Los autores desean agradecer al Sr. Hans Oppel y sus técnicos protésicos de Otto Bock Healthcare Products GmbH para la fabricación de la toma de corriente utilizada por el participante en este estudio. Este estudio fue apoyado financieramente por el Consejo Europeo de Investigación (CEI) a través de la subvenciones avanzadas del CEI DEMOVE (Nº 267888), el Consejo Austríaco de Investigación y Desarrollo Tecnológico, y el Ministerio Federal de Ciencia, Investigación y Economía.

Este estudio se llevó a cabo de conformidad con la Declaración de Helsinki, tal como fue aprobado por el comité de ética de la investigación local. El estudio se ha explicado con todo detalle al participante antes del comienzo, permitiendo al participante el tiempo para sopesar la decisión de tomar voluntariamente participar en el estudio y confirmar su participación informada, consentimiento por escrito. Nota: Un hombre, de edad de 27 años, participó en el estudio. El participante tuvo la visión normal, era un amputado por debajo del codo a la izquierda, y era un usuario experimentado (uso 4 años en total prótesis). Antes de iniciar este estudio la prótesis que utiliza a diario era una prótesis de mano mioeléctrica de 4 canales con la rotación de la muñeca de 12 a 15 horas por día durante 15 meses. La mano derecha del participante había sido reconstruida quirúrgicamente, pero no tenía otro impedimento físico o neurológico. 1. Diseño del estudio <ol><li> Dividir el estudio en dos sesiones: nd39, ve su uso, y utilizar después del entrenamiento estructurado. Nota: Esto es para permitir la comparación intra-sujetos antes y después del entrenamiento, respectivamente. </li><li> Asegúrese de que estas dos sesiones al menos tres meses de diferencia, a fin de ser tratados como independientes entre sí. </li><li> Al comienzo de ambas sesiones, ajustarse a un encaje hecho a medida y la prótesis al participante. Asegúrese de que los algoritmos de hardware y control de prótesis coinciden con los que se detallan en la sección Materiales de este protocolo. Asegúrese de que el participante no es capaz de utilizar la prótesis a medida en el tiempo intermedio entre las sesiones. </li><li> Entrenar al paciente de acuerdo con los pasos descritos en el Naïve sesión y secciones sesión de entrenamiento estructurados de este protocolo. Al comienzo de cada una de estas sesiones, calibrar el hardware protésico. Utilice los datos de calibración recogidos para el control de prótesis en tiempo real. </li><li> Una vez que el Naïve sesión y sesión de entrenamiento estructurado están completos, evaluar el parendimiento de rticipant mediante el Procedimiento de Evaluación de Mano Southampton (SHAP) medida de resultado. 23 Comparar las puntuaciones SHAP a una medida de referencia que utilizan prótesis estándar del participante (obtenido antes de las sesiones, ya sea de formación). </li></ol> 2. Materiales <ol><li> Montar el participante con una toma hecha a la medida. Adjuntar una prótesis disponible comercialmente de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Equipar la prótesis de mano con los componentes del prototipo que permiten la flexión de la muñeca accionada, extensión y rotación. Esto permite que el participante para controlar la mano con 3,5 grados de libertad (GDL) (Tabla 1). Nota: En este experimento se utilizó un Michaelangelo Mano (Ver Lista de Materiales). Otros dispositivos de terminal capaz de muñeca rotación, flexión y extensión, junto con las funciones de agarre estándar también sería apropiado. </li><li> Grabar EMG señales utilizando ocho electrodos de señal en bruto equidistante colocados alrededor del muñón,y un sistema de a bordo de decodificación en la velocidad de muestreo de 1000 Hz y digitalizada con la profundidad de 10 bits. Realizar el filtrado y la amplificación inicial dentro de los propios electrodos de acuerdo con las especificaciones del proveedor. Utilice un ordenador personal (PC) para llevar a cabo el procesamiento principal, que comunica con el hardware de adquisición y controla la prótesis a través de una conexión inalámbrica. Nota: En este estudio, los electrodos de superficie EMG y sistema de decodificación de a bordo (AxonBus) utilizados eran de Otto Bock. Otros fabricantes de dispositivos similares también serían apropiados. La conexión inalámbrica era a través de Bluetooth, y del mismo modo otras modalidades se podría aplicar. </li></ol> 3. Algoritmo de control <ol><li> Usa un algoritmo de control que proporciona un control de prótesis simultánea y proporcional a través de múltiples DoFs. 21 El algoritmo utilizado en este estudio fue un paradigma de hacer la toma de dos etapas, de modo que el movimiento dependiente del contexto de estimación era posible. </li><li>Tras la formación del sistema, que contiene todos los movimientos DOF ​​individuales controlables, grabar un electromiograma entrante (EMG). </li><li> En la primera etapa, evaluar la información dimensional intrínseca del movimiento destinado basado en la