Name: עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 52 s
Description: למד שיטה אוטומטית להגעה מיומנת בעכברושים עם שחזור תלת-ממדי של קינמטיקת הכפה. גישה זו מייעלת איסוף נתונים ומאפשרת ניתוח מדויק של תנועות יד קטנות במחקר נוירומדעי.

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

המחברים רוצים להודות Karunesh Ganguly והמעבדה שלו לקבלת ייעוץ על המשימה להגיע מיומנים, אלכסנדר ומקנזי מאטיס על עזרתם בהתאמת DeepLabCut. עבודה זו היתה נתמכת על ידי המכון הלאומי למחלות נוירולוגיות שבץ (גרנט מספר K08-NS072183) ו אוניברסיטת מישיגן.

<ol><li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+behavioral+apparatus+to+combine+parameterized+reaching+and+grasping+movements+in+3D+space%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">An automated behavioral apparatus to combine parameterized reaching and grasping movements in 3D space.</a> Journal of Neuroscience Methods. , (2018).</li>
<li>Sacrey, L. A. R. A., Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Similar+hand+shaping+in+reaching-for-food+%28skilled+reaching%29+in+rats+and+humans+provides+evidence+of+homology+in+release%2C+collection%2C+and+manipulation+movements%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Similar hand shaping in reaching-for-food (skilled reaching) in rats and humans provides evidence of homology in release, collection, and manipulation movements.</a> Behavioural Brain Research. 204, 153-161 (2009).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Kolb, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decortication+abolishes+place+but+not+cue+learning+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Decortication abolishes place but not cue learning in rats.</a> Behavioural Brain Research. 11, 123-134 (1984).</li>
<li>Klein, A., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+Skilled+Forelimb+Movement+in+Rats%3A+The+Single+Pellet+Reaching+Test+and+Staircase+Test%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Protocols+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Analysis of Skilled Forelimb Movement in Rats: The Single Pellet Reaching Test and Staircase Test.</a> Current Protocols in Neuroscience. 58, 8.28.1-8.28.15 (2012).</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+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a proximally driven movement with a single distal rotatory component.</a> Behavioural Brain Research. 41, 49-59 (1990).</li>
<li>Zeiler, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Medial+premotor+cortex+shows+a+reduction+in+inhibitory+markers+and+mediates+recovery+in+a+mouse+model+of+focal+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Medial premotor cortex shows a reduction in inhibitory markers and mediates recovery in a mouse model of focal stroke.</a> Stroke. 44, 483-489 (2013).</li>
<li>Fenrich, K. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+single+pellet+grasping+using+automated+ad+libitum+full-time+training+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Improved single pellet grasping using automated ad libitum full-time training robot.</a> Behavioural Brain Research. 281, 137-148 (2015).</li>
<li>Azim, E., Jiang, J., Alstermark, B., Jessell, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skilled+reaching+relies+on+a+V2a+propriospinal+internal+copy+circuit%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Skilled reaching relies on a V2a propriospinal internal copy circuit.</a> Nature. , (2014).</li>
<li>Guo, J. Z. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortex+commands+the+performance+of+skilled+movement%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Cortex commands the performance of skilled movement.</a> Elife. 4, e10774(2015).</li>
<li>Nica, I., Deprez, M., Nuttin, B., Aerts, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+Assessment+of+Endpoint+and+Kinematic+Features+of+Skilled+Reaching+in+Rats%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Behavioral+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Automated Assessment of Endpoint and Kinematic Features of Skilled Reaching in Rats.</a> Frontiers in Behavioral Neuroscience. 11, 255(2017).</li>
<li>Wong, C. C., Ramanathan, D. S., Gulati, T., Won, S. J., Ganguly, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+behavioral+box+to+assess+forelimb+function+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">An automated behavioral box to assess forelimb function in rats.</a> Journal of Neuroscience Methods. 246, 30-37 (2015).</li>
<li>Torres-Espín, A., Forero, J., Schmidt, E. K. A., Fouad, K., Fenrich, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+motorized+pellet+dispenser+to+deliver+high+intensity+training+of+the+single+pellet+reaching+and+grasping+task+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">A motorized pellet dispenser to deliver high intensity training of the single pellet reaching and grasping task in rats.</a> Behavioural Brain Research. 336, 67-76 (2018).</li>
<li>Mathis, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DeepLabCut%3A+markerless+pose+estimation+of+user-defined+body+parts+with+deep+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">DeepLabCut: markerless pose estimation of user-defined body parts with deep learning.</a> Nature Neuroscience. 21, 1281-1289 (2018).</li>
<li>Ellens, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+rat+single+pellet+reaching+system+with+high-speed+video+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">An automated rat single pellet reaching system with high-speed video capture.</a> Journal of Neuroscience Methods. 271, 119-127 (2016).</li>
</ol>

