходящие от Т4 и Т5.

Тангенциальные клетки показали сильную устойчивую деполяризацию, когда мух стимулировали движением фи в предпочтительном направлении клетки с промежуточной скоростью ( λ = 45 °, v = 128 ° s ^-1 , ширина шага = 6 °) . В свою очередь, когда отображалось движение в нулевом направлении, мы наблюдали более слабую, но существенную гиперполяризацию ( рис. 5A и 5C, ). Это согласуется с установленными чувствительными к движению свойствами этих элементов. Как и предполагалось, при стимуляции обратным фи в нулевом направлении тангенциальные клетки теперь деполяризованы, хотя и со сниженной амплитудой ( рис. 5B и 5C ).Это соответствовало уменьшенным поведенческим реакциям на стимулы обратного фи, что еще больше подтверждает гипотезу о том, что эти клетки контролируют рулевое управление. Интересно, что стимулы предпочтительного направления не вызывают заметных отклонений напряжения. Это может быть связано с тем, что синаптический вход недостаточен для управления тормозными интернейронами, которые обеспечивают гиперполяризацию [63]. Таким образом, мы обнаружили, что тангенциальные клетки демонстрируют, по крайней мере, частичную инверсию ответа напряжения при стимуляции обратным фи. Учитывая их входную структуру и взятые вместе с нашими поведенческими выводами, это означает, что T4 и T5 совместно необходимы и достаточны для генерации этих ответов.

Рис. 5. Чувствительные к движению тангенциальные клетки демонстрируют избирательно инвертированные ответы при стимуляции обратным фи.

a-b Средний мембранный потенциал тангенциальных клеток дольчатой ​​пластинки ( N = 23, объединенный по 8 горизонтальным и 15 вертикальным системным клеткам с соответственно ориентированным направлением движения) у мух дикого типа. Ответы были записаны с частотой 2 кГц и с пониженной частотой дискретизации до 50 Гц для презентации. Серая заштрихованная область указывает период стимуляции ( λ = 45 °, v = 128 ° с ^-1 , ширина шага = 6 °).Затенение вокруг кривых показывает 95% доверительные интервалы начальной загрузки. a Phi-стимуляция. Клетки деполяризуются для движения в предпочтительном направлении (PD) и слабо гиперполяризуются для движения в противоположном нулевом направлении (ND). b Стимуляция обратным фи. Отклик PD отменяется, тогда как отклик ND инвертируется. c Сводная статистика (усредненная за первые 2 секунды после начала заболевания). Обратите внимание, что усы показывают полный диапазон пробы. См. Материалы и методы для получения подробной информации об экспериментах по электрофизиологии.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189019.g005

Простая модель детектора детально предсказывает обратный фи

Затем мы решили определить, может ли биологически правдоподобная детекторная модель учитывать реакции, вызванные этой конкретной формой иллюзии движения. Простая алгоритмическая модель, детектор Хассенштейна-Райхардта [9], оказалась особенно эффективной при объяснении связанных с обнаружением движения явлений у насекомых. Он состоит из двух визуальных входов, которые асимметрично фильтруются во времени, нелинейно комбинируются, например, посредством умножения, и, наконец, вычитаются из выходных данных пространственно-зеркальной операции для создания чувствительности к двунаправленному движению [1,9,65].

В таких элементарных детекторах движения ( рис. 6A, ) обратные фи-реакции находят простое объяснение в знакопеременном умножении. Два положительных или два отрицательных сигнала, соответствующие чистым сигналам ВКЛ или ВЫКЛ, дают положительный выход. Если входы смешаны, как при двухпозиционных взаимодействиях нашего стимула обратного фи, правила умножения приводят к отрицательному выходу. Действительно, раннее наблюдение феномена обратного фи у насекомых сыграло важную роль в разработке этой схемы обнаружения движения [9].Знаковое умножение может быть реализовано на нейронном уровне путем разделения сигнала на компоненты ВКЛ и ВЫКЛ, последующего вычисления четырех возможных квадрантов (ВКЛ-ВКЛ, ВКЛ-ВЫКЛ, ВЫКЛ-ВКЛ и ВЫКЛ-ВЫКЛ) по отдельности и, наконец, суммирования их с соответствующими знаками.