distancia de Mahalanobis del vector de características EMG recién calculada a partir de los datos de entrenamiento. Tomar una decisión en cuanto a si la intención del usuario ha sido realizar una multa de 1 Kelvin o una simultánea de movimiento 2-DOF grueso. Nota: la distancia de Mahalanobis de un vector de características x a la clase i con la clase refiero vector μ i y la matriz de covarianza Σ i se calcula como: <img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/52968/52968eq1.jpg" /> Como se describe en Amsuess et al, el vector de características recién calculado se asigna al espacio dimensional de alta y la distancia de Mahalanobis del punto de transformarse en cualquiera de los puntos de clase capacitados se toma como medida de la novedad. 21 Un empíricamentedeterminado umbral para que la distancia da la decisión de novedad (2-DOF) o no (1-DOF). </li><li> En la segunda etapa, en base a la decisión anterior, utilizar uno de los dos estimadores paralelas - una relativa a los movimientos secuenciales (SEQ-E) y los demás movimientos simultáneos manipulación (SIM-E) - para proporcionar las señales de control para la prótesis. Nota: SEQ-E es, en esencia, un estimador proporcional (es decir, la fuerza de las contracciones musculares), basado en los patrones espaciales comunes (CSP) 21, mientras que SIM-E es un regresor lineal, que dirige simultáneamente 2 DoFs de la muñeca. </li></ol> Marco 4. Software Nota: El marco de software utilizado en este estudio permitió la manipulación de la comunicación entre el hardware protésica y el algoritmo de control incorporado. También ofrece herramientas de formación visual de apoyo necesarios para maximizar la formación de los participantes. <ol><li> Muestra la media cuadrática (RMS) de la ESeñales MG recogen de los 8 electrodos equidistantemente colocados en una forma de un diagrama polar de EMG amplitud en función de la ubicación del electrodo. Esta información visual permite un fácil monitoreo de la distribución espacial de la EMG en el plano transversal del antebrazo. El uso de una configuración de este tipo, cada uno de los movimientos del usuario de esta manera puede provocar un patrón distinto 22 en el diagrama polar, que puede ser guardado y utilizado para entrenar para la repetibilidad del gesto específico. Nota: El marco permite la recogida de datos de EMG de la manera estándar de reconocimiento de patrones 23 Para cada uno de los canales EMG los RMS más de 40 ms se calcula como. <img alt="Ecuación 2" src="/files/ftp_upload/52968/52968eq2.jpg" /> resultando en observaciones para cada ventana de conjunto. </li><li> Para la calibración inicial recogen los valores máximo a largo plazo de contracción voluntaria (mlvc) para cada finalidad movimiento. Preguntar al participante mediante el uso de la mano de la demostración para realizarel movimiento deseado mientras que da instrucciones vocales y visuales durante 5 segundos. </li><li> Después de la calibración, presentar al participante con un conjunto de señales trapezoidales. Estos perfiles de fuerza contienen conjunto mesetas en 30%, 60% y 90% del máximo calibrado. </li><li> Dentro de cada ensayo, instruir al participante para dirigir el puntero rojo a lo largo de la señal mediante la modulación del nivel de fuerza del movimiento se le pida (Figura 1). La posición vertical del puntero corresponde a los valores RMS sumadas a través de los ocho canales. Establezca la duración del ensayo a 5 segundos con intervalo de meseta correspondiente a la media de 3 seg. </li></ol> 5. Naïve Sesión Nota: Durante la sesión de entrenamiento ingenuo, el participante no tenía experiencia previa del esquema de control de prótesis utilizada en este estudio. <ol><li> No le dé al participante una formación clínica formal, pero sólo instruir a que 8 acciones del miembro residual, de los cuales uno es un estado de reposo,permitirá el control de un objetivo visual en una pantalla de ordenador. Estas tareas son similares a los utilizados en el reconocimiento clásico patrón de los enfoques para el control de prótesis 23, y para los métodos del participante en este estudio tenía aproximadamente 60 horas de experiencia previa. </li><li> Mostrar los movimientos requeridos en la pantalla en función de texto y una imagen estática mientras que después de una señal visual (Figura 1). </li><li> Mostrar el participante sus patrones de activación EMG, que corresponden a ocho diagramas polares específicas y únicas (Figura 2). </li><li> Utilice las instrucciones audibles para animar a los participantes a seguir la pista visual. Estas instrucciones audibles deben ser idénticas si se utiliza en la sesión de entrenamiento estructurado. </li><li> Repetir las tareas tres veces con distintas posiciones del brazo (relajado, llegando delante, llegando al otro lado) para mejorar la formación del sistema. Tenga en cuenta que hay 8 acciones diferentes y tres niveles de fuerza, una vez que todas las posiciones de los brazos están cubiertos,entrada de la formación del