Name: Untersuchung Motorfaehigkeiten Lernprozesse mit einem Robotic Manipulandum (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 52 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie Ratten mit einem robotischen Manipulandum trainieren, um motorisches Lernen und Funktionserholung nach Hirnschäden zu untersuchen. Diese objektive Methode ermöglicht präzise kinematische Analysen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Diese Forschung wurde von der Schweizerischen National Science Foundation, dem Betty und David Koetser-Stiftung für Hirnforschung und der ETH Foundation unterstützt.

Die hier vorgestellten Experimente wurden vom Veterinäramt des Kantons Zürich, Schweiz zugelassen und wurden nach nationalen und institutionellen Vorschriften. 1. Fütterungsbedingungen HINWEIS: Alle Trainingseinheiten werden im Rahmen eines geplanten Fütterungsprotokoll durchgeführt. <ol><li> Feed the Ratten 50 g / kg Standardfutter einmal pro Tag, nach dem Training abgeschlossen ist. Diese Menge an Nahrung ist ausreichend großen Gewichtsverlust zu verhindern (Körpergewicht&gt; 90% des Gewichts frei Fütterung), aber klein genug, um reproduzierbare Verhaltensanlage zu gewährleisten. Wiegen Sie die tägliche Ratten zu ihrem Körpergewicht stabil bleibt gewährleisten. HINWEIS: Weitere über Nacht (10-12 h) Nahrungsentzug kann nützlich sein, vor dem ersten Lohn-Touch-Sitzung (Schritt 2.3). </li></ol> 2. Training Verfahren für eine Reichweite-and-Pull-Task <ol><li> Zubereitung: Lassen Sie die Ratten bei lea in ihre neue Heimat Käfige eingewöhnenst eine Woche nach der Ankunft in der Tierhaltung. Behandeln Sie die Ratten regelmäßig während dieser Zeit und geben dustless Präzision Pellets im Käfig, die Ratten an das neue Futter zu gewöhnen. Diese Pellets werden als Belohnung während des Trainingsprotokoll verwendet werden. </li><li> Habituation: Legen Sie die Ratten in den Testkäfig für 30-45 min und 30-50 Pellets im Futternapf bieten, mit pulverisiertem Futter gemischt. Öffnen und den Käfig Fenster zu schließen , und führen Sie das Pellet Spender gelegentlich die Ratten in ihren Sound zu gewöhnen. <ol><li> Wiederholen Sie dies für 2-3 Tage. </li></ol></li><li> Reward-touch: Trainieren Sie die Ratten die Kugelgriff durch den Käfig Fenster zu berühren und dann auf der gegenüberliegenden Seite des Käfigs bewegen , um eine Futterbelohnung abrufen. <ol><li> Passen Sie die Software-Einstellungen, so dass der Griff etwas außerhalb des Testkäfigfenster zu Beginn jedes Versuchs befindet, und richten Sie den Griff mit der Mitte des Käfigs Fenster. Wenn die Versuche erfolgreich sind, dh &lt;/ Em&gt;, sobald eine leichte Berührung an dem Griff (0,25 mm Verschiebung in jede Richtung) erfasst wurde, ertönt ein Ton und eine Belohnung abgegeben wird. Klassifizieren Studien als nicht bestanden, wenn keine Berührung hat für 180 s erkannt wurde, nachdem das Fenster geöffnet wird. </li><li> Legen Sie die Ratte in der Trainingskäfig. Prompt die Ratte, indem man es an einem Pellet nahe dem Griff gehalten greifen zu erreichen. Richten Sie die Aufmerksamkeit der Ratte auf den Griff und Futternapf, indem Sie auf den Käfig tippen. </li><li> Stoppen auffordert, wenn die Ratte unabhängig der Käfigfenster erreicht durch und ruft die Futterpellet. </li><li> Weiter bis 100 Studien (berührt) abgeschlossen sind oder bis 60 Minuten vergangen sind, was zuerst eintritt. </li><li> Weiter Training für 3-4 Tage und beginnen, die nächste Stufe der Ausbildung (Schritt 2.4), wenn Ratten erreichen 100 Versuche innerhalb von 30 Minuten an 2 aufeinanderfolgenden Tagen. HINWEIS: Verwenden Sie diesen Schritt nicht über trainieren. Das Ziel der Lohn-touch ist zuverlässig Interaktion zwischen Ratte und Roboter zu erreichen, so dass dieses Verhalten in geformt werden kann,anschließende Ausbildung. </li></ol></li><li> Freie Pull (FP): die Ratten Zug zu erreichen und den Griff des Roboters ziehen. <ol><li> Passen Sie die Software-Einstellungen, so dass der Griff zu Beginn jedes Versuchs 18 mm aus dem Fenster befindet, und muss mindestens 10 mm ohne Unterbrechung für einen erfolgreichen Versuch gezogen werden. Es gibt keine seitlichen Beschränkungen für die Ziehbewegung in dieser Phase. <ol><li> Klassifizieren einen Versuch als gescheitert, wenn der Griff wurde für 180 s, nachdem das Fenster nicht bewegt sich öffnet, wenn sich der Griff außerhalb des erreichbaren Arbeitsbereich bewegt wird (mehr als 12 mm von der Mittellinie), oder, wenn der Ratte weniger als 10 mm gezogen wurde innerhalb von 5 s nach der ersten Berührung detektiert wurde. </li></ol></li><li> Beachten Sie die Anzahl der Male, die linken und rechten Pfote werden während der ersten 20 Versuche der ersten FP-Sitzung verwendet. Die Pfote, die in mindestens 80% der Studien verwendet wird, ist die bevorzugte Pfote betrachtet. HINWEIS: Paw bevorzugt kann bereits klar sein, in Lohn-Touch-Sessions. </li><li> Bewegen Sie den Griff seitlich bis er mit dem Rand des Fensters ausgerichtet ist , zu erleichtern , mit dem bevorzugten paw ziehen (dh den Roboter 5 mm auf der linken Seite des Fensters bewegen , um rechtshändige Ratten und umgekehrt). HINWEIS: Setzen Sie den Hebel in dieser exakt gleichen Position relativ zum Käfig für alle folgenden Schulungen für diese Ratte. Versichern genaue Platzierung von Markierungen an der Käfigwand und an dem Roboter. </li><li> Legen Sie die Ratte in der Trainingskäfig und Zug bis 100 Prüfungen abgeschlossen sind oder bis 60 Minuten vergangen sind, was zuerst eintritt. HINWEIS: Wenn die Ratte nicht weit genug reichen, es prompt, indem sie bei einem Pellet nahe dem Griff gehalten greifen