Рис. 6. Архитектура четырех- и двухквадрантных моделей обнаружения движения.

a Поток сигнала для одного четырехквадрантного элементарного детектора движения без выпрямления (HP: фильтр верхних частот первого порядка, LP: фильтр нижних частот первого порядка, X: умножение).Квадранты представляют собой возможные комбинации положительного (ВКЛ) и отрицательного (ВЫКЛ) контраста сигнала. Свойства выпрямления отображаются в виде схематических передаточных функций (не исправлено зеленым, ВКЛ красным, ВЫКЛ синим). Если исправления между ВКЛ и ВЫКЛ не происходит, все четыре возможных корреляции (ВКЛ-ВКЛ, ВКЛ-ВЫКЛ, ВЫКЛ-ВКЛ, ВЫКЛ-ВЫКЛ) вычисляются напрямую. b Поток сигнала для двухквадрантного выпрямленного элементарного детектора движения (постоянный ток: компонент прямого нефильтрованного входа). Здесь сигналы знака равенства (квадранты ВКЛ-ВКЛ и ВЫКЛ-ВЫКЛ) коррелированы.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189019.g006

Имеются неопровержимые экспериментальные доказательства того, что обнаружение движения в визуальной системе мух основано на комбинации зависящих от полярности блоков, чувствительных к включению и выключению [2, 20,27,30,33,56,64], важность приобрела тщательно разработанная схема обнаружения движения: двухквадрантный (2Q) детектор движения [4], изображенный на рис. 6B . Здесь умножению предшествует дифференцирование, которое аппроксимируется фильтром верхних частот, и последующее полуволновое выпрямление.Затем коррелируются только две возможные комбинации входов, соответствующие квадрантам ВКЛ-ВКЛ и ВЫКЛ-ВЫКЛ, упомянутым выше. Это контрастирует с четырехквадрантной (4Q) схемой, которая математически эквивалентна простому не выпрямленному детектору Хассенштейна-Райхардта (, рис. 6A, ). Детектор 2Q имеет то преимущество, что его можно отображать на нейронную архитектуру: субъединица ON-ON моделирует путь T4, субъединица OFF-OFF — путь T5. Для явных стимулов движения можно было объяснить обратные реакции на взаимодействия между ВКЛ и ВЫКЛ, введя компонент тонической яркости (DC), добавленный к входному сигналу, отфильтрованному верхними частотами, перед стадией выпрямления.Фактически, это делает полуволновое выпрямление входов несовершенным; некоторая остаточная чувствительность к обеим полярностям контраста сохраняется даже после расщепления пути. Однако было неясно, будет ли этот подход распространяться на другие стимулы.

Мы протестировали оба типа детекторов, чтобы оценить, могут ли они улавливать определенные особенности нашего набора поведенческих данных, используя те же стимулы, что и в наших экспериментах. Во-первых, детектор 4Q качественно воспроизвел настройку скорости для стимулов фи, полную инверсию отклика для стимулов обратного фи и разницу пиков отклика между двумя условиями ( рис. 7A, ).Как и в наших поведенческих данных, кривая настройки была смещена в сторону более низких скоростей для стимуляции обратным фи и имела постоянно более низкие амплитуды ответа. Важно отметить, что, как отмечалось ранее [6], он не смог показать типичную реинверсию для высоких скоростей диаграммы направленности. Вместо этого ответы плавно приближались к нулевой линии снизу.

Рис. 7. Двухквадрантная модель, допускающая постоянную яркость, учитывает поведенческие и нейронные реакции.

a-b Настройка скорости для двух модельных архитектур (4Q: не выпрямленный четырехквадрантный детектор; 2Q: выпрямленный двухквадрантный детектор с постоянным вкладом яркости, постоянный ток).Все детекторы имели идентичные базовые параметры (τ _HP = 250 мс; τ _LP = 50 мс; DC = 0 или 10% для 4Q или 2Q соответственно; расстояние до рецептора = 4 °). Моделирование проводилось с шагом по времени 1,0 мс в течение 10 с стимуляции на скорость. Линии представляют собой усредненные по времени и пространству отклики 60 детекторов, охватывающих 240 ° визуального пространства, нормированные на +/- 1 максимум / минимум на панель. Черные линии: реакция на стимуляцию фи при 20 скоростях по логарифмической шкале ( λ = 90 °, ширина шага = 4 °).Серые линии: реакция на соответствующую стимуляцию обратным фи. Только выпрямленная двухквадрантная модель воспроизводит как обратную реакцию, так и обратную инверсию при высоких скоростях, как показывают экспериментальные результаты. c Настройка скорости для выпрямленного 2Q детектора с нулевым постоянным током. Обратный ответ теперь указывает правильное направление во всем диапазоне. d Настройка скорости для детектора 4Q с уровнем постоянного тока 10%. e Настройка скорости для детектора 2Q, когда обновления мерцания и движения не совпадают по фазе. f-i Сканирование параметров для определения постоянных времени низких и высоких частот 4Q и 2Q детекторов. Стрелки указывают настройку по умолчанию. Соответствующая другая постоянная времени оставалась равной значению по умолчанию. Возможности качественной настройки не зависят от выбора параметров. См. «Материалы и методы» для получения дополнительной информации о моделировании.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189019.g007