. למחברים אין מה לגלות

מכרסם מיומנים להגיע הפך כלי סטנדרטי ללמוד פיזיולוגיה מערכת מוטורית פתופסולוגיה. יש לנו לתאר כיצד ליישם עכברוש אוטומטי מיומנים להגיע משימה המאפשרת: הדרכה ובדיקות עם פיקוח מינימלי, כף יד תלת-ממדי שחזור המסלול הספרה (במהלך ההגעה, אוחז, ו כפה הנסיגה), זיהוי בזמן אמת של כפה במהלך ההגעה, וסנכרון עם האלקטרוניקה החיצונית. הוא מתאים היטב כדי לתאם את הקינמטיקה עם הפיזיולוגיה או לבצע התערבויות בדיוק בזמן הגעה לתנועות.
מאז אנו דיווחו בתחילה על עיצוב זה14, יעילות ההכשרה שלנו השתפרה ...

בני האדם תלויים במיומנות מיומנות, המוגדרים כתנועות הדורשות מתואם בדיוק תנועות רב מפרקים וספרות. כישורים אלה מושפעים ממגוון הפתווגיות נפוצות מערכת העצבים כולל נגעים מבניים (g., שבץ, גידול, נגעים deמיאלואידית), מחלות ניווניות (למשל, מחלת פרקינסון), ומומים פונקציונליים של מנוע מעגלים (לדוגמה, דייסטוניה). להבין כיצד מיומנויות מיומנות לומדים ומיושמים על ידי מעגלים מוטוריים מרכזיים ולכן יש פוטנציאל לשפר את איכות החיים עבור אוכלוסיה גדולה. יתר על כן, הבנה כזו עשויה לשפר את ביצועי המנוע באנשים בריאים על ידי אופטימיזציה של אימונים ואסטרטגיות שיקום.
מבתר את המעגלים העצביים שבבסיס מיומנות המיומנות בבני אדם מוגבל על ידי שיקולים טכנולוגיים ואתיים, המחייב את השימוש במודלים של בעלי חיים. פרימטים שאינם אנושיים משמשים בדרך כלל כדי ללמוד תנועות הגפיים מיומן בהתחשב הדמיון של מערכות מוטוריות שלהם רפרטואר התנהגותי לבני אדם1. עם זאת, פרימטים לא אנושיים יקרים עם פעמים דור ארוך, הגבלת מספר נושאים לימוד התערבויות גנטיות. יתרה מזאת, בעוד שארגז הכלים הנוירודעי הרלוונטי לפרימטים לא אנושיים גדול יותר מבני אדם, מקדמות טכנולוגיות רבות אינן זמינות או מוגבלות באופן משמעותי בפרימטים.
מכרסם מיומנים להגיע היא גישה משלימה לימוד שליטה מוטורית מיומנת. חולדות ועכברים יכולים להיות מאומנים כדי להגיע, לתפוס, ולאחזר גלולה סוכר ברצף סטריאוטיפי של תנועות הומוולוגי לדפוסי ההגעה האנושית2. בשל הזמן שלהם הדור הקצר יחסית ועלויות דיור נמוכות יותר, כמו גם יכולתם לרכוש מיומנים להגיע במשך ימים עד שבועות, ניתן ללמוד מספר רב של נושאים במהלך שלבים למידה וקונסולידציה מיומנות. השימוש של מכרסמים, במיוחד עכברים, גם מקל על השימוש בכלים נוירודעיים מודרניים חזקים (למשל, אלקטרואופטיקה, הדמיית סידן, מודלים גנטיים של מחלות) כדי ללמוד מיומנות מיומן.