zu lassen. Ratten stoppen kann versuchen, nach wiederholten Fehlversuchen zu ziehen. Tippen Sie auf den Käfig, lassen Sie sie mit einer Pinzette gehalten für Pellets greifen oder ein Pellet verzichten, um ihre Motivation wieder herzustellen. </li><li> Für Experimente nur FP trainiert wurden, weiterhin Ausbildung wie in 2.4 beschrieben. NEINTE: Typischerweise werden 1-2 FP-Sitzungen benötigt Übergang von Belohnung Kontakt SP (Straight Pull) Ausbildung zu helfen. Das Ziel dieser FP-Sitzungen ist Ratten eingewöhnen den Griff zu erreichen, greifen und ziehen, anstatt nur zu berühren. Wie bei Lohn-Touch-Training ist es wichtig, nicht zu Zug über, wenn das Ziel zu einem nächsten Trainingsschritt für den Übergang ist. </li></ol></li><li> Gerade Zug (SP): Trainieren Sie die Ratten den Griff zu ziehen , ohne mehr als 2 mm von der Mittellinie abweicht. HINWEIS: Die Mittellinie ist definiert relativ zu der Startposition des Roboters nicht mit dem Mittelpunkt des Käfigs Fenster. Somit wird in einer Zieh Trajektorie führen eine Ziehversuch am Mittelpunkt des Käfigs Fenster endet, das mehr als 2 mm von der Mittellinie abweicht. <ol><li> Passen Sie die Software-Einstellungen, so dass nur Studien, in denen die Ziehbewegung auf beiden Seiten nicht mehr als 2 mm von der Mittellinie abweicht von einem Ton belohnt werden und ein Pellet. Halten Sie alle anderen Parameter wie in Schritt 2.4 beschrieben. </li><li> Legen Sie die Ratte in der Trainingskäfig und Zug bis 100 Prüfungen abgeschlossen sind oder bis 60 Minuten vergangen sind, was zuerst eintritt. HINWEIS: Die Ratten können extrem aufgeregt und stoppen nach wiederholten Fehlversuchen zu ziehen versucht. Tippen Sie auf den Käfig ihre Aufmerksamkeit auf das Erreichen Aufgabe umleiten, lassen Sie sie für Pellets mit einer Pinzette gehalten greifen oder ein Pellet verzichten, um ihre Motivation wieder herzustellen. </li><li> Fortsetzung der Ausbildung, bis die Ratten Plateau Performance zu erreichen, oder die Einarbeitungszeit anzupassen nach dem Ziel eines Experiments. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Irvine, K. -A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+method+for+assessing+proximal+and+distal+forelimb+function+in+the+rat%3A+the+Irvine%2C+Beatties+and+Bresnahan+%28IBB%29+forelimb+scale%5BTitle%5D)+AND+%22JoVE%22%5BJournal%5D)">A novel method for assessing proximal and distal forelimb function in the rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) forelimb scale.</a> JoVE. (46), (2010).</li>
<li>Ballermann, M., Metz, G. A., McKenna, J. E., Klassen, F., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+pasta+matrix+reaching+task%3A+a+simple+test+for+measuring+skilled+reaching+distance%2C+direction%2C+and+dexterity+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">The pasta matrix reaching task: a simple test for measuring skilled reaching distance, direction, and dexterity in rats.</a> J Neurosci Meth. 106 (1), 39-45 (2001).</li>
<li>Kemble, E. D., Wimmer, S. C., Konkler, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+varied+prior+manipulatory+or+consummatory+behaviours+on+nut+opening%2C+predation%2C+novel+foods+consumption%2C+nest+building%2C+and+food+tablet+grasping+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Proc%22%5BJournal%5D)">Effects of varied prior manipulatory or consummatory behaviours on nut opening, predation, novel foods consumption, nest building, and food tablet grasping in rats.</a> Behav Proc. 8 (1), 33-44 (1983).</li>
<li>Buitrago, M. M., Ringer, T., Schulz, J. B., Dichgans, J., Luft, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+motor+skill+and+instrumental+learning+time+scales+in+a+skilled+reaching+task+in+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Characterization of motor skill and instrumental learning time scales in a skilled reaching task in rat.</a> Behav Brain Res. 155 (2), 249-256 (2004).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Pellis, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat%3A+A+proximally+driven+movement+with+a+single+distal+rotatory+component%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: A proximally driven movement with a single distal rotatory component.</a> Behav Brain Res. 41 (1), 49-59 (1990).</li>
<li>Hays, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+isometric+pull+task%3A+a+novel+automated+method+for+quantifying+forelimb+force+generation+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">The isometric pull task: a novel automated method for quantifying forelimb force generation in rats.</a> J Neurosci Meth. 212 (2), 329-337 (2013).</li>
<li>Sharp, K. G., Duarte, J. E., Gebrekristos, B., Perez, S., Steward, O., Reinkensmeyer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+Rehabilitator+of+the+Rodent+Upper+Extremity%3A+A+System+and+Method+for+Assessing+and+Training+Forelimb+Force+Production+after+Neurological+Injury%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Robotic Rehabilitator of the Rodent Upper Extremity: A System and Method for Assessing and Training Forelimb Force Production after Neurological Injury.</a> J Neurotrauma. 33 (5), 460-467 (2016).</li>
<li>Hays, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+bradykinesia+assessment+task%3A+an+automated+method+to+measure+forelimb+speed+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">The bradykinesia assessment task: an automated method to measure forelimb speed in rodents.</a> J Neurosci Meth. 214 (1), 52-61 (2013).</li>