Во-вторых, детектор 2Q с постоянным током может успешно учесть все основные качественные характеристики откликов обратного фи при ходьбе или полете Drosophila ( Рис. 7B ).Выходной сигнал для обратного фи был инвертирован, при этом пик смещен в сторону более низких скоростей по сравнению с выходом фи. Наиболее важно то, что на верхнем конце спектра скоростей отклики действительно перевернулись, а затем приблизились к нулю сверху. Это соответствовало нашим данным и предыдущим исследованиям в полете [6], даже если оптимумы скорости не совсем соответствовали нашим результатам ( Рис. 3 ). Сила ответа была существенно снижена на стимуляцию обратным фи, что превышало ожидания от поведенческих данных.Однако сопоставление выхода T4 / T5 с поведенческой реакцией, вероятно, будет сжатым, что может объяснить расхождение [28,66]. В-третьих, мы выполнили несколько проверок, чтобы оценить специфичность наблюдаемой инверсии. Чтобы оценить, была ли чувствительность к тонической яркости критическим фактором для обратной реакции фи, мы отключили вклад постоянного тока. Хотя, как и ожидалось, ответы phi все еще предсказывались правильно, обратный phi теперь не менял знак (, рис. 7C, ). Мы предполагаем, что для строго разделенной системы ВКЛ-ВЫКЛ, такой как детектор 2Q без постоянного тока, стимул обратного фи просто появляется как прерывистая решетка с большей шириной шага, что объясняет направленную избирательность ответов, а также смещенный оптимум скорости. .Когда мы добавили постоянный ток к стандартному детектору 4Q, качественных изменений в настройках не произошло, что говорит о том, что соединение постоянного тока и выпрямления играет решающую роль в формировании выхода обратного фи (, рис. 7D, ). Более того, не синфазный стимул, в котором обновления мерцания и движения не были синхронизированы, вызывал уменьшенные, но неизменно положительные ответы (, рис. 7E, ). Это соответствовало равномерно синонаправленному повороту, описанному ранее для этого варианта паттерна [6], и исключало неспецифическое вмешательство между мерцанием и движением как объяснение перевернутых ответов 2Q.Интересно, что данные о поведении летающих мух показали умеренное снижение амплитуды биений крыльев для промежуточных скоростей. Модель 2Q предсказывает именно эту характеристику настройки.

Наконец, мы оценили взаимосвязь между настройками фильтра и откликами обратного фи. Для всех предыдущих модельных экспериментов постоянные времени были установлены на значения, предложенные ранее [4]. Чтобы оценить, вызовут ли другие комбинации параметров реинверсию ответа для архитектуры 4Q, мы систематически меняли постоянную времени низкого или высокого прохода, сохраняя при этом соответствующее другое значение по умолчанию.Как и ожидалось, модуляция фильтра нижних частот привела к смещению оптимума скорости от низкого к высокому для больших и малых постоянных времени как в 4Q ( Fig. 7F ), так и в детекторе 2Q ( Fig 7G ). Никакая постоянная времени не изменила обратного изменения ответа 4Q. Для детектора 2Q пик реинверсии сдвинулся вместе с пиком скорости инверсии начального отклика. В крайнем конце спектра постоянной времени отклики были глобально ослаблены, как и ожидалось от фильтра нижних частот.Тривиально противоположное было обнаружено при изменении постоянной времени прохождения верхних частот: для малых постоянных времени отклики исчезали как в моделях 4Q (, рис. 7H, ), так и 2Q (, рис. 7I, ). Пиковые позиции эти манипуляции не затронули. Критически важно, что ответы 4Q оставались полностью инвертированными во всем диапазоне, в то время как детектор 2Q постоянно демонстрировал двухлопастную настройку скорости.