sistema resume el total de 72 muestras individuales. </li><li> Una vez terminado, permitirá al participante la oportunidad de practicar el control en tiempo real antes de completar la evaluación de los resultados SHAP. </li><li> Asegúrese de que el participante no tiene acceso a los algoritmos de prótesis y de control a medida más allá del final de la sesión ingenuo. </li></ol> 6. Estructurado Sesión de Entrenamiento <ol><li> Tres meses después de la sesión ingenuo, lleve a cabo una sesión de entrenamiento estructurado. </li><li> Estructure la sesión en los siguientes pasos ordenados (Figura 3): <ol><li> Por imitación, instruir al participante directamente imitar las ocho acciones deseadas (Tabla 1) realizado por el demostrador en tiempo real. Ejecutar cada acción durante 3 s. </li><li> Por repetición, pida al participante para repetir la acción que ha sido imitado 10 veces, por lo que cada acción se realiza durante 30 segundos. </li><li> Para refuerzo y de computación sysformación tem, pide al participante que ahora comprometerse con retroalimentación visual de la computadora, que es exactamente la misma configuración que la sesión Naive. Asegúrese de que no hay diferencia entre estas dos secciones. </li><li> Para el control de prótesis, pida a los participantes a practicar el control en tiempo real de la prótesis personalizada antes de completar la evaluación de resultados. </li></ol></li><li> Durante la imitación, la capacidad para el participante en un ángulo de 45 ° respecto a la demostración y proporcionar una visión completa y sin obstrucciones de la mano del manifestante que coincida con el lado afectado de la participante durante todas las acciones (Figura 4). No hay señales visuales desde una pantalla de ordenador deben estar a disposición del participante en este momento. </li><li> Por repetición, durante las acciones de los participantes, tiene el demostrador observar la correspondiente actividad EMG representado por los diagramas polares de cada movimiento (Figura 4). Una vez que el manifestante ha determinado que el PARTICIPANt puede producir patrones únicos y repetibles de activación EMG para cada movimiento, pida al participante que repita las acciones durante 30 segundos sin señales visuales. Nota: Hay un total de 8 acciones únicas - siete de ellos (pronación de la muñeca / supinación, flexión de la muñeca / de extensión, mano abierta, jefe grip y fino sujetador) que requieren la activación muscular, y el octavo es ninguna acción que representa un estado de relajación constante. </li><li> Después del entrenamiento de refuerzo y sistema informático, presentar al participante con retroalimentación visual de sus ocho acciones, tal y como se vio en la sesión de ingenuo, que corresponden a los ocho diagramas polares únicas y específicas sobre la pantalla del ordenador (Figura 3). Para ajustar el rendimiento, pida al participante para realizar las acciones mientras ve los diagramas polares en tiempo real con superposiciones en movimiento grabadas para reforzar el aprendizaje, típicamente entre 2-4 intentos para cada movimiento. Una vez seguros de que el participante puede entonces completar las mismas tareas exactas que eran perf<html> Ormed en la sesión de ingenuo. </li></ol> 7. Prótesis de control <ol><li> Utilice los conjuntos de datos de entrenamiento de cada sesión para calibrar y ajustar la prótesis para el control en tiempo real. </li><li> Inicialmente, sólo permiten el participante para controlar las prótesis por control proporcional secuencial, es decir, un movimiento a la vez, con la velocidad del dispositivo proporcional a los niveles de las contracciones musculares. </li><li> Una vez que cada uno de los ocho acciones se llevan a cabo de una manera repetible y fiable, cambiar el esquema de control a control proporcional y simultánea, lo que permite más de un movimiento de la muñeca a la vez. </li><li> Haga que las tareas simples de la práctica de los participantes, tales como recoger una botella y colocándola en su lado (2 intentos es suficiente). Permitir un período de descanso antes de realizar la evaluación de los resultados. En el caso de este estudio, 2 horas de descanso para la sesión de ingenuo, y 24 horas de descanso para la sesión estructurada. </li></ol>TÍTULO &quot;&gt; 8. Resultado Medida <ol><li> Evaluar la función de la extremidad superior mundial tanto en las sesiones de entrenamiento ingenuos y estructurados utilizando el SHAP, que supervisa la mano y la función de la extremidad superior estrechamente relacionados con las actividades de la vida diaria (AVD). Las tareas realizadas en el SHAP incluyen luz y manipulación de objetos pesados, así como tareas de ADL como cortar un objeto con un cuchillo o deshacer botones. El SHAP ha sido validado para la evaluación de la función de la mano patológica y prótesis. 24 Nota: Esta medición fue elegido como el participante en este estudio se ha seguido de forma rutinaria con esta medida de resultado por su equipo clínico. </li></ol>