מכרסם מיומנים להגיע שימש במשך עשרות שנים כדי ללמוד שליטה רגילה מוטוריים וכיצד הוא מושפע הפתווגיות ספציפיות כמו שבץ מחלת פרקינסון3. עם זאת, רוב הגירסאות של משימה זו הן העבודה ואינטנסיבית הזמן, מקלים את היתרונות של לימוד מכרסמים. יישומים טיפוסיים כוללים הצבת מכרסמים בחדר להגיע עם מדף מול חריץ צר שדרכו מכרסם חייב להגיע. חוקר מציב באופן ידני כדורי סוכר על המדף, מחכה לבעל החיים להגיע ולאחר מכן מציב עוד אחד. מגיע הבקיע כהצלחות או כשלים או בזמן אמת או על ידי סקירת וידאו4. עם זאת, הבקיע פשוט מגיע כמו הצלחות או כישלונות מתעלמת מידע קימטי עשיר שיכול לספק תובנה לגבי איך (בניגוד רק אם) להגיע הוא לקוי. בעיה זו טופלה על-ידי יישום סקירה מפורטת של הגעה לקטעי וידאו כדי לזהות ולתת הציון למחצה להגיע לתנועות משנה5. בעוד זה הוסיף כמה נתונים לגבי הגעה kinאמאם, זה גם הגביר באופן משמעותי את הזמן והמאמץ להיכנס. יתרה מזאת, רמות גבוהות של ניסויים מעורבות יכולות להוביל לחוסר עקביות בניתוח מתודולוגיה ומידע, גם בתוך אותה מעבדה.
לאחרונה, מספר גרסאות אוטומטיות של הגעה מיומנים פותחו. כמה לצרף לכלוב הבית6,7, ביטול הצורך להעביר בעלי חיים. זה גם מפחית את הלחץ על בעלי החיים ומבטלת את הצורך למזג אותם לחדר מיוחד להגיע. גירסאות אחרות מאפשרות מעקב אחר כפה כך ששינויים קימטיים תחת התערבויות ספציפיות ניתן ללמוד8,9,10, או יש מנגנונים לקבוע באופן אוטומטי אם כדורי הפילו את המדף11. משימות מיומנות אוטומטיות שימושיות במיוחד להכשרה בעוצמה גבוהה, כפי שניתן לעשות לשיקום לאחר פציעה12. מערכות אוטומטיות מאפשרות לבעלי חיים לבצע מספר רב של הגעה לפרקי זמן ארוכים ללא צורך במעורבות חוקרת אינטנסיבית. יתרה מזאת, מערכות המאפשרות מעקב אחר כפה ותוצאות אוטומטיות מפחיתות את זמן החוקר שהושקע בביצוע ניתוח נתונים.
פיתחנו עכברוש אוטומטי מיומנים להגיע למערכת עם מספר תכונות מיוחדות. ראשית, באמצעות המעמד הנייד כדי להביא את הגלולה לתוך "מיקום הגעה" מלמטה, אנחנו משיגים מבט כמעט ללא הכול של forelimb. שנית, מערכת של מראות מאפשרת תצוגות מרובות בו זמנית של ההישג עם מצלמה אחת, המאפשר שחזור תלת מימדי (3-D) של מסלולים להגיע ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה (300 fps) מצלמה. עם הפיתוח האחרון של אלגוריתמים למידה מכונה חזקה עבור מעקב תנועה markerless13, אנחנו עכשיו מעקב לא רק את הכף אבל האצבעות הפרט כדי לחלץ הגישה המפורטת לתפוס את הקינמטיקה. שלישית, תופש מסגרת המבצע עיבוד וידאו פשוט מאפשר זיהוי בזמן אמת של שלבים המגיעים בנפרד. מידע זה משמש כדי להפעיל רכישת וידאו (רכישת וידאו רציפה אינה מעשית בשל גודל הקובץ), והוא יכול לשמש גם כדי להפעיל התערבויות (למשל, אלקטרואופטיקה) ברגעים מדויקים. לבסוף, מסגרות וידאו בודדות מופעלות על ידי פולסים לוגיקה טרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL), המאפשר את הווידאו להיות מסונכרן בדיוק עם הקלטות עצביות (למשל, אלקטרופיזיולוגיה או פוטומטריקה). כאן, אנו מתארים כיצד לבנות את המערכת, להכשיר חולדות כדי לבצע את המשימה, לסנכרן את המנגנון עם מערכות חיצוניות, ולשחזר 3-D מסלולים להגיע.

