Name: Onderzoeken van Motor Skill Learning Processen met een Robotic Manipulandum (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 52 s
Description: Leer hoe je motorische vaardigheden analyseert bij ratten met een robotische manipulandum. Deze methode biedt objectieve kinematische analyse van bereikbewegingen en inzicht in leerprocessen en herstel na hersenschade.

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

Dit onderzoek werd gesteund door de Zwitserse National Science Foundation, de Betty en David Koetser Foundation for Brain Research en de ETH Foundation.

De experimenten hier gepresenteerde werden goedgekeurd door het Veterinair Bureau van het kanton Zürich, Zwitserland en werden volgens de nationale en institutionele regelgeving uitgevoerd. 1. Feeding Voorwaarden LET OP: Alle trainingen worden uitgevoerd in het kader van een geplande voeden protocol. <ol><li> Voer de ratten 50 g / kg standaard voeding eenmaal per dag na de training voltooid. Deze hoeveelheid voedsel voldoende grote gewichtsverlies voorkomen (lichaamsgewicht&gt; 90% vrij gevende gewicht), maar klein genoeg om reproduceerbare gedragsconditionering waarborgen. Weeg de ratten dagelijks om ervoor te zorgen hun lichaamsgewicht stabiel blijft. LET OP: Extra overnacht (10-12 uur) onthouden van voedsel kan nuttig zijn voor de eerste beloning keer sessie (stap 2.3) zijn. </li></ol> 2. Training Procedure voor een Reach-and-pull Task <ol><li> Bereiding: Laat de ratten te wennen aan hun nieuwe huis kooien voor op least een week na aankomst in het dier faciliteit. Behandel de ratten regelmatig tijdens deze tijd en geven stofvrij precisie pellets in de kooi aan de ratten wennen aan het nieuwe voer. Deze pellets worden gebruikt als beloning gehele trainingsprotocol. </li><li> Gewenning: Plaats de ratten in het testen kooi voor 30-45 min en bieden 30-50 pellets in de voerbak, gemengd met poedervormige chow. Open en sluit het venster kooi en laat de pellet dispenser af en toe aan de ratten wennen aan hun sound. <ol><li> Herhaal dit voor 2-3 dagen. </li></ol></li><li> Beloning keer: Train de ratten de bolvormige greep raakt door het venster kooi en vervolgens naar de andere kant van de kooi een voedselbeloning halen. <ol><li> Pas de software-instellingen, zodat de handgreep ligt net buiten het raam testen kooi aan het begin van elke proef en breng het handvat met het midden van het venster kooi. Als de proeven succesvol zijn, dat wil zeggen &lt;/ Em&gt;, zodra een lichte aanraking op het handvat (0,25 mm verplaatsing in elke richting) is gedetecteerd, klinkt er een geluidssignaal en een beloning is afgegeven. Classificeren onderzoeken als mislukt als er geen contact is geconstateerd 180 s na het venster wordt geopend. </li><li> Zet de rat in de opleiding kooi. Prompt de rat te bereiken door het te laten drinken in een pellet gehouden in de buurt van de handgreep. Richt de rat aandacht aan het handvat en etensbak door te tikken op de kooi. </li><li> Stop wordt gevraagd wanneer de rat onafhankelijk bereikt door het raam kooi en haalt de voedsel pellet. </li><li> Doorgaan tot 100 trials (aanrakingen) zijn voltooid of tot 60 minuten zijn verstreken, wat het eerst komt. </li><li> Continue training voor 3-4 dagen en beginnen met de volgende fase van de opleiding (stap 2.4) bij ratten binnen 30 minuten te bereiken 100 trials op 2 opeenvolgende dagen. LET OP: Niet te trainen deze stap. Het doel van de beloning-touch is om betrouwbare interactie tussen de rat en de robot te bereiken, zodat dit gedrag kan worden vormgegeven indaaropvolgende training. </li></ol></li><li> Gratis pull (FP): Train de ratten om uit te reiken en trek het handvat van de robot. <ol><li> Pas de software wijzigen zodat het handvat zich 18 mm van het raam aan het begin van elke test en moeten worden getrokken ten minste 10 mm onafgebroken een succesvolle proef. Er zijn geen