<li>Meyers, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+supination+assessment+task%3A+an+automated+method+for+quantifying+forelimb+rotational+function+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">The supination assessment task: an automated method for quantifying forelimb rotational function in rats.</a> J Neurosci Meth. 266, 11-20 (2016).</li>
<li>Lambercy, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-processes+of+motor+learning+revealed+by+a+robotic+manipulandum+for+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Sub-processes of motor learning revealed by a robotic manipulandum for rodents.</a> Behav Brain Res. 278, 569-576 (2015).</li>
<li>Vigaru, B. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+robotic+platform+to+assess%2C+guide+and+perturb+rat+forelimb+movements%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Neural+Syst.+Rehabil.+Eng%22%5BJournal%5D)">A robotic platform to assess, guide and perturb rat forelimb movements.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 21 (5), 796-805 (2013).</li>
<li>Klein, A., Sacrey, L. -A. R., Whishaw, I. Q., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+rodent+skilled+reaching+as+a+translational+model+for+investigating+brain+damage+and+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Biobehav+Rev%22%5BJournal%5D)">The use of rodent skilled reaching as a translational model for investigating brain damage and disease.</a> Neurosci Biobehav Rev. 36 (3), 1030-1042 (2012).</li>
<li>Gharbawie, O. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+stages+of+learning+and+recovery+of+skilled+reaching+after+motor+cortex+stroke%3A+%26%2334%3BOppositions%26%2334%3B+organize+normal+and+compensatory+movements%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Parallel stages of learning and recovery of skilled reaching after motor cortex stroke: &#34;Oppositions&#34; organize normal and compensatory movements.</a> Behav Brain Res. 175 (2), 249-262 (2006).</li>
<li>Palmér, T., Tamtè, M., Halje, P., Enqvist, O., Petersson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+system+for+automated+tracking+of+motor+components+in+neurophysiological+research%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">A system for automated tracking of motor components in neurophysiological research.</a> J Neurosci Meth. 205 (2), 334-344 (2012).</li>
<li>Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+behavioral+method+for+identifying+recovery+and+compensation%3A+Hand+use+in+a+preclinical+stroke+model+using+the+single+pellet+reaching+task%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Biobehav+Rev%22%5BJournal%5D)">A behavioral method for identifying recovery and compensation: Hand use in a preclinical stroke model using the single pellet reaching task.</a> Neurosci Biobehav Rev. 37 (5), 950-967 (2013).</li>
<li>Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compensation+aids+skilled+reaching+in+aging+and+in+recovery+from+forelimb+motor+cortex+stroke+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci%22%5BJournal%5D)">Compensation aids skilled reaching in aging and in recovery from forelimb motor cortex stroke in the rat.</a> Neurosci. 167 (1), 21-30 (2010).</li>
<li>Molina-Luna, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dopamine+in+motor+cortex+is+necessary+for+skill+learning+and+synaptic+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">Dopamine in motor cortex is necessary for skill learning and synaptic plasticity.</a> PloS one. 4 (9), (2009).</li>
<li>VandenBerg, P. M., Hogg, T. M., Kleim, J. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-Evans+rats+have+a+larger+cortical+topographic+representation+of+movement+than+Fischer-344+rats%3A+A+microstimulation+study+of+motor+cortex+in+na%C4%B1%CC%88ve+and+skilled+reaching-trained+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res+Bull%22%5BJournal%5D)">Long-Evans rats have a larger cortical topographic representation of movement than Fischer-344 rats: A microstimulation study of motor cortex in naı̈ve and skilled reaching-trained rats.</a> Brain Res Bull. 59 (3), 197-203 (2002).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Gorny, B., Foroud, A., Kleim, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-Evans+and+Sprague-Dawley+rats+have+similar+skilled+reaching+success+and+limb+representations+in+motor+cortex+but+different+movements%3A+some+cautionary+insights+into+the+selection+of+rat+strains+for+neurobiological+motor+research%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Long-Evans and Sprague-Dawley rats have similar skilled reaching success and limb representations in motor cortex but different movements: some cautionary insights into the selection of rat strains for neurobiological motor research.</a> Behav Brain Res. 145 (1-2), 221-232 (2003).</li>
<li>Harms, K. J., Rioult-Pedotti, M. S., Carter, D. R., Dunaevsky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transient+Spine+Expansion+and+Learning-Induced+Plasticity+in+Layer+1+Primary+Motor+Cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Transient Spine Expansion and Learning-Induced Plasticity in Layer 1 Primary Motor Cortex.</a> J Neurosci. 28 (22), 5686-5690 (2008).</li>
<li>Metz, G. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skilled+reaching+an+action+pattern%3A+stability+in+rat+%28Rattus+norvegicus%29+grasping+movements+as+a+function+of+changing+food+pellet+size%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Skilled reaching an action pattern: stability in rat (Rattus norvegicus) grasping movements as a function of changing food pellet size.</a> Behav Brain Res. 116 (2), 111-122 (2000).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren

Qualifizierte Erreichen Aufgaben werden üblicherweise 6 zu studieren Motorik Erwerb sowie Beeinträchtigung der motorischen Funktion unter pathologischen Bedingungen. Zuverlässige und eindeutige Analyse Verhalten zu erreichen ist von wesentlicher Bedeutung für die Untersuchung von zellulären Mechanismen Motorik Erwerb zugrunde liegen, sowie neurophysiologischen Verlust und die anschließende Wiederherstellung der Funktion beteiligten Prozesse in Tiermodellen für neurologische Erkrankungen. Die hier...

Motor Aufgaben sind weit verbreitet zu beurteilen, Verhaltens- und neuronale Veränderungen in Bezug auf das motorische Lernen oder Änderungen der motorischen Funktion bei neurologischen oder pharmakologischen Tiermodellen. Feinmotorik kann schwierig sein, bei Nagetieren zu quantifizieren, aber. Aufgaben , die manuelle Geschicklichkeit, wie Manipulation von Getreide 1, Pasta 2 oder Sonnenblumenkerne 3 sind empfindlich und nicht eine umfassende Ausbildung des Tieres erforderlich. Ihr Hauptnachteil ist, dass diese Aufgaben ergeben meist qualitative Ergebnisse und kann schwierig sein, eindeutig zu punkten. Qualifizierte Erreichen Aufgaben, wie Variationen der einzelnen Pellet Aufgabe zu erreichen sind einfacher 4 zu quantifizieren, 5. Jedoch kinematischen Faktoren, die die erfolgreiche Ausführung dieser Aufgaben zugrunde liegen, können nur in begrenztem Umfang und erfordern arbeitsintensive Vollbild-für-Vollbild-Video a abgeleitet werdennalyse. Roboter-Geräte haben an Popularität gewonnen als Mittel der Aspekte der forelimb Funktion und Motorik zu quantifizieren. Mehrere automatisierte Erreichen Aufgaben zur Verfügung stehen. Die meisten konzentrieren sich auf einen einzigen Aspekt eines forelimb Bewegung, wie zum Beispiel entlang einer Linearführung 6, 7, einfache distalen Bewegungen der Gliedmaßen 8 oder Pronation und Supination der Pfote 9 eines Griff ziehen. Während diese Geräte in Versprechen für die Analyse der motorischen Funktion zeigen, spiegeln sie nur die komplexen motorischen Aktionen während der Einzelpellet ausgeführt auf eine begrenzte Erreichen verlängern. Hier zeigen wir die Verwendung eines Drei-Grad-of-freedom Robotervorrichtung, ETH Pattus, entwickelt für die Ausbildung und die Bewertung der verschiedenen motorischen Aufgaben in Ratten 10, 11. Es zeichnet eben und Drehbewegung von Ratten forelimb Bewegungen in Reichweite, zu erfassen, undZiehen in der horizontalen Ebene Aufgaben durchgeführt. Ratten interagieren mit dem Roboter über eine 6 mm Durchmesser kugelförmigen Griff, der durch ein Fenster in der Testkäfig (Breite: 15 cm, Länge: 40 cm, Höhe: 45 cm) erreicht und bewegt werden kann in der horizontalen Ebene (Schieben und Ziehen Bewegungen) und gedreht (Pronation und Supination Bewegungen). Somit ermöglicht es die Ratte Bewegungen auszuführen, die den Hingerichteten bei der konventionellen Einzelpellet Erreichen Aufgaben nähern. Das Fenster ist 10 mm breit und 50 mm über dem Käfigboden gelegen. Der Handgriff befindet sich 55 mm über dem Boden. Eine Schiebetür blockiert den Zugriff auf den Griff zwischen Versuche erreicht und öffnet, wenn der Roboter seine Startposition erreicht hat und schließt nach einem Prozess abgeschlossen ist. Nach einer Bewegung korrekt ausgeführt, erhalten Ratten eine Futterbelohnung auf der gegenüberliegenden Seite des Testkäfigs. Der Roboter wird durch Software gesteuert und erfasst Ausgang von 3 Drehgeber bei 1000 Hz, wodurch Informationen über die Position of den Griff in der horizontalen Ebene, sowie dessen Drehwinkel (Einzelheiten siehe 11 Referenz). Die Bedingungen für eine erfolgreiche Aufgabenausführung erforderlich sind , in der Software vor jeder Trainingseinheit definiert (beispielsweise minimal erforderliche Abstand und die maximale Abweichung von der Mittellinie in einer Reichweite-and-Pull - Aufgabe ziehen). Eine anfängliche standardisierten Referenzposition des Handgriffs wird zu Beginn jeder Trainingssitzung mit einem festen Halter aufgezeichnet. Diese Referenz wird für alle Versuche in einer Sitzung verwendet wird, für jeden Versuch eine konstante Startposition des Handgriffs gewährleistet. Konstante Positionierung des Handgriffs relativ zu dem Käfigfenster wird durch Ausrichtung von Markierungen auf dem Käfig und Roboter (1) gewährleistet. Videoaufnahmen der Greifbewegungen werden aufgezeichnet eine kleine High-Speed-Kamera (120 Bilder / s, 640 x 480 Auflösung). Eine kleine Anzeige in die Ansicht der Kamera zeigt die Identifikationsnummer der Ratte, Session Training,Probenummer und Versuchsergebnis (erfolgreich oder nicht). Diese Videos werden verwendet, um aufgezeichnete Ergebnisse verifizieren und die Wirkungen des Erreichens Bewegungen abzuschätzen, die den rührenden voran, Ziehen oder Drehen des Griffes. Hier zeigen wir die Verwendung dieser Roboterplattform in Variationen einer Reichweite-and-Pull-Aufgabe. Diese Aufgabe kann innerhalb einer Frist von Zeit ausgebildet werden, die auf andere qualifizierte Erreichen Paradigmen vergleichbar ist und liefert reproduzierbare Ergebnisse. Wir beschreiben ein typisches Trainingsprotokoll, sowie einige der wichtigsten Ausgangsparameter. Darüber hinaus zeigen wir, wie kleine Änderungen in der verwendeten Trainingsprotokoll in veränderter Zeitverläufe der Verhaltensergebnisse zur Folge haben kann, dass unabhängige Teilprozesse innerhalb der Motorik Lernprozess darstellen kann.