<table><tbody><tr><td>לוחות פוליקרבונט שקופים</td><td>TAP פלסטיק</td><td></td><td>חתוך לפי הזמנה (ראה עיצוב תיבה)</td></tr><tr><td>מקור / גלאי אינפרא אדום</td><td>Med Associates</td><td>ENV-253SD</td> מצלמת <td>טווח 30 אינץ'</td></tr><tr><td></td><td>Basler</td><td>acA2000-340kc</td><td>2046 x 1086 CMV2000 340 fps עדשת מצלמה צבעונית קישור</td></tr><tr><td>מגה</td><td>פיקסל (חישובי)</td> <td>M0814-MP2</td><td>2/3 אינץ' 8 מ"מ f1.4 עם נעילה קשתית & </td></tr><tr><td>כבלי מצלמת</td> פוקוס <td>Basler</td><td>#2000031083</td><td>כבל PoCL קישור מצלמה SDR/MDR מלא, 5 מ' - כבלי נתונים</td></tr> מראות <tr><td>מפעיל ליניארי</td><td></td> של אמזון <td></td><td>קונצנטרים LACT6P מפעיל ליניארי 6 אינץ' מהלך (נומינלי), כוח 110 פאונד, 12 VDC, עם מאגר/משפך גלולה פוטנציומטר</td></tr><tr><td></td><td>Amico (אמזון)</td> <td>a12073000ux0890</td><td>משפך</td></tr><tr><td></td><td></td> 6 אינץ'<td></td><td></td></tr><tr><td>צינור מדריך</td><td>ePlastics</td><td>ACREXT.500X.250</td><td>1/2 אינץ' OD x 1/4 אינץ' מזהה ברור. צינור אקריליק פרספקס מוחצן x</td></tr><tr><td>מוט משלוח גלולה</td> באורך 6 רגל <td>ePlastics</td><td>ACRCAR.250</td><td>0.250 אינץ' DIA. מוט אקרילי יצוק (אורך 2 ')</td></tr> <tr><td>מחבר T מפלסטיק</td><td>ארצות הברית Plastic Corp</td> <td>#62065</td><td>3/8 אינץ' x 3/8 אינץ' x 3/8 אינץ' מזהה צינור שחור hdpe טי</td></tr><tr><td>נורות LED</td><td>תאורה אי פעם</td><td>4100066-DW-F</td><td>12V רצועת אור LED גמישה עמידה למים, קלטת LED, אור יום לבן, סופר בהיר 300 יחידות 5050 נוריות, 16.4 רגל 5 מ '</td></tr><tr><td>גיבוי אור</td><td>סליל ePlastics</td><td>ACTLNAT0.125X12X36</td><td>0.125 אינץ' x 12 אינץ' x 36 אינץ' גיליון אצטל טבעי</td></tr><tr><td>סרטי מפזר אור</td><td></td><td>23114-01.007x8.5x11</td> <td>אינץ', ארון שני צדדים מט</td></tr><tr><td>וחומרי מסגרת מותאמים אישית</td><td>שונים (הום דיפו וכו')</td><td></td><td>לוח סיבים בגודל 3/4 אינץ' (ראה פרוטוקול למידות של כל מבנה)</td></tr> <tr><td>קצף אקוסטי</td><td>אקוסטי ראשון</td><td></td><td>FireFlex Wedge קצף אקוסטי (עובי 2 אינץ')</td></tr> <tr><td>מאווררי אוורור</td><td>Cooler Master (אמזון)</td><td>B002R9RBO0</td><td>מיסב רובה 80 מ"מ מאוורר קירור שקט למארזי מחשב ומקררי מעבד</td></tr><tr><td>צירי דלת ארון</td><td>Everbilt (הום דיפו</td> <td># 14609</td><td>ציר פלדה רציף (1.4גלגלי</td></tr> <tr><td>ארון</td><td>Everbilt (הום דיפו</td><td>#49509</td><td>גלגלת צלחת מסתובבת גומי רכה עם דירוג עומס של 90 ק"ג וידית דלת ארון בלם צד</td></tr><tr><td></td><td>Everbilt (הום דיפו</td><td>#15094</td><td>משיכת דלת קלה לבנה (4.5 אינץ')</td></tr> <tr><td>מחשב</td><td>Hewlett Packard</td><td>Z620</td><td>HP Z620 תחנת עבודה שולחנית</td></tr><tr><td>מצלמה קישור מסגרת תופס National</td><td>Instruments</td><td>#781585-01</td><td>PCIe-1473 Virtex-5 LX50 קישור מצלמה -</td></tr><tr><td>לוח RIO רב תכליתי</td> מלא <td>מכשירים לאומיים</td> <td>#781100-01</td><td>PCIe-17841R</td></tr><tr><td>כבל לוח RIO אנלוגי</td><td>מכשירים לאומיים מכשירים לאומיים</td><td>SCH68M-68F-RMIO</td><td>כבל רב תכליתי</td></tr><tr><td>כבל לוח RIO דיגיטלי מכשירים</td><td>לאומיים #</td><td>191667-01</td><td>כבל דיגיטלי SHC68-68-RDIO לבלוק</td></tr><tr><td>מסוף אנלוגי</td> מסדרת R<td>מכשירים לאומיים</td> <td>#782536-01</td><td>SCB-68A דחיית רעש, בלוק מחבר קלט / פלט מוגן בלוק מסוף</td></tr><tr><td>דיגיטלי</td><td>מכשירים לאומיים</td> <td>#782536-01</td><td>SCB-68A דוחה רעש, בלוק מחבר קלט / פלט מוגן</td></tr><tr><td>24 מצבים ממסר מתלה</td><td>מדידה Corp.</td><td>SSR-RACK24</td><td>לוח אחורי ממסר מצב מוצק (ממסרים מסוג Gordos/OPTO-22), מתג DC 24 ערוצים</td></tr><tr><td></td><td>Measurement Computing Corp.</td><td>SSR-ODC-05</td><td>מודול ממסר מצב מוצק, יחיד, מתג DC, 3 עד 60 VDC @ 3.5 A</td></tr><tr><td>DC</td><td>Sense Measurement Computing Corp.</td><td>SSR-IDC-05</td><td>מודול ממסר מצב מוצק, יחיד, חיישן DC, ספק כוח DC 3 עד 32</td></tr><tr><td></td><td>VDC BK דיוק</td><td>1671A</td><td>יציאה משולשת 30V, תצוגה דיגיטלית 5A ספק כוח DC</td></tr><tr><td>כדורי סוכר</td><td>Bio Serv</td><td>F0023</td><td>כדורי דיוק ללא אבק, 45 מ"ג, סוכרוז (ללא טעם)</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2014 SP1, גרסאות</td> <td>64 ו-32 סיביותLabVIEW של 64 סיביות נדרש כדי לגשת למספיק זיכרון כדי להזרים סרטונים, אך יש לבצע קידוד FPGA בתוכנת כיול ושחזור מסלול של קופסת LabVIEW של 32 סיביות</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks</td><td>Matlab R2019a</td><td>כתובה ב-Matlab ודורשת את ארגז הכלים של ראייה ממוחשבת</td></tr></tbody></table>

