Name: חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 52 s
Description: חקור תהליכי למידת מיומנויות מוטוריות והתאוששות פונקציונלית בעכברושים באמצעות מניפולנדום רובוטי. שיטה זו מאפשרת ניתוח קינמטי אובייקטיבי של משימות השגה מורכבות ותורמת להבנת מנגנוני השיקום לאחר פגיעה מוחית.

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

מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדע השוויצרי, בטי ודוד Koetser קרן לחקר המוח וקרן ETH.

הניסויים שהוצגו כאן אושרו על ידי משרד הווטרינרית של קנטון ציריך, שוויץ בוצעו בהתאם לתקנות לאומיות ומוסדיות. 1. תנאי האכלה הערה: כל האימונים מתבצעים תחת פרוטוקול האכלה מתוזמנת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להאכיל את החולדות 50 גרם / ק&quot;ג של צ&#39;או תקן פעם ביום, לאחר השלמת אימונים. סכום זה של מזון הוא מספיק כדי למנוע ירידה במשקל גדולה (משקל גוף הוא&gt; 90% מהמשקל ללא האכלה), אך קטן מספיק כדי להבטיח מיזוג התנהגותיים לשחזור. לשקול החולדות יומיות על מנת להבטיח ממשקל גופם נשאר יציב. הערה: לילה נוסף (10-12 שעות) מניעת מזון עשויה להיות שימושית לפני פגישת גמול בנגיעה הראשונה (שלב 2.3). </li></ol> 2. נוהל הדרכה עבור משימת Reach-ו-משיכה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופן הכנה: אפשר החולדות להרגיל כלובים לביתם החדשים במשך לאהרח שבוע לאחר הגעתו למתקן בעלי החיים. טפלו חולדות באופן קבוע באותה תקופה ולתת כדורי דיוק dustless בכלוב בבית להרגיל את החולדות את המזון החדש. כדורים אלה ישמשו כגמול ברחבי פרוטוקול אימון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרגלה: מניחה את החולדות בכלוב הבדיקות 30-45 דקות ולספק 30-50 כדורים בקערת ההאכלה, מעורבב עם אוכל אבקה. לפתוח ולסגור את חלון הכלוב ולהפעיל את מנפק גלולה מדי פעם כדי להרגיל את החולדות הצליל שלהם. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על פעולה זו במשך 2-3 ימים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Reward בנגיעה: לאלף את החולדות לגעת בידית הכדורית מבעד לחלון הכלוב אז לעבור לצד השני של הכלוב כדי לאחזר פרסי מזון. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את גדרות תוכנה כך הידית ממוקמת ממש מחוץ לחלון כלוב הבדיקות בתחילת כל ניסוי וליישר את הידית עם במרכז החלון בכלוב. כאשר ניסויים מוצלחים, כלומר &lt;/ Em&gt;, בהקדם במגע קל על הידית (עקירת 0.25 מ&quot;מ בכל כיוון) התגלה, יישמע צליל גמול הוא חלק. לסווג ניסויים כמו נכשל כשאף מגע שזוהה עבור 180 s לאחר החלון נפתח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכניסים את החולדה בכלוב אימון. הצג בפני החולדה להושיט ידי לתת לה לתפוס בכל גלולה שנערך ליד הידית. מפנה את תשומת לבו של חולדת קערת הידית ומזון ידי קשה על הכלוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור מה שגרם כאשר החולדה מגיעה באופן עצמאי דרך חלון כלוב מאחזר גלול מזון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך עד 100 ניסויים (נגיעות) הושלמו או עד 60 דקות חלפו, המוקדם מבין השניים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך ההכשרה במשך 3-4 ימים ולהתחיל לשלב הבא של אימון (שלב 2.4) כאשר חולדות להשיג 100 ניסויים בתוך 30 דקות על 2 ימים רצופים. הערה: אל יתר להכשיר את הצעד הזה. המטרה בנגיעת גמול היא להשיג אינטראקציה אמינה בין חולדת הרובוט, כך שהתנהגות זו יכולה להיות מעוצבת בהכשרה שלאחר מכן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משיכה חינם (FP): לאלף את החולדות להושיט יד ולמשוך את הידית של הרובוט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הגדרות התוכנה כך הידית ממוקם 18 מ&quot;מ מהחלון בתחילת כל ניסוי, וחייב להיות משך במשך 10 מ&quot;מ לפחות ללא