zijdelingse beperkingen op het trekbeweging in dit stadium. <ol><li> Classificeren proef als mislukt wanneer de hendel niet voor 180 s na het venster verplaatst, wanneer de hendel wordt bewogen buiten de bereikbare werkruimte (meer dan 12 mm middellijn), of wanneer de ratten minder dan 10 mm heeft getrokken binnen 5 s na de eerste keer is gedetecteerd. </li></ol></li><li> Let op het aantal keren dat de linker- en rechterpoot worden gebruikt tijdens de eerste 20 proeven van de eerste sessie FP. De poot die in ten minste 80% van de proeven wordt geacht de voorkeur poot. LET OP: De Poot voorkeur kan al duidelijk in beloning-Touch sessies. </li><li> Beweeg de hendel zijwaarts totdat deze is uitgelijnd met de rand van het venster te faciliteren trekken met de gewenste poot (dwz zet de robot 5 mm aan de linkerkant van het venster voor rechtshandige ratten en vice-versa). OPMERKING: Zet de hendel in precies dezelfde positie ten opzichte van de kooi voor alle volgende trainingen hiervoor rat. Verzeker exacte plaatsing merktekens op de muur kooi en de robot. </li><li> Zet de rat in de opleiding kooi en trein tot 100 onderzoeken zijn afgerond of tot 60 minuten zijn verstreken, wat het eerst komt. OPMERKING: Als de rat niet ver genoeg reiken, prompt door te laten drinken in een pellet gehouden in de buurt van de handgreep. Ratten kunnen stoppen met proberen te trekken na herhaaldelijke mislukte pogingen. Tik op de kooi, laat ze grijpen voor pellets gehouden met een pincet of afzien van een pellet om hun motivatie te herstellen. </li><li> Voor experimenten met alleen FP training, opleiding voort te zetten zoals beschreven in 2.4. NEETE: Typisch, 1-2 FP sessies nodig zijn om de overgang van beloning tintje aan SP (Straight Pull) opleiding te helpen. Het doel van deze FP sessies is om ratten wennen om uit te reiken, grijp en trek aan de hendel, in plaats van alleen maar aanraken. Net als bij beloning keer training, is het belangrijk om niet te over-trein als het doel is om de overgang naar een volgende training stap. </li></ol></li><li> Straight pull (SP): Train de ratten aan het handvat te trekken zonder af te wijken van meer dan 2 mm van de middellijn. OPMERKING: De middellijn wordt gedefinieerd ten opzichte van de beginpositie van de robot, niet het midden van het venster kooi. Zo zal een trekkende poging eindigt in het midden van het venster kooi leiden tot een trekkracht traject dat meer dan 2 mm middellijn afwijkt. <ol><li> Pas de software-instellingen, zodat alleen onderzoeken waarbij de trekbeweging niet wordt afgeweken van meer dan 2 mm van de middenlijn aan weerszijden worden beloond met een toon en een pellet. Houd alle andere parameters zoals beschreven in stap 2.4. </li><li> Zet de rat in de opleiding kooi en trein tot 100 onderzoeken zijn afgerond of tot 60 minuten zijn verstreken, wat het eerst komt. LET OP: Ratten kunnen erg onrustig worden en stoppen met proberen te trekken na herhaaldelijke mislukte pogingen. Druk op de kooi om hun aandacht te leiden naar het bereiken taak laten grijpen pellet gehouden met een pincet of een pellet afzien hun motivatie herstellen. </li><li> Voortzetting van de opleiding tot de ratten plateau prestaties te bereiken, of de stage in overeenstemming met het doel van een experiment aan te passen. </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>

De auteurs hebben niets te onthullen

Geschoolde bereiken taken worden vaak gebruikt om motorische vaardigheden verwerven evenals aantasting van de motorische functie studeren onder pathologische omstandigheden 6. Betrouwbare en eenduidige analyse bereiken gedrag is essentieel voor de studie van cellulaire mechanismen die ten grondslag liggen motorische vaardigheden verwerven, alsmede neurofysiologische processen voor verlies en daaropvolgende herstel van de functie in diermodellen van neurologische ziekten. De hier gepresenteerde re...