<table><tbody><tr><td>ETH Pattus</td><td>ETH Pattus wurde vom Labor für Rehabilitationstechnik von Prof. Gassert an der ETH Zürich hergestellt.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trainingskäfig&nbsp;</td><td></td><td></td><td>Der Trainingskäfig aus Plexiglas wurde im eigenen Haus hergestellt.</td></tr><tr><td>Pellet-Dispenser</td><td>Campden Instruments</td><td>80209</td><td></td></tr><tr><td>45-mg staubfreies Präzisionsgranulat</td><td>Bio-Serv</td><td>F0021-J</td><td></td></tr><tr><td>GoPro Hero 3+ Silver Edition&nbsp;</td><td>digitec.ch</td><td>284528</td><td>Kleine Highspeed-Kamera&nbsp;</td></tr><tr><td>Kleines Display</td><td>Adafruit Industries</td><td>#50, #661</td><td>128 x 32 SPI OLED-Display, gesteuert über einen Arduino Uno Mikrocontroller und Labview Software</td></tr><tr><td>LabVIEW 2012</td><td>National Instruments</td><td>776678-3513</td><td>ETH Pattus ist kompatibel mit neueren Labview-Versionen.</td></tr><tr><td>Matlab 2014b</td><td>Das Mathworks</td><td>MLALL</td><td></td></tr></tbody></table>