הפרעה למשפט מוצלח. אין הגבלות לרוחב על התנועה המשייכת בשלב זה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסווג משפט כמו נכשל כאשר הידית לא זזו ממקומם 180 אחרי החלון נפתח, כאשר הידית מועבר מחוץ לסביבת העבודה ניתן להשגה (יותר מ -12 מ&quot;מ קו האמצע), או כאשר החולדה משכה פחות מ -10 מ&quot;מ בתוך 5 ים לאחר המגע הראשון זוהה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרשום את מספר הפעמים כפה על ימין ועל השמאל משמשים במהלך 20 הניסויים הראשונים של פגישת FP הראשונה. הכף המשמש לפחות 80% של הניסויים נחשבת כפה המועדפת. הערה: העדפת Paw עשויה להיות כבר ברורה בשכרהפעלות -touch. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את הידית רוחבית עד שהוא מיושר עם קצה החלון כדי להקל משייכת עם הכפה המועדפת (כלומר להעביר את מ&quot;מ רובוט 5 אל הצד השמאלי של החלון לחולדות ימניות ולהיפך). הערה: הנח את הידית באותו המיקום היחסי הזה בדיוק לכלוב לכל האימונים הבאים עכברוש זה. הבטח מיקום מדויק על ידי סימנים על קיר הכלוב על הרובוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכניסים את החולדה בכלוב הכשרה הרכבת עד 100 ניסויים הושלמו או עד 60 דקות חלפו, המוקדם מבין השניים. הערה: אם החולדה לא להושיט יד רחוקה מספיק, להנחות אותו לתת לה לתפוס בכל גלולה שנערכה ליד הידית. חולדות יכולות להפסיק לנסות למשוך אחרי ניסיונות כושלים חוזרים ונשנים. קש על הכלוב, לתת להם לתפוס כדורים שנערכו עם זוג מלקחיים או לוותר גלולה לשחזר את המוטיבציה שלהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בניסויים מעורבים אימונים FP בלבד, להמשיך באימונים כמתואר 2.4. לאTE: בדרך כלל, 1-2 מפגשי FP נדרשים כדי לעזור מעבר מגע גמול SP ההדרכה (ישר Pull). מטרת המפגשים FP אלה הוא להרגיל חולדות להושיט יד, לתפוס ולמשוך את הידית, ולא לגעת רק זה. כמו אימון גמול-מגע, חשוב לא מעל הרכבת אם המטרה היא לעבור צעד בהדרכה הבא. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ישר משיכה (SP): לאלף את החולדות למשוך בידית בלי לחרוג יותר מ -2 מ&quot;מ מן קו האמצע. הערה: קו האמצע מוגדר ביחס למיקום ההתחלה של הרובוט, לא אל נקודת האמצע של החלון בכלוב. לפיכך, ניסיון משייך וכלה בנקודת האמצע של החלון בכלוב יגרום למסלול משייך שחורג יותר מ -2 מ&quot;מ מן קו אמצע. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הגדרות התוכנה כך שרק ניסויים שבהם התנועה משיכת אינה חורגת יותר מ -2 מ&quot;מ מן קו האמצע צידיו מתוגמלים על ידי הטון גלולה. שמור את כל הפרמטרים האחרים כפי שמתואר בשלב 2.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכניסים את החולדה בכלוב הכשרה הרכבת עד 100 ניסויים הושלמו או עד 60 דקות חלפו, המוקדם מבין השניים. הערה: חולדות עשויות להיות מאוד נסערות ולהפסיק לנסות למשוך אחרי ניסיונות כושלים חוזרים ונשנים. קש על הכלוב כדי להפנות את תשומת לבם את המשימה להגיע, לתת להם לתפוס כדורים שנערכו עם זוג מלקחיים או לוותר גלולה לשחזר את המוטיבציה שלהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך אימונים עד החולדות להגיע לביצועים רמים, או להתאים את תקופת ההכשרה בהתאם למטרה של ניסוי. </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>

החוקרים אין לחשוף

להגיע משימות מיומנות משמשות כדי ללמוד רכישת מיומנות מוטורית וכן ירידת ערך של תפקוד מוטורי מתחת לגיל 6 במצבים פתולוגיים. ניתוח אמין וחד משמעי להגיע התנהגות חיוני לחקר מנגנונים תאיים בבסיס רכישת מיומנות מוטורית, כמו גם תהליכים נוירופיזיולוגיים מעורבים אובדן וההתאוששות הבאה של פונקציה במודלים של בעלי חיים של מחלות נוירולוגיות. התוצאות המוצגות כאן מראות כיצד היבטים במרחב ובזמן של התנועה מושכת להראות פרופילים שונים במהלך אימון מיומנות מוטורית. אלה עשויים לשקף su...