Motorische taken worden op grote schaal gebruikt om gedrags-en neurale veranderingen in verband met motorisch leren of om veranderingen in de motorische functie in de neurologische of farmacologische diermodellen beoordelen. Fijne motoriek kan moeilijk te kwantificeren bij knaagdieren, echter. Taken die handvaardigheid, zoals manipulatie van granen 1, 2 pasta, of zonnebloempitten 3 zijn gevoelig en hebben een uitgebreide training van het dier niet nodig. Hun voornaamste nadeel is dat deze taken leveren veelal kwalitatieve resultaten en kan moeilijk zijn eenduidig ​​scoren. Geschoolde bereiken taken, zoals variaties van de interne pellet bereiken taak zijn eenvoudiger te kwantificeren 4, 5. Echter, kinematische factoren die de succesvolle uitvoering van deze taken ten grondslag liggen kan alleen worden afgeleid in beperkte mate en vereisen arbeidsintensieve beeld-voor-frame van video eenNALYSE. Robotic apparaten zijn populairder geworden als middel om te kwantificeren aspecten van de voorpoot functie en motorische vaardigheden. Verschillende geautomatiseerde bereiken taken beschikbaar. De meeste nadruk op een aspect van een voorpoot beweging, zoals het trekken van een handvat langs een lineaire geleiding 6, 7, eenvoudige distale ledematen bewegingen 8 of pronatie en supinatie van de poot 9. Hoewel deze inrichtingen veelbelovend voor de analyse van motorische functie, ze geven alleen de complexe motorische acties uitgevoerd tijdens één pellet bereiken in beperkte mate. Hier tonen we het gebruik van een drie-graden-van-vrijheid robotachtige apparaat, ETH Pattus, ontwikkeld voor de opleiding en beoordeling van de verschillende motorische taken bij ratten 10, 11. Het registreert vlakke en roterende beweging van rat voorpoot bewegingen binnen bereik, greep, entrekken taken die in het horizontale vlak uitgevoerd. Ratten interactie met de robot via een 6 mm diameter bolvormige handvat dat door een raam in het testen kooi (breedte: 15 cm, lengte: 40 cm, hoogte: 45 cm) kan worden bereikt en verhuisde in het horizontale vlak (duwen en trekken bewegingen) en geroteerd (pronatie-supinatie bewegingen). Zo stelt de rat te bewegingen die deze geëxecuteerd tijdens de conventionele single pellet bereiken taken onderling uit te voeren. Het venster is 10 mm breed en 50 mm ligt boven de kooivloer. De hendel bevindt zich 55 mm boven de vloer. Een schuifdeur blokkeert de toegang tot de handgreep tussen het bereiken van proeven en opent wanneer de robot zijn startpositie bereikt en sluit na een proefperiode is voltooid. Na een correct uitgevoerde beweging, ratten krijgen een voedselbeloning aan de andere zijde van de kooi testen. De robot wordt via software en registreert output van 3 rotary encoders bij 1000 Hz, waardoor de positie en de of de handgreep in het horizontale vlak, en de rotatiehoek (voor details, zie referentie 11). De voor succesvol taak uitvoeren omstandigheden worden bepaald in de software voor elke trainingssessie (bijv minimaal vereiste afstand trekken en maximale afwijking van middellijn in een bereik-en-pull taak). Een eerste gestandaardiseerde referentiepositie van de handgreep is opgenomen met een vaste houder aan het begin van elke trainingssessie. Het verzoek wordt voor alle proeven in een sessie, garanderen een constante startpositie van de handgreep voor elk onderzoek. Constante positionering van de handgreep ten opzichte van het venster kooi wordt gewaarborgd door aanpassing van markeringen op de kooi en robot (figuur 1). Video-opnamen van het bereiken van bewegingen worden opgenomen met behulp van een kleine high speed camera (120 frames / s, 640 x 480 resolutie). Een klein scherm in het oog van de camera toont de rat identificatienummer, trainingproef nummer en berechting resultaat (succes of mislukt). Deze video&#39;s worden gebruikt om vastgelegde resultaten verifiëren en de effecten bereiken bewegingen die het aanraken voorafgaan, trekken of roteren van de handgreep beoordelen. Hier tonen we het gebruik van deze robot platform variaties van een bereik-en-pull taak. Deze taak kan worden opgeleid binnen een periode die vergelijkbaar is met andere deskundigen bereiken paradigma en reproduceerbare resultaten oplevert. We beschrijven een typische scholingsprotocol, evenals enkele van de belangrijkste uitvoerparameters. Bovendien laten we zien hoe kleine veranderingen in de gebruikte training protocol kan resulteren in gewijzigde tijdsverloop van behavioral resultaten die onafhankelijk deelprocessen binnen de motorische vaardigheden leerproces kan vertegenwoordigen.