Поведенческие исследования показали, что пространственная длина волны оказывает сильное влияние на обратные реакции фи [6] ( рис. 3, ).Поэтому мы проверили, сможет ли детектор 2Q объяснить конкретную феноменологию. При стимуляции паттернами обратного фи с различной длиной волны фи-отклики демонстрировали временную перестройку частоты, типичную для корреляторов Хассенштейна-Райхардта: увеличение длины волны пропорционально сдвигало положение пика в сторону больших скоростей, так что соотношение между скоростью и длиной волны оставалось постоянным ( Рис 8A ). Для стимуляции обратным фи мы обнаружили другую закономерность (, рис. 8В, ).Положение пика было фиксированным, что указывало на настройку на скорость или, что то же самое, на частоту обновления. Более того, с увеличением длины волны обратные отклики уменьшались и появлялась реинверсия. Это отражало поведенческую феноменологию ( рис. 3, ).

Рис. 8. Подробная пространственно-временная настройка 2Q-детектора.

a Кривые настройки скорости Phi 2Q-детектора для различных пространственных длин волн. Оптимум отклика смещается в сторону более высоких скоростей с увеличением λ , как и предсказывалось для детекторов движения типа Reichardt. b Настройка скорости для условий обратного фи. Здесь пики отклика остаются фиксированными. Пространственная длина волны влияет на величину оптимального отклика и модулирует инверсию на высоких скоростях паттерна в соответствии с поведенческими данными. c Отклик с временным разрешением суммарной матрицы 2Q-детекторов в ответ на движение фи ( λ = 90 °). Следы были слегка отфильтрованы нижними частотами (τ = 200 мс) для приблизительной временной интеграции во время зрительно-моторной трансформации. Независимо от скорости, установившийся отклик указывает на достоверное движение. d Разрешенный ответ 2Q на стимуляцию обратным фи. На низких скоростях отклик постоянно инвертируется; для быстрых скоростей краткая инверсия быстро сопровождается положительным установившимся выходным сигналом (сравните поведенческие данные в , рис. 3С, ). Для всех параметров установлены значения по умолчанию. Обратите внимание, что мы нормализуем пики отклика для каждой панели. См. «Материалы и методы» для получения дополнительной информации о моделировании.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189019.g008

Примечательно, что модель 2-го квартала точно предсказывала конкретную динамику перевернутых ответов.В случае движения фи выходной сигнал суммированной детекторной матрицы с временным разрешением быстро приближается к установившемуся состоянию, которое критически зависит от скорости шаблона (, рис. 8С, ). Для медленных скоростей обратного фи мгновенный выходной сигнал детектора был отрицательным и оставался таковым в течение всего периода стимуляции (, рис. 8D, ). Однако на высоких скоростях ответ стал двухфазным. В течение сотен миллисекунд ответ прошел через отрицательный переходный процесс и, наконец, достиг положительного устойчивого состояния.Это очень похоже на поведенческую феноменологию летающих и шагающих мух ( Fig 3C ; [6]). Ранее предполагалось, что эффект основан на быстрой нейронной адаптации, но простой 2Q-детектор, похоже, способен воспроизводить эту сложную динамику даже при отсутствии какого-либо такого механизма.

Затем мы исследовали набор стимулов обратного фи, в которых частоты обновления для движения и мерцания были разделены. Стандартные паттерны обратного фи синхронизируют два компонента, так что инверсия контраста точно совпадает с дискретным движением.Предыдущее исследование показало, что при полете изменение скорости независимо друг от друга приводит к сложному образцу реакции, который плохо предсказывается стандартными схемами обнаружения движения 4Q [6]. Мы повторили эти эксперименты с шагающими мухами и обнаружили сравнимые склонности к повороту, которые совместно определялись мерцанием и частотой движения ( рис. 9A, ). При оценке средних ответов в матричной форме становится очевидным, что знак и величина зависят от обоих параметров; в частности, мы наблюдали сильное синнаправленное вращение для всех недиагональных стимулов, в которых две частоты расходились ( Рис. 9B ).Действительно, типичная обратная реакция фи была ограничена ограниченным режимом, когда частоты были равными и относительно небольшими. Мы измерили реакции детекторов 4Q и 2Q на идентичный набор стимулов. Модель 4Q предсказывала положительные отклики фи и зафиксированную инверсию отклика для низкочастотных паттернов, но не учитывала как реинверсию по диагонали, так и положительные отклики ниже диагонали, где мерцание превышает частоту обновления движения ( рис. 9C ). Важно отметить, что детектор 2Q обеспечил точное количественное соответствие нашим поведенческим данным без дополнительной настройки.Отрицательный результат был ограничен медленной областью диагонали, и модель давала правильно настроенные отклики ниже диагонали (, рис. 9D, ). Это подтверждает представление о том, что для большого класса стимулов комбинация уровня постоянного тока и выпрямления критически определяет знак и амплитуду ответа. Наконец, мы напрямую сравнили поведение и модели стимулов по диагонали (, рис. 9E, ). Знак и амплитуда ответа в целом хорошо объяснялись моделью 2Q, но точная временная настройка различалась.Первоначально временные параметры 2Q были выбраны на основе электрофизиологических записей у неподвижных мух; из-за модуляции состояния несоответствия с данными от активных животных не являются неожиданными.