untersuchung motorfaehigkeiten lernprozesse mit einem robotic manipulandum

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Qualifizierte Erreichen Aufgaben werden in den Studien der Motorik Lernen und motorische Funktion unter gesunden und pathologischen Zuständen häufig verwendet, kann aber zeitintensiv und zweideutig über einfache Erfolgsraten zu quantifizieren. Hier beschreiben wir die Trainingsprozedur für Reichweite und Pull-Aufgaben mit der ETH Pattus, einem Roboter-Plattform für die automatisierte forelimb erreichen Training, dass Aufzeichnungen ziehen und Handdrehbewegungen bei Ratten. Kinematischen Quantifizierung der durchgeführten Ziehversuche zeigt das Vorhandensein von unterschiedlichen zeitlichen Verläufe der Bewegungsparameter wie Zuggeschwindigkeit, räumliche Variabilität der Zieh Trajektorie, Abweichung von der Mittellinie, sowie Ziehen Erfolg. Wir zeigen, wie kleinere Anpassungen im Trainings Paradigma zu Veränderungen in diesen Parametern führen und enthüllt ihre Beziehung Schwierigkeiten zu Aufgabe, allgemeine Motorik oder qualifizierte Aufgabenausführung. In Kombination mit elektrophysiologischen, pharmakologischen und optogenetischen Techniken kann dieses Paradigma verwendet werdendie zugrunde liegenden Mechanismen des motorischen Lernens und der Gedächtnisbildung sowie Verlust und Wiederherstellung der Funktion (zB nach Schlaganfall) zu erkunden.

Hier zeigen wir drei Varianten einer Reichweite-und Pull-Task mit männlichen Long-Evans-Ratten (10-12 Wochen alt). Im Frei Pull (FP) Gruppe (N = 6) wurden die Ratten trainiert die Roboterhandgriff für einen Zeitraum 22 Tage ohne seitliche Einschränkungen zu ziehen. Tiere in Gerade ziehen 1 (SP1) Gruppe (N = 12) ausgebildet wurden, um den Griff zu ziehen, ohne mehr als 2 mm von der Mittellinie abweicht. Diese Tiere transitioned direkt von Lohn-touch (Schritt 2.3) gerade gezogene Training ...

Ein Paradigma ist für die Ausbildung und Analyse eines automatisierten Fach Erreichen Aufgabe in Ratten dargestellt. Die Analyse der Ziehversuche zeigt verschiedene Teilprozesse des motorischen Lernens.

Untersuchung Motorfaehigkeiten Lernprozesse mit einem Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