<table><tbody><tr><td>ETH Pattus</td><td></td><td></td><td>ETH Pattus werd gemaakt door het Rehabilitation Engineering Laboratory van Prof. Gassert aan ETH Zürich.&nbsp;</td></tr><tr><td>Trainingskooi&nbsp;</td><td></td><td></td><td>De trainingskooi van plexiglas werd in eigen beheer gemaakt.&nbsp;</td></tr><tr><td>Pelletdispenser</td><td>Campden Instruments</td><td>80209</td><td></td></tr><tr><td>45-mg stofvrije precisiepellets</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 hogesnelheidscamera&nbsp;</td></tr><tr><td>Klein display</td><td>Adafruit Industries</td><td>#50, #661</td><td>128 x 32 SPI OLED-display bestuurd via een Arduino Uno microcontroller en Labview software</td></tr><tr><td>LabVIEW 2012</td><td>National Instruments</td><td>776678-3513</td><td>ETH Pattus is compatibel met meer recente Labview-versies.&nbsp;</td></tr><tr><td>Matlab 2014b</td><td>The Mathworks</td><td>MLALL</td><td></td></tr></tbody></table>

onderzoeken van motor skill learning processen met een robotic manipulandum

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Geschoolde bereiken taken worden vaak gebruikt in studies van motorische vaardigheden leren en motorische functie onder gezonde en pathologische omstandigheden, maar kan tijdrovend en dubbelzinnig te kwantificeren dan eenvoudige slagingspercentages zijn. Hier beschrijven we de training procedure voor het bereik-en-pull taken met ETH Pattus, een robot platform voor geautomatiseerde voorpoot bereiken training die platen te trekken en met de hand draaien bewegingen bij ratten. Kinematische kwantificering van de uitgevoerde trekken pogingen onthult de aanwezigheid van verschillende tijdelijke profielen verkeer parameters zoals het trekken snelheid ruimtelijke variabiliteit van de trekkende traject afwijking van middellijn, en trekken succes. We laten zien hoe kleine aanpassingen in de opleiding paradigma leiden tot veranderingen in deze parameters, waaruit hun relatie tot problemen, algemene motorische functie of geschoolde taakuitvoering taak. In combinatie met elektrofysiologische, farmacologische en optogenetic technieken kan dit paradigma worden gebruiktom de mechanismen die ten grondslag liggen motorisch leren en geheugenvorming, evenals verlies en herstel van de functie (bijvoorbeeld na een beroerte) te verkennen.