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E., Panayiotou, A., Crewther, D., Puce, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Common+and+distinct+brain+activation+to+viewing+dynamic+sequences+of+face+and+hand+movements.">Common and distinct brain activation to viewing dynamic sequences of face and hand movements.</a> NeuroImage. 37 (3), 966-973 (2007).</li><li>Binkofski, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fronto-parietal+circuit+for+object+manipulation+in+man:+Evidence+from+an+fMRI-study.">A fronto-parietal circuit for object manipulation in man: Evidence from an fMRI-study.</a> European Journal of Neuroscience. 11 (9), 3276-3286 (1999).</li><li>Iacoboni, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+Mechanisms+of+Human+Imitation.">Cortical Mechanisms of Human Imitation.</a> Science. 286 (5449), 2526-2528 (1999).</li></ol>

Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.

Nuestros hallazgos sugieren que el participante en este estudio que el entrenamiento estructurado ayudó a mejorar el control de una prótesis de mano multifuncional durante una sola sesión. El programa estructurado utilizado aquí fue una combinación de la imitación, la repetición y el refuerzo de los movimientos de la mano que el participante no pudo completar con la mano tradicional protésico. Aunque el participante anotó más alto con su prótesis tradicional en la prueba de SHAP, ...

Sustitución función de la mano en amputados es una tarea difícil. La coordinación de movimientos de la mano altamente cualificados no es una habilidad innata, y toma humanos años de aprender a desarrollar. 1-5 Después de la pérdida traumática de un lado, replicando esta capacidad por medio de prótesis no es una tarea trivial y puede requerir un período de aprendizaje sostenido . Diseño de prótesis y los métodos de interfaz para su control están sujetos a rápidas innovaciones tecnológicas, con el objetivo de control de múltiples funciones de una manera natural. 6 La complejidad de estos sistemas de control aumenta sustancialmente para proporcionar más funciones para los amputados. Para garantizar un control preciso de estos sistemas, y para reducir el abandono de las nuevas tecnologías, la capacitación adecuada debe ser establecida. Esto es probable que tenga más éxito si se basa en estrategias de aprendizaje inherentes a los amputados. La visión puede desempeñar un papel importante durante leADVERTENCIA de movimientos de la mano. Los estudios de comportamiento han demostrado que mediante la observación de las acciones de los otros 7 u 8 utilizando señales visuales, las personas sin discapacidad aprenden y coordinar nuevos movimientos. A través de un proceso de observación, comprensión y ejecución de una acción observada, los individuos son capaces de imitar las acciones de otros. Redes corticales específicas, que pueden incluir un sistema de neuronas espejo (MNS), se cree que la base de esta capacidad, y pueden tener un papel en el control de las prótesis. 9.11 El papel de la imitación no sólo podría limitarse a la ejecución de las acciones que ya se han visto, pero junto con los MNS, permite la ejecución de movimientos que aún no han sido observados, pero extrapolados de repertorio motor del observador. 12 En realidad, la imitación no necesariamente sea ​​una habilidad innata, sino un devengo de las habilidades motoras a través del tiempo que llevan a acciones experimentados y sofisticados. El 13 strength de observar las acciones, más simplemente imaginando ellos, se ha demostrado que mejora el aprendizaje de nuevas tareas. 14 Por lo tanto, la imitación puede ser un enfoque pragmático para amputados de formación, ya que la evidencia sugiere que un proceso dirigido meta 15, con el objetivo en el centro de rehabilitación de permitir función de la mano protésica útil. Estudios de rehabilitación han demostrado por separado que las señales visuales, tales como simulaciones virtuales de una prótesis de mano, animan amputados durante el entrenamiento de rehabilitación. 