Das übergeordnete Ziel des Trainings von Ratten für diese Greifaufgabe mit einem robotischen Manipulandum ist es, die Prozesse zu untersuchen, die dem motorischen Lernen und der Wiederherstellung der motorischen Funktionen zugrunde liegen. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im Bereich der Verhaltensneurowissenschaften zu beantworten, insbesondere in Bezug auf die Mechanismen, die dem motorischen Lernen und der Gedächtnisbildung sowie dem Verlust und der Wiederherstellung der Funktion nach Hirnschäden oder Schlaganfällen zugrunde liegen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass das Training der Ratten und die Analyse einfach durchzuführen sind und dass sie objektiver ist als andere herkömmliche Aufgaben zum Erreichen einzelner Pellets.Darüber hinaus ermöglicht das robotische Manipulandum eine bessere Analyse der Kinematik. Lassen Sie neu erworbene Ratten zur Vorbereitung immer mindestens eine Woche lang an ihre neuen Käfige gewöhnen, bevor Sie sie trainieren. Fassen Sie die Ratten während dieser Zeit regelmäßig an und füttern Sie sie mit den Belohnungspellets, die für das Trainingsprotokoll verwendet werden.Um den Trainingsprozess zu beginnen, gewöhnen Sie die Ratten zunächst zwei bis drei Tage lang an den Testkäfig. Die erste Aufgabe besteht darin, die Ratten so zu trainieren, dass sie einfach den kugelförmigen Griff durch das Käfigfenster berühren und sich dann auf die gegenüberliegende Seite des Käfigs begeben, um eine Futterbelohnung zu holen. Passen Sie zunächst die Softwareeinstellungen so an, dass sich der Griff knapp außerhalb des Prüfkäfigfensters befindet.Setze nun die Ratte in den Trainingskäfig und halte eine Kugel in die Nähe des Griffs. Lenken Sie die Aufmerksamkeit der Ratte, indem Sie bei Bedarf auf den Käfig tippen. Fordern Sie die Ratte auf diese Weise weiter zum Griff auf, bis sie selbstständig durch das Käfigfenster greift und den Griff oder das Futterpellet berührt.Führen Sie dann die Sitzung aus, bis 100 Berührungen abgeschlossen sind oder bis 60 Minuten abgelaufen sind, je nachdem, was zuerst eintritt. Trainieren Sie die Ratte täglich, bis sie an zwei aufeinanderfolgenden Tagen innerhalb von 30 Minuten 100 Berührungen absolviert. Dies geschieht in der Regel in den ersten beiden Sitzungen.Sobald Sie diese Fertigkeit erworben haben, fahren Sie direkt mit dem nächsten Trainingsparadigma fort. Ratten können in dieser Aufgabe viel schneller abschneiden als die definierten Kriterien, aber es ist wichtig, sie nicht zu übertrainieren, da dies zu einer Überkonsolidierung des Verhaltens führen und die Gestaltung des Verhaltens zum endgültigen Ziel ersticken kann. Die nächste Herausforderung für die Ratten besteht darin, den Zwischenschritt des Ausstreckens und Ziehens des Griffs zu lernen.Wie beim Belohnungstraining ist es wichtig, nicht zu übertrainieren, da das Endziel darin besteht, in die nächste Trainingsphase überzugehen. Passen Sie zunächst die Softwareeinstellung so an, dass der Roboter den Griff zu Beginn jedes Versuchs 18 Millimeter vom Fenster entfernt positioniert. Der Griff muss für einen erfolgreichen Versuch ohne Unterbrechung mindestens 10 Millimeter gezogen werden.Es gibt keine seitlichen Einschränkungen der Zugbewegung. Führen Sie dann die Sitzungen wie zuvor durch, mit 100 Versuchen oder 60 Minuten, die ihr Ende markieren. Wenn eine Ratte nicht weit genug greift, um die Aufgabe auszuführen, dann forme das richtige Verhalten, indem du eine Kugel mit einer Pinzette in die Nähe des Griffs hältst.Wenn eine Ratte das Interesse daran zu verlieren scheint, am Griff zu ziehen, dann klopfen Sie auf den Käfig oder geben Sie ein Pellet ab. Bestimmen Sie die Pfotenpräferenz der Ratte aus ihren ersten 20 Versuchen, am Griff zu ziehen. Wählen Sie einfach die Pfote, die häufiger als dominante Pfote verwendet wird.Die meisten Ratten zeigen eine starke Präferenz und benutzten in mindestens 80% der Versuche eine Pfote. Sobald Sie eine dominante Pfote bemerken, passen Sie die Position des Griffs seitlich an, um diese Pfote zu begünstigen. Richten Sie den Griff an der Fensterkante aus und halten Sie ihn in dieser Position für alle zukünftigen Sitzungen mit dieser Ratte.Trainieren Sie die Aufgabe so lange, bis die Ratte ein Leistungsplateau erreicht oder die Aufgabe an zwei aufeinanderfolgenden Tagen innerhalb von 30 Minuten 100 Mal ausführt. In der Regel sind nur zwei Sitzungen erforderlich, bevor Sie mit dem geraden Ziehen fortfahren können. Die letzte Phase des Trainings besteht darin, den Ratten beizubringen, den Griff gerade zu ziehen, um eine Belohnung zu erhalten.Ändern Sie die Parameter in der Software so, dass eine Zugbewegung, die um mehr als zwei Millimeter von der Mittellinie abweicht, als Fehlschlag gewertet wird. Wie üblich sollte jede Sitzung so lange durchgeführt werden, bis entweder 100 Versuche abgeschlossen sind oder 60 Minuten vergangen sind. Trainieren Sie die Ratten weiter für diese Aufgabe, bis ihr Fähigkeitsniveau ein Plateau erreicht oder bis die Ratten ein definiertes Kriterium überschreiten.Mit 10 bis 12 Wochen alten männlichen Long-Evans-Ratten wurden drei verschiedene Trainingstechniken über 22 Trainingstage verglichen. Jede Gruppe erhielt ein Belohnungstraining für Berührungen. Dann änderten sich die Parameter.In einer Gruppe, FP, wurden Ratten darauf trainiert, den Griff des Roboters ohne seitliche Einschränkungen zu ziehen. In der nächsten Gruppe, SP1, wurden die Ratten darauf trainiert, den Griff zu ziehen, ohne mehr als zwei Millimeter von der Mittellinie abzuweichen, erhielten aber keine Freizugtrainingseinheiten. In der letzten Gruppe, SP2, erhielten die Ratten genau zwei Free-Pull-Trainingseinheiten und gingen dann zum Straight-Pull-Training über.Wichtig für SP2 war, dass der Griff in der Nähe einer Fensterkante ausgerichtet blieb, was zu einer schwierigeren Aufgabe führte. Dieser Zustand kann versehentlich auftreten, wenn der Roboter vom Bediener nicht konsequent auf den Käfig ausgerichtet wird. Möglicherweise aufgrund dieser zusätzlichen Herausforderung stagnierte die Erfolgsquote bei SP1-Ratten früher als bei SP2-Ratten.Im Laufe der Sitzungen verbesserte sich die Griffbewegung von der ersten bis zur letzten Sitzung. Die gezeigten Daten beziehen sich auf eine repräsentative Ratte aus der SP2-Gruppe. In ähnlicher Weise wurde die Geschwindigkeit des Ziehens von der ersten bis zur letzten Sitzung regelmäßiger, was darauf hindeutet, dass eine stabilere Bewegung erlernt wurde.Diese Daten stammen ebenfalls von einer repräsentativen SP2-Ratte. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine automatisierte Aufgabe zum Erreichen von Fähigkeiten ausführen und welche Faktoren sich auf Ihre Ergebnisse auswirken können. Wie wir gezeigt haben, wirkt sich eine geringfügige Änderung im Trainingsmuster auf die Leistung der Tiere aus.Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es daher wichtig, alle Bedingungen für jedes Tier konsistent zu halten, wie z. B. die Position des Griffs.

investigating-motor-skill-learning-processes-with-robotic

Research

Forschung

JoVE Journal

Behavior

Verhalten

Persistent Praxis verbessert die Präzision der Bewegungen koordiniert. Hier stellen wir ein Single-Pellet Erreichen Aufgabe, die bestimmt ist, die Lernen und Gedächtnis von Mäusen forelimb Mann beurteilen.