משימות מנוע נמצאים בשימוש נרחב כדי להעריך שינויים התנהגותיים עצביים הקשורים למידה מוטורית או שינויים בתפקוד המוטורי במודלים של בעלי חיים נוירולוגיות או תרופתי. תפקוד מוטורי פיין יכול להיות קשה לכמת במכרסמים, זאת. משימות הדורשות מיומנות ידנית, כגון מניפולציה של דגני בוקר 1, פסטה 2, או גרעיני חמניות 3 רגישים ואינם דורשים הכשרה מקיפה של החיה. החסרון העיקרי שלהם הוא כי משימות אלה להניב תוצאות איכותיות בעיקר ויכולות להיות קשה להבקיע באופן חד משמעי. משימות לכת מיומנות, כגון וריאציות של הגלולה האחת לכת משימה יותר פשוטות לכמת 4, 5. עם זאת, גורמי קינמטיקה העומד בבסיס ביצוע מוצלח של משימות אלה ניתן להסיק רק במידה מוגבלת ודורשים עתיר עבודת מסגרת לפי מסגרת וידאוnalysis. התקנים רובוטיים צברו פופולריות כאמצעי לכימות ההיבטים של תפקוד forelimb ו מיומנות מוטורית. מספר משימות לכת אוטומטית זמינות. המוקד הרוב על היבט אחד של תנועה forelimb, כגון משיכת ידית לאורך מדריך ליניארית 6, 7, תנועות הגפיים דיסטלי פשוט 8, או פרונציה ו סופינציה של כפה 9. בעוד מכשירים אלה מראים תוצאות מבטיחות בתחום הניתוח של תפקוד מוטורי, הם רק משקפים את הפעולות המוטוריות המורכבות שבוצעו במהלך גלולה אחת להגיע אל מוגבל להאריך. הנה, אנחנו מדגימים את השימוש במכשיר שלוש מעלות-של-חופש רובוטית, ETH Pattus, שפותח לאימון והערכה של מטלות מוטוריות שונות בחולדות 10, 11. היא מתעד מישוריים תנועה סיבובית של תנועות forelimb עכברוש ידם, לחוש,משייך משימות שבוצעו במישור האופקי. חולדות אינטראקציה עם הרובוט באמצעות ידית כדורית 6 מ&quot;מ בקוטר כי ניתן להגיע דרך חלון בכלוב בדיקות (רוחב: 15 ס&quot;מ, אורך: 40 ס&quot;מ, גובה: 45 ס&quot;מ) ועבר במישור האופקי (דוחפים ומושכים תנועות) וסובב (תנועות-סופינציה פרונציה). לפיכך, הוא מאפשר החולדה לבצע תנועות קרובות לאלה שבוצעו במהלך משימות לכת גלולות אחת קונבנציונליות. החלון הוא 10 מ&quot;מ רחב וממוקם 50 מ&quot;מ מעל רצפת הכלוב. הידית ממוקמת 55 מ&quot;מ מעל הרצפה. חוסם דלת זזה לגשת לידית בין לכת ניסויים ופותחים כאשר הרובוט מגיע מיקום ההתחלה שלו וסוגר אחרי משפט הושלם. לאחר תנועת להורג כראוי, חולדות לקבל פרס מזון בצד השני של כלוב הבדיקות. הרובוט נשלט באמצעות תוכנה ורשומה פלט 3 אנקודר ב 1000 הרץ, וכתוצאה מכך המידע לגבי המיקום of הידית במישור האופקי, כמו גם זווית הסיבוב שלה (לפרטים, ראה חומר עזר 11). התנאים הנדרשים לביצוע משימה מוצלח מוגדרים בתוכנה לפני כל אימון (מינימום למשל נדרש משייך מרחק וסטייה מקסימלית מפני קו אמצע משימת יד-ו-pull). עמדת התייחסות סטנדרטית ראשונית של הידית הוא הקליט עם בעל קבוע בתחילת כל אימון. אזכור זה משמש עבור כל הניסויים בתוך מושב, והבטיח בעמדת תחילה מתמדת של הידית עבור כל ניסוי. מיצוב הקבוע של יחסי הידית לחלון הכלוב מובטח על ידי יישור של סימנים על כלוב רובוט (איור 1). הקלטות וידאו של תנועות הלכת נרשמות באמצעות מצלמת מהירות גבוהה קטנה (120 מסגרות / s, 640 x 480 רזולוציה). תצוגה קטנה הראייה של המצלמה מראה את מספר זיהוי של העכברוש, אימון פגישה,מספר בדיקת תוצאת משפט (הצלחה או נכשלו). קטעי וידאו אלה משמשים כדי לאמת את תוצאות רשמו ועל מנת להעריך את ההשפעות של לכת תנועות קודמות הנגיעה, מושכים או סיבוב של הידית. הנה, אנחנו מדגימים את השימוש בפלטפורמה רובוטית זו בוריאציות של משימת יד-ו-משיכה. משימה זו יכולה להיות מאומנת בתוך פרק הזמן זה ניתן להשוות פרדיגמות לכת מיומנות אחרות מניב תוצאות לשחזור. אנו מתארים פרוטוקול אימון טיפוסי, כמו גם כמה פרמטרי הפלט הראשיים. יתר על כן, אנו מראים כיצד שינויים קלים בפרוטוקול הכשרה בשימוש יכול לגרום קורסים הזמן שינו תוצאות התנהגותיות שעשויים לייצג subprocesses עצמאית בתוך תהליך הלמידה מיומנות מוטורית.