Рис. 9. Разделение компонентов мерцания и движения.

a Поворотные реакции мух дикого типа ( N = 11) на стимулы фи-типа, в которых частота мерцания и движения изменялась независимо (эквивалентные скорости стимула получаются умножением на ширину пространственного шага 4 °; λ = 90 °).Знак и величина отклика являются сложной функцией обоих параметров. b Матрица ответов для нормализованных данных от до (с максимальным значением 1,0). Первый ряд и диагональ точно соответствуют ранее использованным стимулам фи и обратного фи соответственно. Обратите внимание, что значения обрезаются до 0,5. c Матрица отклика для четырехквадрантного детектора с теми же параметрами стимула, что и в поведенческом эксперименте. Важно отметить, что эта модель не предсказывает положительные ответы ниже диагонали. d Матрица отклика для двухквадрантного детектора. Точно переданы такие важные особенности, как положительные отклики под диагональю. e Прямое сравнение диагональных значений, эквивалентных стандартному стимулу обратного фи. Полоски вокруг точек указывают 95% доверительный интервал. См. «Материалы и методы» для получения подробной информации о поведенческих экспериментах и ​​статистике.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189019.g009

В заключительной серии экспериментов по моделированию мы исследовали вклад отдельных субъединиц 2Q в наблюдаемые реакции обратного phi.Вместо суммирования детекторов, специфичных для ВКЛ и ВЫКЛ, мы определили настройку скорости по отдельности ( Рис. 10A, ). Интересно, что только субъединица ON, биологически соответствующая разнице между противоположно настроенными клетками Т4, показывала обратные и повторно инвертированные ответы. Подблок OFF постоянно сигнализировал о правильном направлении диаграммы направленности с кривой настройки, которая напоминала 2Q-детектор без постоянного тока. Учитывая, как тоническая чувствительность реализована в нашей модели, этому есть простое объяснение: после ВЫКЛЮЧЕННОГО выпрямления неизменно положительный вклад постоянного тока эффективно удаляется, особенно потому, что мы не реализовали смещение выпрямления, как в предыдущем анализе [4].Только канал ON затем получает информацию об абсолютной яркости, которая, как мы показали, имеет решающее значение для чувствительности обратного фи (, рис. 7C, ). Если присутствует DC, возникают ненулевые корреляции между движущимися краями и фоном. Знак этих корреляций в среднем отрицательный [4]. Это не требует прямой корреляции полос переключения контраста. В дополнение к этим отрицательным сигналам столбцы, разделенные временным шагом, создают регулярные корреляции типа фи. Баланс между двумя сигналами зависит, среди прочего, от плотности краев, которая определяется пространственной длиной волны шаблона (см. Рис. 8, ).

Рис. 10. Ответы, специфичные для пути, модели 2Q.

a Кривые настройки скорости для паттерна обратного фи ( λ = 90 °) перед суммированием каналов, специфичных для включения и выключения (подблок ON показан красным, подблок OFF — синим). Только путь ON показывает инверсию и реинверсию; путь ВЫКЛ постоянно указывает физическое направление движения. b Настройка скорости обратного фи субъединицы ON в зависимости от вклада постоянного тока. Баланс между достоверным сигналом движения и инверсией зависит от наличия информации о яркости на входе; для промежуточных уровней возможны положительные и отрицательные ответы, в зависимости от конкретной скорости стимула.Стрелка указывает параметр постоянного тока по умолчанию, равный 10%. Значения нормализованы до максимального абсолютного отклика, равного единице. c Эквивалентная настройка для подблока OFF. При стандартном уровне 10% возникают только положительные отзывы. Для отрицательного постоянного тока возникает картина, аналогичная субъединице ON. Для параметров, за исключением уровня постоянного тока, установлены значения по умолчанию. См. «Материалы и методы» для получения дополнительной информации о моделировании.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189019.g010