16 Además, el uso de la repetición cuando se llevó a cabo en un paradigma bloqueado Se ha demostrado que permitir un aprendizaje rápido de prótesis del miembro superior control. 17 Mientras simulaciones virtuales han demostrado ser igual de efectiva que el control real de manos protésicas para permitir a los usuarios con capacidades corporales para controlar dispositivos mioeléctricos, 18 su efecto sobre amputados utilizando medidas de resultado estandarizadas no está claro. Por último, cuando los protocolos para AMPU miembro superiorexiste formación tación, no se discute explícitamente el papel de la imitación en el aprendizaje del control de prótesis. 19,20 Este estudio apunta a la comprensión de que el uso de la imitación, en combinación con la repetición y el refuerzo, tiene un impacto positivo en el aprendizaje del control de prótesis multifuncional como parte de un programa de formación estructurado. Presentado en el presente documento es un informe de un caso de un amputado radial que fue entrenado para usar una prótesis de mano multifuncional. El participante se había convertido previamente acostumbrados a operar prótesis mioeléctrica tradicionales. El uso de señales visuales, tanto en la forma de imitación de un manifestante saludable y tan simple información visual equipo, el amputado mejoró rápidamente el manejo de su nuevo dispositivo.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Michelangelo Hand</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>8E500=L-M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxonRotation</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>9S503</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wrist Flexor</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxonMaster</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>13E500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>13E200=50AC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ScissorFenceElectrodeCarrier</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acquisition Software</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon shaft</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a structured rehabilitation protocol for improved multifunctional prosthetic control: a case study

Los avances en sistemas robóticos han dado lugar a prótesis para la extremidad superior que puede producir movimientos multifuncionales. Sin embargo, estos sistemas sofisticados requieren amputados de extremidades superiores para aprender esquemas de control complejos. Los seres humanos tienen la capacidad de aprender nuevos movimientos a través de la imitación y otras estrategias de aprendizaje. Este protocolo describe un método de rehabilitación estructurado, que incluye la imitación, la repetición y aprendizaje por refuerzo, y tiene como objetivo evaluar si este método puede mejorar el control de prótesis multifuncional. A la izquierda debajo amputado codo, con 4 años de experiencia en el uso de prótesis, tomaron parte en este estudio de caso. La prótesis utilizada fue una mano de Miguel Ángel con la rotación de la muñeca y las características adicionales de flexión de la muñeca y extensión, lo que permitió más combinaciones de movimientos de la mano. Puntuación de Procedimiento de Evaluación de Southampton mano del participante mejoró 58-71 después del entrenamiento estructurado. Esto sugiere que un protocolo de entrenamiento estructurado de imitación, la repetición y el refuerzo pueden tener un papel en aprender a controlar una nueva prótesis de mano. Sin embargo un estudio clínico más grande se requiere para apoyar estos hallazgos.