<table><tbody><tr><td>ETH Pattus</td><td></td><td></td><td>ETH Pattus נוצר על ידי המעבדה להנדסת שיקום של פרופ' גאסרט ב-ETH ציריך.</td></tr><tr><td>כלוב אימונים&nbsp;</td><td></td><td></td><td>כלוב האימונים של פרספקס יוצר בבית.</td></tr><tr><td>מתקן גלולה</td><td>Campden Instruments</td><td>80209</td><td></td></tr><tr><td>45 מ"ג כדורי דיוק ללא אבק</td><td>Bio-Serv</td><td>F0021-J</td><td></td></tr><tr><td>GoPro Hero 3+ מהדורת כסף&nbsp;</td><td>digitec.ch</td><td>284528</td><td>מצלמה קטנה במהירות גבוהה&nbsp;</td></tr><tr><td>תצוגה קטנה</td><td>Adafruit Industries</td><td>#50, #661</td><td>128 x 32 SPI תצוגת OLED הנשלטת באמצעות מיקרו-בקר Arduino Uno ותוכנת Labview</td></tr><tr><td>LabVIEW 2012</td><td>National Instruments</td><td>776678-3513</td><td>ETH Pattus תואם לגרסאות Labview עדכניות יותר.&nbsp;</td></tr><tr><td>Matlab 2014b</td><td>The Mathworks</td><td>MLALL</td><td></td></tr></tbody></table>

חקירת motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית manipulandum

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

משימות לכת מיומנות נפוצות במחקרי של למידה מיומנות מוטורי ותפקוד מוטורי בתנאים בריאים ופתולוגיים, אבל יכולות להיות זמן עתיר ומעורפל לכמת מעבר שיעורי הצלחה פשוט. כאן, אנו מתארים את הליך ההכשרה למשימות יד-ו-משיכה עם ETH Pattus, פלטפורמה רובוטית עבור forelimb האוטומטית לכת אימון שרשומות מושכות תנועות סיבוב יד בחולדות. כימות קינמטית של ניסיונות המשייכים בצעו כדי לגלות את נוכחותם של פרופילים זמניים ברורים של פרמטרי תנועה כגון משייכת מהירות, השתנות מרחבית של המסלול מושך, סטיית קו האמצע, כמו גם משייך הצלחה. אנו מראים כיצד שינויים קלים בתוך הפרדיגמה ההכשרה לגרום שינויים בפרמטרים אלה, ובכך והקשר שלהם קושי מטלה, תפקוד מוטורי בכלל או ביצוע משימה מיומן. בשילוב עם טכניקות אלקטרו, תרופתי optogenetic, פרדיגמה זו יכולה לשמשכדי לחקור את המנגנונים למידה מוטורית היווצרות הזיכרון, כמו גם אובדן התאוששות של תפקוד (למשל לאחר שבץ).