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

Automated Rat Single-Pellet Reaching with 3-Dimensional Reconstruction of Paw and Digit Trajectories

מכרסם מיומנים להגיע משמש בדרך כלל כדי ללמוד כישורי מיומנות, אבל דורש זמן ומאמץ משמעותיים כדי ליישם את המשימה ולנתח את ההתנהגות. מספר גרסאות אוטומטיות של הגעה מיומנים פותחו לאחרונה. כאן, אנו מתארים גרסה באופן אוטומטי מציג כדורי לחולדות תוך הקלטת וידאו בהבחנה גבוהה מזוויות מרובות בקצבי מסגרת גבוהה (300 fps). כף היד והספרות בודדים מסומנים עם DeepLabCut, אלגוריתם למידה מכונה עבור הערכה מרקרבלי. מערכת זו יכולה גם להיות מסונכרנת עם הקלטות פיזיולוגיות, או לשמש כדי להפעיל התערבויות פיזיולוגיים (למשל, גירוי חשמלי או אופטי).

חולדות לרכוש את המשימה מיומנים להגיע במהירות לאחר הסתגלות למנגנון, עם ביצועים את במונחים של שני מספרי הגעה ודיוק מעל 1 – 2 שבועות (איור 5). איור 6 מציג מסגרות וידאו לדוגמה המציינות מבנים המזוהים על ידי DeepLabCut, ואיור 7 מראה על גבי מסלולים בודדים להגיע מהפעלה אחת. לבסוף, באיור 8, אנו ממחישים מה קורה אם הגורם לזיהוי כפה (שלבים 4.3.4 – 4.3.6) אינו מוגדר באופן מדויק. יש שינויים משמעותיים במסגרת שבה כפה ה...

מכרסם מיומנים להגיע משמש בדרך כלל כדי ללמוד כישורי מיומנות, אבל דורש זמן ומאמץ משמעותיים כדי ליישם את המשימה ולנתח את ההתנהגות. אנו מתארים גרסה אוטומטית של מיומנים להגיע עם מעקב תנועה ושחזור תלת מימדי של מסלולי הגעה.

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the ...