Если постоянный ток действительно является критическим фактором в генерации обратных фи-откликов, то его модуляция должна сильно повлиять на поведение детектора 2Q.Мы проверили это, систематически изменяя относительный вклад постоянного тока от сильно положительного до сильно отрицательного по скоростям стимула для условия обратного фи. Карта выходных данных, сгенерированная субъединицей ON, показала интригующую сложность (, фиг. 10B, ). Как и ожидалось, значительный отрицательный постоянный ток катастрофически мешал регулярным реакциям движения. Если DC был приблизительно равен нулю, мы наблюдали только положительный выходной сигнал, как мы показали ранее ( Рис. 7C, ). Для положительных значений на верхнем конце ответы были равномерно инвертированы.Интересно, что между этими крайностями возникла двухлопастная переходная зона, где в зависимости от скорости выходная мощность была либо отрицательной, либо положительной. Это говорит о том, что биологическая система работает в режиме, в котором детекторы, зависящие от полярности, получают промежуточный уровень информации об абсолютной яркости. Важно отметить, что эта картина была приблизительно инвертирована, когда мы исследовали субъединицу OFF (, фиг. 10C, ). Стандартный уровень постоянного тока 10% дает положительный выходной сигнал во всем диапазоне скоростей. Добавив отрицательный сигнал постоянного тока и, таким образом, инвертировав тоническую светочувствительность, можно было плавно перейти к двухфазной и, наконец, чисто отрицательной настройке.В целом, мы заключаем, что кривая двухфазного ответа для обратного фи определяется балансом между иллюзорными DC-опосредованными фоновыми корреляциями и достоверными фи-ответами в рамках паттернов. Скорость стимула и пространственная длина волны совместно влияют на этот баланс. Вклад постоянного тока предлагает параметр, который непрерывно регулирует строгость разделения ВКЛ-ВЫКЛ и, таким образом, определяет баланс между положительным и отрицательным выходом для стимулов обратного фи.

В совокупности мы обнаружили, что детектор 2Q с постоянным током может полностью предсказать сложные настраивающие свойства откликов обратного фи у мух, которые ведут себя.Отключение компонента выпрямления или постоянного тока привело к неполному совпадению с поведенческими данными.

Прецизионные измерения и конструкция обратного движения толкателя для пространственных кулачков

• Zhenghao Ge
• Jingyang Li
• Feng Xu
• Xiaowei Han

Аннотация

Представлен метод прецизионного измерения компенсации для цилиндрических кулачков и зонда в этой статье в соответствии с характеристиками цилиндрических кулачков и заданной процедуры измерения, которая может реализовать компенсацию радиуса зонда в реальном времени, запрограммирована.Кривые контура кулачка реконструируются с использованием NURBS, а также изучается метод быстрого обратного проектирования для задания движения цилиндрического кулачкового толкателя посредством моделирования движения. Экспериментально доказано, что эти методы позволяют реализовать прецизионные измерения цилиндрических кулачков и быстро и точно изменить конструкцию характеристик движения цилиндрического кулачкового толкателя.

Ключевые слова

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.

7. Список литературы

1. [1]

   Пэн Госюнь, Сяо Чжэнъян. Конструкция кулачкового механизма автоматов [М]. Пекин: China Machine Press, 1990.

   Google Scholar

2. [2]

   Лю Чанци, М. Ян, Цао Сицзин. Конструкция кулачкового механизма [M]. Пекин: China Machine Press, 2006.

   Google Scholar

3. [3]

   Го Вэйчжун, Ван Шиган, Чжоу Хуэйцзюнь.Пространственный кулачок с качающимся толкателем CAD на основе обратного дизайна [J]. Журнал «Компьютерный дизайн и изучение диаграмм». 1999, 11 (2): 159–162.