Hier tonen we 3 varianten van een bereik-en pull-taak met behulp van mannelijke Long-Evans ratten (10-12 weken oud). In de vrije pull (FP) (N = 6) werden ratten getraind om greep de robot trekken gedurende 22 dagen zonder zijdelingse beperkingen. Dieren in de straight-pull 1 (SP1) groep (N = 12) werden getraind om de hendel te trekken zonder af te wijken van meer dan 2 mm van de middellijn. Deze dieren overgestapt rechtstreeks van beloning-touch (stap 2.3) naar straight-pull training (st...

Een paradigma is gepresenteerd voor de opleiding en de analyse van een geautomatiseerde geschoolde bereiken taak bij ratten. Analyse van het trekken van pogingen onthult verschillende deelprocessen van motorisch leren.

Onderzoeken van Motor Skill Learning Processen met een 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 ...

Het algemene doel van het trainen van ratten op deze reiktaak met behulp van een robotisch manipulandum is om de processen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan motorische vaardigheidsleren en herstel van motorische functie. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in het veld van gedragsneurowetenschap te beantwoorden, specifiek gerelateerd aan de mechanismen die ten grondslag liggen aan motorisch leren en geheugenvorming, evenals verlies en herstel van functie na hersenbeschadiging of een beroerte. Het grote voordeel van deze techniek is dat het trainen en analyseren van de ratten eenvoudig uit te voeren is en objectiever is dan andere conventionele eenvoudige pellet-reiktaak.Bovendien maakt het robotische manipulandum een betere analyse van de kinematica mogelijk. Laat pas verworven ratten altijd minimaal een week wennen aan hun nieuwe kooi voordat u ze traint. Tijdens deze tijd, hanteer de ratten regelmatig en voer ze de beloningspellets die voor het trainingsprotocol worden gebruikt.Om met het trainingsproces te beginnen, besteed eerst twee of drie dagen aan het wennen van de ratten aan de testkooi. De eerste taak is om de ratten te trainen om eenvoudig de bolvormige handgreep door het koivenster aan te raken en vervolgens naar de andere kant van de kooi te gaan en een voedselbeloning te halen. Stel eerst de software-instellingen zo in dat de handgreep zich net buiten het venster van de testkooi bevindt.Plaats nu de rat in de trainingskooi en houd een pellet nabij de handgreep. Richt de aandacht van de rat door indien nodig op de kooi te tikken. Blijf de rat op deze manier naar de handgreep lokken totdat deze onafhankelijk door het koivenster reikt en de handgreep of voedselpellet aanraakt.Laat vervolgens de sessie lopen totdat 100 aanrakingen zijn voltooid of totdat 60 minuten zijn verstreken, wat het eerst voorkomt. Train de rat dagelijks verder totdat deze 100 aanrakingen binnen 30 minuten op twee opeenvolgende dagen voltooit. Dit gebeurt meestal in de eerste twee sessies.Zodra deze bekwaamheid is verkregen, gaat u direct verder met het volgende trainingsparadigma. Ratten kunnen veel sneller presteren in deze taak dan de gedefinieerde criteria, maar het is belangrijk om ze niet te overtrainen, aangezien dit kan resulteren in overconsolidatie van het gedrag en het vormgeven van het gedrag naar het einddoel kan verstikken. De volgende uitdaging is voor de ratten om de tussenstap te leren van uitreiken en de handgreep trekken.Net als bij het trainen met beloningsaanraking, is het belangrijk om niet te overtrainen, aangezien het einddoel is om over te gaan naar de volgende trainingsfase. Stel eerst de software-instelling zo in dat de robot de handgreep aan het begin van elke proef 18 millimeter van het venster plaatst. De handgreep moet ten minste 10 millimeter zonder onderbreking worden getrokken voor een succesvolle proef.Er zijn geen laterale beperkingen op de trekbeweging. Voer