שיטה זו מתבססת על פרוטוקולי הגעה מיומנים לחולדות כדי להפוך את האימון והבדיקות לאוטומטיים ומספקת אמצעים יעילים לרכישת ערכות נתונים גדולות במהירות יחסית. היא ממזערת את מאמצי הניסויים ומאפשרת שחזור תלת מימדי של קינמטיקה. ניתן להשתמש בקינאמטיקה כדי להעריך את ההשפעות של התערבויות מתוזמנות במדויק או בקורלציה עם הקלטות פיזיולוגיות.עם כמה התאמות, טכניקה זו יכולה להיות מיושמת גם בעכברים. התחילו בהדלקת האורות והצבו את החולדה בתא מיומן. השתמש במדפים כדי להחזיק גלולה דרך חריץ להגיע בחלק הקדמי של התיבה.הרשה לחולדה לאכול שלושה כדורים מהמדפים. משוך את גלולה בחזרה בפעם הבאה החולדה מנסה לאכול את גלולה מן המדפים ולחזור על עצמו עד החולדה מושיטה את גלולה עם כפה אחת ביותר מתוך 11 מגיע המציין העדפת כף הרגל. לאחר מכן, ליישר את מוט משלוח גלולה עם הצד של חריץ להגיע בניגוד הכף המועדפת של החולדה.שים גלולה על מוט המשלוח. ואז להשתמש מדפים כדי לפתות את החולדה עם גלולה אבל לכוון את החולדה לכיוון מוט המשלוח, כך הכפות שלה פוגע גלולה על המוט. לאחר שהעכברוש ניסה להגיע 10 למוט המשלוח מבלי להיות פיתיון, לקדם את החולדה לשלב הבא.לאחר מכן, מקם את מוט מסירת גלולה מבוסס על העדפת הכף של החולדה ולהגדיר אותו למצב שתיים. הגדר את מיקום הגובה של מוט מסירת גלולה באמצעות שלט מפעיל. לאחר מוט המשלוח הוא בגובה הנכון, להחזיק את המספר הרצוי עד האור מהבהב אדום כדי להגדיר.ואז למקם את החולדה בתא ולפתות את החולדה בגב עם גלולה. כאשר החולדה נעה מספיק רחוק לגב התא שהיא תשבור את קרן האינפרא-אדום אם הגרסה האוטומטית תרוץ, הזז את מוט מסירת הכדורים למיקום שלוש. לבסוף, לחכות החולדה להגיע גלולה ולאחר מכן להזיז את מוט משלוח גלולה בחזרה לעמדה 2.מניחים גלולה חדשה על מוט המשלוח אם דפק את. חזור על צעדים אלה בהדרגה פיתיון החולדה פחות ופחות עד החולדה מתחילה אחד, לעבור לאחור לבקש גלולה מבלי להיות פיתיון, ושנית, מיד לעבור לחזית לאחר בקשת גלולה בגב. לאחר החולדה עשתה את זה 10 פעמים, להתחיל להתאמן על המשימה האוטומטית.כדי להגדיר את המערכת האוטומטית, להדליק את האורות בתא ול מילוי מאגר גלולה. מקם את מוט מסירת גלולה בהתאם להעדפת הכף של החולדה. ודא שמיקומי מפעיל מוגדרים כראוי.לאחר מכן, הפעל את המחשב ופתח את תוכנית ההגעה המיומנת. הזינו את מספר הזיהוי של החולדה תחת נושא ובחרו בהעדפת הכף מהתפריט הנפתח של היד. ציין את נתיב השמירה עבור סרטוני הווידאו.לאחר מכן הגדר את זמן ההפעלה ואת מספר הסרטונים המרביים. הגדר את משך הרמת גלולה גם ולאפשר עונש להגיע מוקדם. לאחר מכן, כדי לצלם תמונות כיול, מניחים את היד המסייעת בתוך התא המגיע ודקים את קליפ התנין דרך החריץ המגיע.