   Google Scholar

4. [4]

   Zhu Xinxiong. Модельная технология свободной кривой линии и свободной кривой поверхности [M]. Пекин: Science Press, 2

   Google Scholar

Информация об авторских правах

© Springer-Verlag London Limited 2008

Авторы и аффилированные лица

• Zhenghao Ge
• Jingyang Li
• Feng Xu
Han
• owe .Шаньси университет науки и технологий Сиань, Шэньси Китай

Интерактивное создание сценариев вождения в обратном направлении — MATLAB и Simulink

Интерактивное создание сценариев движения в обратном направлении

В этом примере показано, как создать сценарий вождения, в котором транспортное средство движется задним ходом с помощью сценария вождения Приложение Designer . В этом примере вы указываете автомобиль, который выполняет трехточечный повернуть.

Сценарий трехточечного поворота

Трехточечный поворот — основной маневр движения для изменения направления по дороге.Три сегмента трехточечного поворота состоят из этих движений:

1. Двигайтесь вперед и поверните на противоположную сторону дороги.

2. Двигайтесь задним ходом, поворачивая назад к исходной стороне Дорога.

3. Двигайтесь вперед по направлению к противоположной стороне дороги, чтобы завершить смену. по направлению.

Вы можете использовать обратные движения для разработки более сложных сценариев для тестирование алгоритмов автоматизированного вождения.

Добавить дорогу

Открыть сценарий движения Приложение Designer .

Добавьте в сценарий прямую дорогу. Щелкните правой кнопкой мыши сценарий Панель Canvas и выберите Добавить дорогу . Расширить дорога к верху холста, пока она не достигнет длины около 50 метров. Дважды щелкните, чтобы совершить дорогу на холст.

Увеличьте ширину дороги, чтобы оставить достаточно места для автомобиля, чтобы завершить трехточечный поворот.На левой панели на вкладке Roads увеличьте Ширина (м) от 6 до 8 .

Добавить автомобиль

Добавить автомобиль на дорогу. Щелкните правой кнопкой мыши в правом нижнем углу дороги и выберите Добавить машину . Увеличьте автомобиль и первую половину дорога, по которой автомобиль выполнит трехточечный поворот.

Добавить траекторию

Укажите траекторию для транспортного средства для выполнения трехточечного поворота.

1. Щелкните автомобиль правой кнопкой мыши и выберите Добавить вперед. Путевые точки . Указатель отображает ( x , y ) положение на холсте и направление движения, по которому машина будет двигаться при указании путевых точек.

2. Укажите первый сегмент трехточечного поворота. Щелкните, чтобы добавить путевые точки, поверните к левой стороне дороги.

3. Укажите второй сегмент трехточечного поворота. Нажмите Ctrl + R для переключения на указание обратных путевых точек. Потом, щелкните, чтобы добавить путевые точки, которые поворачивают обратно к правой стороне дороги.

4. Укажите третий сегмент трехточечного поворота. Нажмите Ctrl + F , чтобы вернуться к указанию прямых путевых точек. потом щелкните, чтобы добавить путевые точки, которые поворачивают назад к левой стороне дороги, рядом до первой указанной путевой точки.

5. Нажмите Введите , чтобы зафиксировать путевые точки на холсте.

Запуск моделирования

Запуск моделирования. Чтобы узнать, в каком направлении движется машина, в приложении панель инструментов, выберите Отображение > Показывать индикатор позы актера во время симуляции .

Во время моделирования автомобиль ненадолго останавливается между каждой точкой в трехточечный поворот. При переключении между прямым и обратным движением по траектории приложение автоматически устанавливает значение v (м / с) в путевой точке, где переключение происходит на 0 .

Регулировка траектории с использованием заданных значений рыскания

Для точной настройки траектории установите определенные углы ориентации рысканья для транспортного средства на достичь определенных путевых точек. Например, когда автомобиль начинает движение задним ходом. траектории, предположим, вы хотите, чтобы транспортное средство находилось точно под углом 90 градусов от того места, где это началось.

Сначала определите идентификатор путевой точки, с которой транспортное средство начинает это обратное движение. наведя указатель на эту путевую точку.Затем в путевых точках, скоростях, Время ожидания и таблица рыскания на левой панели, установите рыскание (deg) значение соответствующей строки на 90 . За Например, если автомобиль начинает обратное движение в путевой точке 5, обновите пятую строку столбец рыскания (град.) .

Теперь во время моделирования автомобиль поворачивается точно на 90 градусов от того места, где он начинал. Чтобы очистить ранее установленное значение рыскания, щелкните путевую точку правой кнопкой мыши и выберите Восстановить.

No related posts.