כאן, אנו מציגים 3 וריאציות של משימת יד-ו משיכה באמצעות חולדות לונג-אוונס זכר (10-12 שבועות). בשנות ה pull-חינם (FP) קבוצה (N = 6), חולדות אומנו למשוך בידית של הרובוט לתקופה 22 יום ללא הגבלות לרוחב. בעלי חיים תחת הישר למשוך 1 (SP1) קבוצה (N = 12) הוכשרו למשוך בידית בלי לחרוג יותר מ -2 מ"מ מן קו האמצע. חיות אלה שהועברו ישירות בנגיעה גמול (שלב 2.3) לאימון ישר-משיכה (שלב 2.5). הן אצל בעלי החיים FP ו SP1, הידית הוצבה במרכז החלון בכלוב. תוצאות אלו פורסמו...

פרדיגמה מוצג לאימונים וניתוח של משימת לכת מיומנת אוטומטית בחולדות. ניתוח של ניסיונות משייכים מגלה subprocesses הברור של למידה מוטורית.

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

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

המטרה הכוללת של אימון חולדות במשימה מגיעה זו הכוללת מניפולנדום רובוטי היא לחקור את התהליכים העומדים בבסיס למידת מיומנויות מוטוריות והתאוששות תפקוד מוטורי. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום מדעי המוח ההתנהגותיים, במיוחד הקשורים למנגנונים העומדים בבסיס למידה מוטורית ויצירת זיכרון, כמו גם אובדן והתאוששות של תפקוד לאחר נזק מוחי או שבץ מוחי. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהאימון של החולדות והניתוח הזה קל לביצוע ושהוא אובייקטיבי יותר ממשימה קונבנציונלית אחרת של הגעה לכדור בודד.יתר על כן, המניפולנדום הרובוטי מאפשר ניתוח טוב יותר של קינמטיקה. כהכנה, אפשרו תמיד לחולדות שזה עתה נרכשו להתרגל לכלובי הבית החדשים שלהן לפחות שבוע לפני אילוףן. במהלך תקופה זו, טפלו בחולדות באופן קבוע והאכילו אותן בכדורי התגמול המשמשים לפרוטוקול האימון.כדי להתחיל בתהליך האילוף, הקדישו תחילה יומיים או שלושה להרגיל את החולדות לכלוב הבדיקה. המשימה הראשונה היא לאמן את החולדות פשוט לגעת בידית הכדורית דרך חלון הכלוב ואז לעבור לצד הנגדי של הכלוב ולקבל פרס מזון. ראשית, התאם את הגדרות התוכנה כך שהידית ממוקמת ממש מחוץ לחלון כלוב הבדיקה.כעת, הכניסו את החולדה לכלוב האימונים והחזיקו כדור ליד הידית. כוון את תשומת הלב של החולדה על ידי הקשה על הכלוב לפי הצורך. המשך להנחות את החולדה לידית בדרך זו עד שהיא מגיעה באופן עצמאי דרך חלון הכלוב ונוגעת בידית או בכדור המזון.לאחר מכן, הפעל את המפגש עד להשלמת 100 נגיעות או עד שיחלפו 60 דקות, המוקדם מביניהם. המשיכו לאמן את החולדה מדי יום עד שהיא תשלים 100 נגיעות תוך 30 דקות ביומיים רצופים. זה קורה בדרך כלל בשני המפגשים הראשונים.לאחר השגת מיומנות זו, המשך ישירות עם פרדיגמת האימון הבאה. חולדות יכולות לבצע משימה זו הרבה יותר מהר מהקריטריונים שהוגדרו, אך חשוב לא לאמן אותן יתר על המידה מכיוון שהדבר עלול לגרום לגיבוש יתר של ההתנהגות ולחנוק את עיצוב ההתנהגות למטרה הסופית. האתגר הבא הוא שהחולדות ילמדו את שלב הביניים של הושטת יד ומשיכת הידית.כמו באימוני מגע תגמול, חשוב לא להתאמן יתר על המידה מכיוון שהמטרה הסופית היא לעבור לשלב הבא של האימון. ראשית, התאם את הגדרת התוכנה כך שהרובוט ימקם את הידית במרחק של 18 מילימטרים מהחלון בתחילת כל ניסוי. יש למשוך את הידית לפחות 10 מילימטרים ללא הפרעה לניסוי מוצלח.