החזק את הקובייה לפני חריץ ההגעה עם קליפ התנין. לאחר מכן מקם את הקוביה כך שהצד האדום יופיע במראה העליונה, בצד הירוק במראה השמאלית ובחלק הכחול במראה הימנית. בתוכנית ההתנהגותית, ודא שסף ההחזר על ההשקעה מוגדר לערך גדול מאוד.לחץ על לחצן ההפעלה וברגע שהמצלמה אותחלה לחצן הופך ירוק, לחץ להתחיל להתחיל רכישת וידאו. לחץ על מצב Cal ולאחר מכן לצלם תמונה על-ידי לחיצה על קח תמונה Cal. הזז מעט את הקוביה וקח תמונה נוספת.חזור שוב על הפעולה לקבלת שלוש תמונות בסך הכל. לבסוף, הפסק את התוכנית על-ידי לחיצה על עצור ולאחר מכן לחץ על לחצן סימן עצירה. מוציאים את היד והקובייה המסייעות מהתיבה.היזהר לא להקפיץ שום דבר בתא ההתנהגות לאחר שתמונות הכיול צולמו באותו יום. ראשית, מניחים את החולדה בתא ההגעה המיומן. לחץ על החץ הלבן כדי להפעיל את התוכנית.לאחר מכן הגדר את מיקום ה- ROI לזיהוי כפות רגליים על-ידי התאמת היסט x, היסט y, רוחב ROI וגובה ROI. מקם את ROI במראה הצדדית המציגה את הגב של הכף ישירות מול חריץ להגיע ולחץ להתחיל את התוכנית. בעוד החולדה אינה מגיעה, התאם את ערך סף ההחזר על ההשקעה הנמוך עד שערך ההדק של ההחזר על ההשקעה החיה ינועה בין אפס לאחד.לאחר מכן הגדר את סף ההחזר על ההשקעה כך שיהיה גדול משמעותית ערך ההדק של ההחזר על ההשקעה החיה במהלך דקירות האף ונמוך יותר אופן ההחזר על ההשקעה החיה כאשר החולדה מגיעה. התאם עד שסרטונים יופעלו באופן עקבי כאשר החולדה מגיעה, אך לא כאשר היא דוחפת את אפה דרך החריץ. נטר את הניסויים הראשונים כדי להבטיח שהכל פועל כראוי.כאשר חולדה מגיעה לפני בקשת גלולה, להתבונן מוקדם מגיע מספר להגדיל. כאשר חולדה מגיעה לאחר בקשת גלולה, להתבונן מספר קטעי וידאו להגדיל בעוד עותק של הווידאו נשמר כקובץ סל. לבסוף, לאחר הגעת זמן ההפעלה או המספר המרבי של סרטונים, לחץ על לחצן סימן עצירה.התוצאות מצביעות על כך שלאחר 20 יום, חולדות לרכוש את המשימה להגיע מיומן. כאן, מסלולי התפוצה מפגישה אחת מוצגים. זה מייצג רק התקדמות ראשונית של הכף כדי להקל על ההצגה.כמו כן, אם ההדק לגילוי כפות רגליים אינו מוגדר במדויק, קיימת שונות משמעותית במסגרת שבה הכף מפרה את חריץ ההגעה אשר עלול להוביל לשונות כאשר התערבויות מופעלות במהלך הגעה לתנועות. מלבד טיפול זהיר בבעלי החיים, לא ינקטו אמצעי זהירות בפרוטוקול זה. חשוב ביותר להגדיר את סף ההחזר על ההשקעה בצורה נכונה, כך שסרטונים או התערבויות אחרות יופעלו ברגעים המתאימים.שיטה זו יכולה להיות מזווג עם מספר טכניקות אחרות כגון אופטוגנטיקה, הדמיה סידן, מודלים גנטיים אשר יכול לענות על שאלות החל שליטה מוטורית בסיסית פתופיזיולוגיה הפרעת תנועה. טכניקה זו מאפשרת מתאם של תפוצה מפורטת ותפיסת קינמטיקה עם הקלטות פיזיולוגיות או התערבויות המאפשרות לחוקרים לענות לא רק אם אלא כיצד תנועות משתנות עם שינויים במעגלים העצביים.