El rendimiento SHAP línea de base del participante con su prótesis diaria fue de 81 cuando se mide por el personal clínico 8 meses antes de la prueba. Una puntuación SHAP de 100 representa función de la mano sin discapacidad. 24 El participante obtuvo un puntaje general SHAP de 58 durante la sesión de ingenuo con el sistema de control de la prótesis más avanzada. Sin embargo, 3 meses después y sin más interacción con el nuevo sistema, además de la formación estructurada, el participante logra una...

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A Structured Rehabilitation Protocol for Improved Multifunctional Prosthetic Control: A Case Study

As prosthetic development moves towards the goal of natural control, harnessing amputees&#8217; inherent ability to learn new motor skills may enable proficiency. This manuscript describes a structured rehabilitation protocol, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning strategies, for improved multifunctional prosthetic control.

Un protocolo de rehabilitación estructurado para Mejorar Multifuncional protésica Control: Un estudio de caso

Advances in robotic systems have resulted in prostheses for the upper limb that can produce multifunctional movements. However, these sophisticated ...

a-structured-rehabilitation-protocol-for-improved-multifunctional

Research

JoVE Journal

Behavior

9.3K vistas.  Christian Doppler Laboratory for Restoration of Extremity Function. As prosthetic development moves towards the goal of natural control, harnessing amputees’ inherent ability to learn new motor skills may enable proficiency. This manuscript describes a structured rehabilitation protocol, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning strategies, for improved multifunctional prosthetic control.

Video: A Structured Rehabilitation Protocol for Improved Multifunctional Prosthetic Control: A Case Study

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. Higher cognitive functions that require precise control over sensorimotor responses such as decision-making and attentional modulation, however, are typically assessed in nonhuman primates. Despite the richness of primate behavior that allows multiple variants of these functions to be studied, the rodent model remains an attractive, cost-effective alternative to primate models. Furthermore, the ability to fully automate operant conditioning in rodents adds unique advantages over the labor intensive training of nonhuman primates while studying a broad range of these complex functions.
Here, we introduce a protocol for operantly conditioning rats on performing working memory tasks. During critical epochs of the task, the protocol ensures that the animal's overt movement is minimized by requiring the animal to 'fixate' until a Go cue is delivered, akin to nonhuman primate experimental design. A simple two alternative forced choice task is implemented to demonstrate the performance. We discuss the application of this paradigm to other tasks.

A fully automated protocol for rodent operant conditioning is proposed. The protocol relies on precise temporal control of behavioral events to investigate the extent to which this control influences neural activity underlying sensorimotor integration and cognitive control experiments.

Un sistema totalmente automatizado Protocolo acondicionado Roedor de Sensorimotor Integración y control de los experimentos cognitivos

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

Investigación

Comportamiento

The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, modifications to the standard task, can be used to systematically tax the neural systems controlling either attention or impulse control. Importantly, these challenges have consistent effects on behavior across laboratories in intact animals and can reveal either enhancements or deficits in cognitive function that are not apparent when rats are only tested on the standard task. The variety of behavioral measures that are collected can be used to determine if other factors (i.e., sedation, motivation deficits, locomotor impairments) are contributing to changes in performance. The versatility of the 5CSRTT is further enhanced because it is amenable to combination with pharmacological, molecular, and genetic techniques.

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, which are modifications of the standard task, increase flexibility of the task and can be combined with other manipulations to more fully characterize behavior.

El 5-Choice Reacción Serial Tiempo de tareas: una tarea de atención y control de los impulsos para Roedores

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. ...

A Protocol for Housing Mice in an Enriched Environment

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent studies demonstrate that environmental enrichment decreases adiposity, increases energy expenditure, resists diet induced obesity, and causes cancer remission and inhibition in mice. EE typically consists of larger living space, a variety of &#8216;toys&#8217; to interact with, running wheels, and can include a number of other novel environmental changes. All of this fosters a more complex social engagement, cognitive and physical stimulations. Importantly, the toy location and type of toy is changed regularly, which encourages the mice to adapt to a frequently changing and novel environment. Many variables can be manipulated in EE to promote health effects in mice. Thus these approaches are difficult to control and must be properly managed to successfully replicate the associated phenotypes. Therefore, the goal of this video is to demonstrate how EE is properly set up and maintained to assure a complex, challenging, and controlled environment so that other researchers can easily reproduce the protective effects of EE against obesity and cancer.