אין הגבלות רוחביות על תנועת המשיכה. לאחר מכן בצע את המפגשים כמו קודם עם 100 ניסיונות או 60 דקות המסמנים את סופם. אם חולדה לא מגיעה מספיק רחוק כדי לבצע את המשימה, עצב את ההתנהגות הנכונה על ידי החזקת כדור עם מלקחיים ליד הידית.אם נראה שחולדה מאבדת עניין במשיכת הידית, הקש על הכלוב או חלק כדור. קבע את העדפת כף החולדה מ-20 הניסיונות הראשונים שלה למשוך את הידית. כל שעליך לעשות הוא לבחור את הכפה המשמשת לעתים קרובות יותר ככפה הדומיננטית.רוב החולדות יראו העדפה חזקה והשתמשו בכפה אחת לפחות ב-80% מהניסויים. לאחר שצוינה כפה דומיננטית, התאם את מיקום הידית לרוחב לטובת כפה זו. יישר את הידית לקצה החלון ושמור אותה במצב זה לכל המפגשים העתידיים עם חולדה זו.המשיכו לאמן את המשימה עד שהחולדה תגיע לביצועי מישור או תבצע את המשימה 100 פעמים תוך 30 דקות ביומיים רצופים. בדרך כלל יש צורך בשני מפגשים בלבד לפני שממשיכים למשיכה ישרה. השלב האחרון של האימון הוא ללמד את החולדות למשוך את הידית ישר כדי לקבל פרס.שנה את הפרמטרים בתוכנה כך שתנועת משיכה החורגת ביותר משני מילימטרים מקו האמצע נחשבת לכישלון. כרגיל, יש להפעיל כל מפגש עד להשלמת 100 ניסיונות או חלוף 60 דקות. המשיכו לאמן את החולדות במשימה זו עד שרמת המיומנות שלהן תגיע לרמה או עד שהחולדות יחרגו מקריטריון מוגדר.באמצעות חולדות לונג-אוונס זכרות בנות 10 עד 12 שבועות, הושוו שלוש טכניקות אימון שונות במשך 22 ימי אימון. כל קבוצה קיבלה אימון מגע תגמול. ואז הפרמטרים השתנו.בקבוצה אחת, FP, חולדות אומנו למשוך את ידית הרובוט ללא כל מגבלות רוחביות. בקבוצה הבאה, SP1, החולדות אומנו למשוך את הידית מבלי לסטות יותר משני מילימטרים מקו האמצע, אך לא ניתנו להן אימוני משיכה חופשיים. בקבוצה האחרונה, SP2, החולדות קיבלו בדיוק שני אימוני משיכה חופשית ואז עברו לאימון משיכה ישרה.חשוב לציין עבור SP2, הידית נשמרה מיושרת ליד קצה אחד של החלון וכתוצאה מכך משימה מאתגרת יותר. מצב זה עלול להתרחש בטעות אם הרובוט אינו מיושר באופן עקבי לכלוב על ידי המפעיל. ייתכן שבגלל האתגר הנוסף הזה, שיעור ההצלחה במשימה עבור חולדות SP1 התייצב מוקדם יותר מאשר עבור חולדות SP2.במהלך המפגשים, תנועת הידית השתפרה מהמפגש הראשון לאחרון. הנתונים המוצגים הם של חולדה מייצגת אחת מקבוצת SP2. באופן דומה, מהירות המשיכה נעשתה סדירה יותר מהפגישה הראשונה ועד האחרונה, מה שמעיד על תנועה יציבה יותר.נתונים אלה הם גם מחולדת SP2 מייצגת. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע משימת הגעה אוטומטית מיומנת ושל הגורמים שעשויים להשפיע על התוצאות שלך. כפי שהראנו, שינוי קל בדפוס האימון ישפיע על ביצועי החיה.לכן כאשר מנסים הליך זה, חשוב לשמור על עקביות בכל התנאים עבור כל בעל חיים כגון מיקום הידית.

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

Research

JoVE Journal

Behavior

התנהגות

תרגול מתמשך משפר את הדיוק של תנועות מתואמות. כאן אנחנו מציגים את משימה להגיע יחידה גלולה, שנועדה להעריך את כישורי למידה וזיכרון של forelimb בעכברים.

מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

לא ברור כיצד אותות מלמעלה למטה מהזרם החזותי הגחון משפיעים על תנועה. פיתחנו פרדיגמה לבדוק מנוע התנהגות כלפי יעד באשלית היפוך עומק 3D. הבדלים משמעותיים הם דיווחו בשני תנועות מכוונות, מכוון למטרה ופעולות אוטומטיות בתנאי צפייה מתעתעים ו ממשיים.

שיטות לחקור את ההשפעה של תהליכים חזותיים מלמעלה למטה על התנהגות מוטורית

פרדיגמה מוצגת כדי לנתח את הרכישה של משימת הגעה לגפיים קדמיות מיומנות ברמת דיוק גבוהה בחולדות.

רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

אנו מתארים מציאות מדומה הרומן מבוסס ההתקנה המנצלת שליטה רצונית של יד אחת כדי לשפר את ביצועי המנוע-מיומנות וביד השנייה (שאינו מאומן). זו מושגת על-ידי מתן משוב החישה מבוססת על תנועה בזמן אמת כאילו היד הלא מאומן זז. גישה חדשה זו עשוי לשמש כדי לשפר את שיקום של חולים עם hemiparesis חד צדדית.

באמצעות מציאות מדומה כדי להעביר יכולות מוטוריות ידע מיד אחת לאחרת

אנחנו מציגים את הרגל-הצעידה פעילות זמן התגובה טורי (SRT). זה שונה פעילות SRT, משלימים SRT קלאסי פעילות המערבת רק לחיצה באצבע על תנועה, יותר קירוב יומיומיות ברצף, מאפשר לחוקרים ללמוד על תהליכים דינאמיים שבבסיס אמצעי תגובה דיסקרטית ו disentangle התהליך מפורשת הפועלים מרומזת רצף למידה.

"מנוע" במנוע מרומזת רצף למידה: תגובת טורי צועד ברגל זמן פעילות

מאמר זה מציג את העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו לבדיקה אולטרסאונד במיוחד גשמית. המערכת כוללת חמש דרגות חופש עם מפרקים קלת משקל שבוצעו על-ידי הדפסת תלת-ממד ומצמד מכני לניהול בטיחות.

העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו סאונד אקסטרה גשמית

באמצעות מכשיר isokinetic רובוטית עם מדידות אלקטרומגרפיה (EMG), פרוטוקול זה ממחיש כי התנועה isokinetic עצמה יכולה לשפר את האמינות הבין-ממדי לזווית של לתפוס מדידות בחולי שבץ עם מרפק מתון כופף המרפק.

Isokinetic התקן רובוטי כדי לשפר את הבדיקה-Retest ואת האמינות הבין-למתוח עבור מדידות רפלקס מתיחה בחולי שבץ עם ספסטיות

מחקר זה מדווח על התפתחות של תוכנית הרומן בסיוע משימות מונחה משימה לשיקום יד. התהליך ההתפתחותי כולל ניסויים באמצעות נושאים בריאים ונושאים שעברו שבץ וסבלו מתפקוד לקוי של בקרת המנוע.

פיתוח תוכנית שיקום מוכוונת-משימות באמצעות יד רובוטית ביאנואל

הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד להשתמש באופטוגנטיקה אלחוטית בשילוב עם צילום וידאו במהירות גבוהה במשימת הושטת יד לתפיסה של כדור יחיד כדי לאפיין את המעגלים העצביים המעורבים בביצוע ההתנהגות המוטורית המיומנת בעכברים הנעים בחופשיות.

In Vivo שליטה אופטוגנטית אלחוטית בהתנהגות מוטורית מיומנת

המחקר הנוכחי מתאר מבחן התנהגות מוטורית עדינה לבחינת ליקויים מוטוריים במודלים של מכרסמים, כולל חולדת TgF344-AD, באמצעות למידת מכונה.

מטלה מוטורית עדינה לחקר קינמטיקה של מפרקים במודל פרה-קליני של מחלות נוירודגנרטיביות

חקור תהליכי למידת מיומנויות מוטוריות והתאוששות פונקציונלית בעכברושים באמצעות מניפולנדום רובוטי. שיטה זו מאפשרת ניתוח קינמטי אובייקטיבי של משימות השגה מורכבות ותורמת להבנת מנגנוני השיקום לאחר פגיעה מוחית.

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

גלה סרטונים נוספים