automated-rat-single-pellet-reaching-with-3-dimensional

Research

JoVE Journal

Behavior

התנהגות

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

רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

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

כתב יד זה מתאר פעילות אוטומטית למחצה מכמתת גבון בחולדות. חולדות להגיע לאחוז, supinate של manipulandum כדורית. העכברוש מתוגמלת עם גלולה אם זווית סיבוב חורג קריטריון מוגדר על-ידי המשתמש. משימה זו מגדיל את התפוקה, רגישות פציעה, אובייקטיביות לעומת פעילויות מסורתיות.

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

אנו מתארים מערכת ניתוח הילוך הרומן, כפה הדפסה ניתוח של הקלטות ניגודיות-משופרת (PrAnCER מנסר), גישה פתוחה מערכת אוטומטית עבור כימות של מאפייני הליכה חולדות העושה שיטה הספר השקוף למחצה הרצפה באופן אוטומטי לכמת הילוך. מערכת זו אומתה באמצעות מודל לופרידול של מחלת פרקינסון.

כפה-הדפסת ניתוח של הקלטות חדות-משופרת (PrAnCER): בעלות נמוכה, גישה לפתוח מערכת ניתוח הילוך אוטומטי להערכת לקויי מנוע

מוצג כאן הוא פרוטוקול לאסוף ולנתח הקינטיקה תלת ממדית של התנועה במכרסמים למחקרים פרה-קליניים.

3D ניתוח הילוך קימטי למחקרים פרה-קליניים במכרסמים

השיטה כדי להעריך את ההשפעה של אימון על מיומנויות מוטוריות הוא כלי שימושי. למרבה הצער, רוב הערכות התנהגותיות יכול להיות אינטנסיבית ו/או יקר. אנו מתארים כאן שיטה רובוטית של הערכת התפיסה (הגעה לתפוס) מיומנות בעכברים.

הערכת שליטה מיומנת בעכברים באמצעות מאמן אוטומטי

אנו מציגים שיטת ניתוח קינסטית המשתמשת במנגנון לכידת תנועה תלת מימדי המכיל ארבע מצלמות ותוכנות עיבוד נתונים לביצוע הערכות פונקציונליות במהלך מחקר בסיסי הכרוך במודלים של מכרסמים.

3D ניתוח קימטי עבור הערכה פונקציונלית במודל חולדה של פציעה העצבים הגיד מעיכה

ניתוח הליכה אוטומטי הוא כלי אפשרי להערכת התאוששות תפקודית במודלים של מכרסמים של פגיעה בעצב היקפי ופגיעה בחוט השדרה. אמנם זה דורש רק התקנה אחת כדי להעריך את תפקוד הקטר במודלים ניסיוניים שונים, התאמה קפדנית קשה ורכה והכשרה של בעלי החיים הוא חשוב מאוד.

ניתוח הליכה אוטומטי כדי להעריך התאוששות תפקודית מכרסמים עם פגיעה בעצב היקפי או חבלה בחוט השדרה

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

פרוטוקול זה מקים צינור הערכה קינמטי של עכברוש אחורי באמצעות בדיקת הליכון ללא סימן עם תיוג אוטומטי רב-מפרקי מונע למידה עמוקה, המאפשר כימות תנועה שניתן לשחזר.

מעקב סינכרוני רב-מפרקי מבוסס למידה עמוקה לכימות אובייקטיבי של קינמטיקה של תנועת גפיים אחוריות בעכברים

למד שיטה אוטומטית להגעה מיומנת בעכברושים עם שחזור תלת-ממדי של קינמטיקת הכפה. גישה זו מייעלת איסוף נתונים ומאפשרת ניתוח מדויק של תנועות יד קטנות במחקר נוירומדעי.

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

גלה סרטונים נוספים