Studie Motorik Lernen durch Einzel-Pellet Erreichen Aufgaben in Mäuse

Es ist unklar, wie die Top-Down-Signale von der ventralen visuellen Strom Bewegung beeinflussen. Wir entwickelten ein Paradigma zu motorischen Verhaltens auf ein Ziel auf einem 3D-Tiefeninversion Illusion zu testen. Signifikante Unterschiede sind in beiden bewusste, zielgerichteten Bewegungen und automatische Aktionen illusorisch und veridical Betrachtungsbedingungen berichtet.

Methoden, um den Einfluss von Top-down-Prozesse auf Visuelle Motor Verhalten erkunden

Es wird ein Paradigma vorgestellt, um den Erwerb einer hochpräzisen geschickten Aufgabe zum Erreichen der Vordergliedmaßen bei Ratten zu analysieren.

Erwerb eines Hochpräzise Skilled Vorderbein Erreichen Aufgabe in Ratten

Wir beschreiben eine Roman virtual Reality basierte Setup die willentliche Kontrolle einerseits zur Leistungssteigerung der Motor-Skill (ungeübte) andererseits nutzt. Dies wird erreicht durch die Bereitstellung von Echtzeit-Bewegung-basierte sensorischen Feedback als ob die ungeübte Hand bewegt. Dieser neue Ansatz kann zur Rehabilitation von Patienten mit einseitigen Hemiparese zu verbessern.

Verwendung von Virtual Reality motorischen Wissenstransfer aus einer Hand zur anderen

Wir stellen die Fuß-stepping serielle Reaktionszeit (SRT) Aufgabe. Diese modifizierte SRT Aufgabe, ergänzend zu die klassischen SRT Aufgabe, die nur Finger drücken Bewegung, bessere beinhaltet nähert sich sequenzierte Tagesaktivitäten und erlaubt es den Forschern, die dynamischen Prozesse zugrunde liegende diskrete Bekämpfungsmaßnahmen zu studieren und entwirren Sie die expliziten Prozess im impliziten Reihenfolge lernen.

Der "Motor" in der Kfz-implizite Reihenfolge lernen: ein Fuß-stepping serielle Reaktionszeit Aufgabe

Dieses Papier stellt die Konzeption und Umsetzung eines maßgeschneiderten robotic Manipulator für extra körperliche Ultraschalluntersuchung. Das System besitzt fünf Freiheitsgrade mit leichten Gelenke von 3D-Druck und einer mechanischen Kupplung für Sicherheitsmanagement gemacht.

Konzeption und Umsetzung eines maßgeschneiderten Robotic Manipulator für extra körperliche Ultraschall

Mit Hilfe eines robotischen isokinetischen Geräts mit Elektromyographie-Messungen (EMG) veranschaulicht dieses Protokoll, dass die isokinetische Bewegung selbst die Interrater-Zuverlässigkeit für den Fangwinkel bei Schlaganfallpatienten mit leichter Ellbogenflexorspastik verbessern kann.

Isokinetic Robotic Device zur Verbesserung der Test-Retest und Inter-Rater Zuverlässigkeit für Stretch Reflex Messungen bei Schlaganfall-Patienten mit Spastik

Diese Studie berichtet über die Entwicklung eines neuartigen robotergestützten aufgabenorientierten Programms zur Handrehabilitation. Der Entwicklungsprozess besteht aus Experimenten mit gesunden Probanden und Probanden, die einen Schlaganfall hatten und an einer nachfolgenden Motorkontrollfunktionsstörung litten.

Entwicklung eines neuartigen aufgabenorientierten Rehabilitationsprogramms mit einer bimanualen Exoskelett-Roboterhand

Das vorliegende Protokoll beschreibt, wie drahtlose Optogenetik in Kombination mit Hochgeschwindigkeits-Videografie in einer einzigen Pellet-Reach-to-Grasp-Aufgabe verwendet werden kann, um die neuronalen Schaltkreise zu charakterisieren, die an der Leistung eines qualifizierten motorischen Verhaltens in sich frei bewegenden Mäusen beteiligt sind.

Im lebenden Organismus Drahtlose optogenetische Steuerung des motorischen Verhaltens

Die vorliegende Studie beschreibt einen feinmotorischen Verhaltenstest zur Untersuchung motorischer Defizite in Nagetiermodellen, einschließlich der Ratte TgF344-AD, mittels maschinellem Lernen.

Eine feinmotorische Aufgabe zur Untersuchung der Gelenkkinematik in einem präklinischen Modell neurodegenerativer Erkrankungen

Erfahren Sie, wie Sie Ratten mit einem robotischen Manipulandum trainieren, um motorisches Lernen und Funktionserholung nach Hirnschäden zu untersuchen. Diese objektive Methode ermöglicht präzise kinematische Analysen.

Untersuchung Motorfaehigkeiten Lernprozesse mit einem Robotic Manipulandum

Weitere Videos entdecken