Umiejętne sięganie gryzoni jest powszechnie używane do nauki zręczności, ale wymaga znacznego czasu i wysiłku do wykonania zadania i przeanalizowania zachowania. Opisujemy zautomatyzowaną wersję umiejętnego docierania ze śledzeniem ruchu i trójwymiarową rekonstrukcją trajektorii zasięgu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Zautomatyzowane sięganie pojedynczych śruin szczura z 3-wymiarową rekonstrukcją trajektorii łap i palców
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Umiejętne sięganie gryzoni jest powszechnie używane do nauki zręczności, ale wymaga znacznego czasu i wysiłku do wykonania zadania i przeanalizowania zachowania. W ostatnim czasie opracowano kilka zautomatyzowanych wersji umiejętnego docierania. Tutaj opisujemy wersję, która automatycznie prezentuje granulki szczurom podczas nagrywania wideo w wysokiej rozdzielczości pod różnymi kątami przy dużej liczbie klatek na sekundę (300 kl./s). Łapa i poszczególne palce są śledzone za pomocą DeepLabCut, algorytmu uczenia maszynowego do szacowania pozycji bez znaczników. System ten może być również zsynchronizowany z zapisami fizjologicznymi lub może być wykorzystany do wyzwalania interwencji fizjologicznych (np. stymulacji elektrycznej lub optycznej).
Wprowadzenie
Ludzie polegają w dużym stopniu na umiejętnościach zręcznościowych, definiowanych jako ruchy, które wymagają precyzyjnie skoordynowanych ruchów wielostawowych i palcowych. Na umiejętności te wpływa szereg powszechnych patologii ośrodkowego układu nerwowego, w tym zmiany strukturalne (np. udar, guz, zmiany demielinizacyjne), choroby neurodegeneracyjne (np. Choroba Parkinsona) i nieprawidłowości funkcjonalne obwodów motorycznych (np. dystonia). Zrozumienie, w jaki sposób umiejętności zręcznościowe są nabywane i wdrażane przez centralne obwody motoryczne, może zatem poprawić jakość życia dużej populacji. Co więcej, takie zrozumienie może poprawić sprawność motoryczną u z....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Wszystkie opisane tutaj metody związane z wykorzystaniem zwierząt zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC) Uniwersytetu Michigan.
1. Ustawianie komory sięgającej
UWAGA: Zobacz Ellens et al.14 po szczegóły i schematy aparatu. Numery części odnoszą się do Rysunek 1.
- Połącz przezroczyste panele poliwęglanowe z cementem akrylowym, aby zbudować komorę dostępową (15 cm szerokości 40 cm długości i 40 cm wysokości) (część #1). Na jednym panelu bocznym (część #2) znajdują się drzwi na zawia....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Szczury szybko opanowują umiejętność chwytania po aklimatyzacji do aparatury, a ich wyniki w zakresie liczby prób oraz dokładności stabilizują się w ciągu 1–2 tygodni (Rysunek 5). Na Rysunku 6 przedstawiono przykładowe klatki wideo z zaznaczonymi strukturami zidentyfikowanymi przez DeepLabCut, a Rysunek 7 pokazuje nałożone na siebie trajektorie poszczególnych prób chwytania z jednej sesji. Na koniec, na Rysunku .......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Umiejętne docieranie do gryzoni stało się standardowym narzędziem do badania fizjologii i patofizjologii układu ruchu. Opisaliśmy, jak wdrożyć zautomatyzowane zadanie umiejętności sięgania szczura, które umożliwia: trening i testowanie przy minimalnym nadzorze, rekonstrukcję trajektorii 3D łapy i palca (podczas sięgania, chwytania i chowania łapy), identyfikację łapy w czasie rzeczywistym podczas sięgania oraz synchronizację z zewnętrzną elektroniką. Doskonale nadaje się do korelowania kinematyki kończyn przednich z fizj.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy chcieliby podziękować Karunesh Ganguly i jego laboratorium za porady dotyczące umiejętnego dotarcia do celu, a także Alexandrowi i Mackenzie Mathis za pomoc w adaptacji DeepLabCut. Prace te były wspierane przez National Institute of Neurological Disease and Stroke (grant nr K08-NS072183) oraz University of Michigan.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| przezroczyste panele poliwęglanowe | TAP Tworzywa sztuczne | cięte na zamówienie (patrz projekt ramki) | |