vervolgens de sessies uit zoals voorheen met 100 proeven of 60 minuten als eindpunt. Als een rat niet ver genoeg reikt om de taak uit te voeren, vorm dan het juiste gedrag door een pellet met een pincet nabij de handgreep te houden.Als een rat lijkt geen interesse te verliezen in het trekken van de handgreep, tik dan op de kooi of geef een pellet af. Bepaal de voorkeur van de rat voor de poot uit zijn eerste 20 pogingen om de handgreep te trekken. Kies eenvoudigweg de poot die vaker wordt gebruikt als de dominante poot.De meeste ratten zullen een sterke voorkeur vertonen en een poot gebruiken in ten minste 80% van de proeven. Zodra een dominante poot is vastgesteld, pas dan de positie van de handgreep lateraal aan om deze poot te begunstigen. Lijn de handgreep uit met de rand van het venster en houd hem in deze positie voor alle toekomstige sessies met deze rat.Ga door met het trainen van de taak totdat de rat een plateauprestatie bereikt of de taak 100 keer binnen 30 minuten op twee opeenvolgende dagen voltooit. Meestal zijn slechts twee sessies nodig voordat men overgaat op recht trekken. De laatste fase van de training is om de ratten te leren om de handgreep recht voor een beloning te trekken.Wijzig de parameters in de software zodat een trekbeweging die meer dan twee millimeter van de middenlijn afwijkt, als een mislukking wordt beschouwd. Zoals gebruikelijk, moet elke sessie worden uitgevoerd totdat er 100 proeven zijn voltooid of 60 minuten zijn verstreken. Ga door met het trainen van de ratten op deze taak totdat hun vaardigheidsniveau een plateau bereikt of totdat de ratten een gedefinieerd criterium overschrijden.Met behulp van 10 tot 12 weken oude mannelijke Long-Evans-ratten werden drie verschillende trainingstechnieken vergeleken over 22 dagen training. Elke groep kreeg beloningsaanrakingstraining. Vervolgens veranderden de parameters.In de ene groep, FP, werden ratten getraind om de handgreep van de robot te trekken zonder enige laterale beperkingen. In de volgende groep, SP1, werden ratten getraind om de handgreep te trekken zonder meer dan twee millimeter van de middenlijn af te wijken, maar kregen geen vrije trektrainingssessies. In de laatste groep, SP2, kregen ratten exact twee vrije trektrainingssessies en gingen vervolgens over op recht trektraining.Belangrijk voor SP2 is dat de handgreep uitgelijnd werd gehouden nabij een rand van het venster, wat resulteerde in een meer uitdagende taak. Deze voorwaarde kan per ongeluk optreden als de robot niet consistent door de operator op de kooi is uitgelijnd. Mogelijk vanwege deze extra uitdaging, plateaude het succespercentage van de taak voor SP1-ratten eerder dan voor SP2-ratten.Gedurende de sessies verbeterde de handgreepbeweging van de eerste sessie tot de laatste. De getoonde gegevens zijn van een representatieve rat uit de SP2-groep. Evenzo werd de treksnelheid regelmatiger van de eerste tot de laatste sessie, wat aangeeft dat er een stabielere beweging werd aangeleerd.Deze gegevens zijn ook van een representatieve SP2-rat. Na het bek

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

Research

JoVE Journal

Behavior

Gedrag

Bestendige praktijk verbetert de precisie van gecoördineerde bewegingen. Hier introduceren we een pellet bereiken taak die is ontworpen om het leren en het geheugen van de voorpoot deskundigen in muizen te evalueren.

Studie Motor Ervaring Leren door Single-pellet bereiken Taken in Muizen

Het is onduidelijk hoe top-down signalen van de ventrale visuele stroom beïnvloeden beweging. We ontwikkelden een paradigma motorisch gedrag naar een doel te testen op een 3D-diepte inversie illusie. Significante verschillen worden gerapporteerd in zowel bewuste, doelgerichte bewegingen en automatische acties onder illusoir en veridical kijkcondities.

Methoden om Ontdek de invloed van Top-down Visual Processen op motorisch gedrag

Er wordt een paradigma gepresenteerd om de verwerving van een hoogprecisie geschoolde voorpoot-reiktaak bij ratten te analyseren.

Verwerving van een High-precision Geschoolde voorpoot bereiken Task bij ratten

We beschrijven een roman virtual reality op basis setup die vrijwillig toezicht van enerzijds prestaties van de motor-vaardigheid in de andere (niet-getraind) hand exploiteert. Dit wordt bereikt door het verstrekken van real-time verkeer gebaseerde sensorische feedback alsof de hand niet opgeleid in beweging is. Deze nieuwe benadering kan worden gebruikt ter verbetering van de revalidatie van patiënten met eenzijdige hemiparesis.

Met behulp van Virtual Reality motorische vaardigheid om kennis te dragen van de ene kant naar de andere

We introduceren de voet-intensivering seriële reactietijd (SRT) taak. Dit gewijzigd SRT taak, als aanvulling op de klassieke SRT taak waarbij alleen de vinger te drukken beweging, betere benadert dagelijkse gesequenceerd activiteiten en biedt onderzoekers om de dynamische processen ten grondslag liggen aan de discrete responsmaatregelen te bestuderen en de expliciete proces actief zijn in de impliciete reeks leren te ontwarren.

De "Motor" in impliciete Motor volgnummer leren: een voet-intensivering seriële reactie tijd taak

Deze paper introduceert het ontwerp en de uitvoering van een op maat gemaakte robot manipulator voor extra lichamelijke echografie onderzoek. Het systeem heeft vijf graden van vrijheid met lichtgewicht gewrichten gemaakt door 3D printen en een mechanische koppeling voor veiligheidsbeheer.

Ontwerp en implementatie van een op maat gemaakte Robot Manipulator voor extra lichamelijke echografie

Met behulp van een robotische isokinetische inrichting met elektromyografie (EMG)-metingen illustreert dit protocol dat isokinetische beweging zelf de betrouwbaarheid van de interrater kan verbeteren voor de hoek van de vangst metingen bij beroerte-patiënten met milde elleboog flexor spasticiteit.

Isokinetische robot apparaat ter verbetering van de test-hertest en de betrouwbaarheid van de Interrater voor Stretch reflex metingen bij beroerte-patiënten met spasticiteit

Deze studie rapporteert de ontwikkeling van een nieuwe robot-ondersteunde taak-georiënteerde programma voor handrevalidatie. Het ontwikkelingsproces bestaat uit experimenten met zowel gezonde proefpersonen als proefpersonen die een beroerte hebben gehad en lijdt aan een daaropvolgende motorische controlestoornis.

Ontwikkeling van een nieuw taakgericht revalidatieprogramma met behulp van een Bimanual Exoskeleton Robotic Hand

Het huidige protocol beschrijft hoe draadloze optogenetica in combinatie met high-speed videografie kan worden gebruikt in een enkele pellet reach-to-grab-taak om de neurale circuits te karakteriseren die betrokken zijn bij de uitvoering van bekwaam motorisch gedrag bij vrij bewegende muizen.

In vivo Draadloze optogenetische controle van bekwaam motorisch gedrag

De huidige studie beschrijft een test voor fijn motorisch gedrag voor het onderzoeken van motorische stoornissen in knaagdiermodellen, waaronder de TgF344-AD-rat, met behulp van machine learning.

Een fijne motorische taak om gewrichtskinematica te bestuderen in een preklinisch model van neurodegeneratieve ziekten

Leer hoe je motorische vaardigheden analyseert bij ratten met een robotische manipulandum. Deze methode biedt objectieve kinematische analyse van bereikbewegingen en inzicht in leerprocessen en herstel na hersenschade.

Onderzoeken van Motor Skill Learning Processen met een Robotic Manipulandum

Meer video's verkennen