| źródło / detektor podczerwieni | Med Associates | ENV-253SD | 30-calowa |
| kamera | zasięgu Basler | acA2000-340kc | 2046 x 1086 CMV2000 340 fps Kolorowa kamera Link |
| obiektyw kamery | Megapiksel (computar) | M0814-MP2 | 2/3 "8mm f1.4 z blokadą Przysłony i do kamery do ustawiania ostrości |
| Basler | #2000031083 | PoCL Camera Link SDR/MDR Pełny, 5 m - do transmisji danych | |
| lustra | |||
| Concentrics | LACT6P | Siłownik liniowy Skok 6" (nominalny), siła 110 funtów, 12 VDC, z potencjometrem | |
| zbiornik / lejek na pelety | Amico (Amazon) | a12073000ux0890 | Lejek |
| rura prowadząca | ePlastics | ACREXT.500X.250 | 1/2" OD x 1/4" ID Przezroczysty. Wytłaczana rura akrylowa z pleksi x |
| pręt do dostarczania peletów | ePlastics | ACRCAR.250 | 0,250 "DIA. Odlewany pręt akrylowy (długość 2 ' |
| plastikowe złącze T | Stany Zjednoczone Plastic Corp | # 62065 | 3/8 "x 3/8" x 3/8 " Identyfikator węża HDPE Tee |
| LED lights | Oświetlenie EVER | 4100066-DW-F | Elastyczna wodoodporna taśma świetlna LED 12 V, taśma LED, światło dzienne białe, super jasne 300 jednostek 5050 diod LEDS, szpula 16,4 stopy 5 m Lekki |
| podkład | ePlastics | ACTLNAT0,125 x 12 | 36 0,125 "x 12" x 36 "Naturalny arkusz acetalu Folie |
| dyfuzora świetlnego | wynalazki | 23114-01.007x8.5x11 | ", matowa dwustronna |
| szafka i niestandardowe materiały ramowe | różne (Home Depot itp.) | Płyta pilśniowa 3/4" (wymiary każdej konstrukcji znajdują się w protokole) | |
| pianka akustyczna | Acoustic First | FireFlex Wedge Acoustical Foam (2 "Thick) | |
| wentylatory | Cooler Master (Amazon) | B002R9RBO0 | Łożysko karabinowe 80mm Cichy wentylator chłodzący do obudów komputerowych i chłodnic procesora |
| Zawiasy do drzwi szafy | Everbilt (Home Depot | #14609 | zawias stalowy ciągły (1.4" x 48") |
| kółka szafki | Everbilt (Home Depot | #49509 | Kółko z miękką gumową płytą obrotową o nośności 90 funtów i klamce drzwi szafki z hamulcem bocznym |
| Everbilt (Home Depot | #15094 | Biały lekki uchwyt do drzwi (4,5") | |
| komputer | Hewlett Packard | Z620 | HP Z620 Biurkowa stacja robocza |
| Camera Link Frame Grabber | National Instruments | #781585-01 | PCIe-1473 Virtex-5 LX50 Camera Link - W pełni |
| wielofunkcyjna płyta RIO | National Instruments | #781100-01 | PCIe-17841R |
| Analogowy do płyty RIO National | Instruments | SCH68M-68F-RMIO | Wielofunkcyjny |
| cyfrowy do płyty RIO | National Instruments | #191667-01 | SHC68-68-RDIO Cyfrowy do |
| analogowej listwy zaciskowej | National Instruments | #782536-01 | SCB-68A Tłumienie szumów, ekranowany blok złączy we/wy |
| Cyfrowa listwa zaciskowa | National Instruments | #782536-01 | SCB-68A Odrzucający szumy, ekranowany blok złączy I/O |
| 24-pozycyjny stojak przekaźnikowy | Measurement Computing Corp. | SSR-RACK24 | Płyta montażowa przekaźnika półprzewodnikowego (przekaźniki typu Gordos/OPTO-22), 24-kanałowy |
| przełącznik DC | Measurement Computing Corp. | SSR-ODC-05 | Moduł przekaźnika półprzewodnikowego, pojedynczy, przełącznik DC, 3 do 60 VDC @ 3.5 A |
| DC Sense | Measurement Computing Corp. | SSR-IDC-05 | przekaźnika półprzewodnikowego, pojedynczy, czujnik DC, 3 do 32 VDC |
| Zasilacz DC | BK Precision | 1671A | Potrójne wyjście 30 V, 5 A Wyświetlacz cyfrowy Zasilacz DC |
| Granulki cukru | Bio Serv | F0023 | Bezpyłowe granulki precyzyjne, 45 mg, sacharoza (bezsmakowe) |
| LabVIEW | National Instruments | LabVIEW 2014 SP1, wersje 64 i 32-bitowe | 64-bitowy LabVIEW jest wymagany, aby uzyskać dostęp do wystarczającej ilości pamięci do strumieniowego przesyłania filmów, ale kodowanie FPGA musi być wykonywane w 32-bitowym LabVIEW |
| MATLAB | Oprogramowanie | trajektorii bloków Matlab R2019a | jest napisane w Matlabie i wymaga zestawu narzędzi Computer Vision |
Bibliografia
- Chen, J., et al. An automated behavioral apparatus to combine parameterized reaching and grasping movements in 3D space. Journal of Neuroscience Methods. , (2018).
- Sacrey, L. A. R. A., Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
Przeglądaj więcej artykułów