Environmental enrichment for mice requires a complex and challenging setup, as well as comprehensive husbandry and handling techniques to assure robust metabolic and anti-cancer effects in the mice. This protocol provides detailed procedures to reproduce the above mentioned effects in mice.

Un Protocolo para ratones Viviendas en un ambiente enriquecido

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular function include transcranial magnetic stimulation, electromyography, and three-dimensional motion capture. The advent of readily available and cost-effective virtual reality solutions has expanded the capabilities of researchers in recreating &#8220;real-world&#8221; environments and movements in a laboratory setting. Naturalistic movement analysis will not only garner a greater understanding of motor control in healthy individuals, but also permit the design of experiments and rehabilitation strategies that target specific motor impairments (e.g. stroke). The combined use of these tools will lead to increasingly deeper understanding of neural mechanisms of motor control. A key requirement when combining these data acquisition systems is fine temporal correspondence between the various data streams. This protocol describes a multifunctional system&#8217;s overall connectivity, intersystem signaling, and the temporal synchronization of recorded data. Synchronization of the component systems is primarily accomplished through the use of a customizable circuit, readily made with off the shelf components and minimal electronics assembly skills.

Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

Configuración de múltiples funciones para el estudio de control de motores Humano Usando estimulación magnética transcraneal, electromiografía, Captura de movimiento, y Realidad Virtual

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Event-related Potentials During Target-response Tasks to Study Cognitive Processes of Upper Limb Use in Children with Unilateral Cerebral Palsy

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral motor impairments that are frequently dominated in the upper limb. In addition to a reduced movement capacity of the affected upper limb, several children with unilateral CP show a reduced awareness of the remaining movement capacity of that limb. This phenomenon of disregarding the preserved capacity of the affected upper limb is regularly referred to as Developmental Disregard (DD). Different theories have been postulated to explain DD, each suggesting slightly different guidelines for therapy. Still, cognitive processes that might additionally contribute to DD in children with unilateral CP have never been directly studied. The current protocol was developed to study cognitive aspects involved in upper limb control in children with unilateral CP with and without DD. This was done by recording event-related potentials (ERPs) extracted from the ongoing EEG during target-response tasks asking for a hand-movement response. ERPs consist of several components, each of them associated with a well-defined cognitive process (e.g., the N1 with early attention processes, the N2 with cognitive control and the P3 with cognitive load and mental effort). Due to its excellent temporal resolution, the ERP technique enables to study several covert cognitive processes preceding overt motor responses and thus allows insight into the cognitive processes that might contribute to the phenomenon of DD. Using this protocol adds a new level of explanation to existing behavioral studies and opens new avenues to the broader implementation of research on cognitive aspects of developmental movement restrictions in children.

Several children with unilateral Cerebral Palsy seem to disregard the preserved capacity of their affected upper limb. This Developmental Disregard is extensively described in the literature but the involved cognitive processes have not been studied. To study underlying cognitive factors of upper limb control, an event-related potential protocol was developed.

Potenciales relacionados con eventos durante las tareas de Target-respuesta para estudiar los procesos cognitivos de las extremidades superiores uso en niños con parálisis cerebral unilateral

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral ...

Protocol for Data Collection and Analysis Applied to Automated Facial Expression Analysis Technology and Temporal Analysis for Sensory Evaluation

We demonstrate a method for capturing emotional response to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial expression analysis (AFEA) software. Additionally, we demonstrate a method for extracting relevant emotional data output and plotting the emotional response of a population over a specified time frame. By time pairing each participant's treatment response to a control stimulus (baseline), the overall emotional response over time and across multiple participants can be quantified. AFEA is a prospective analytical tool for assessing unbiased response to food and beverages. At present, most research has mainly focused on beverages. Methodologies and analyses have not yet been standardized for the application of AFEA to beverages and foods; however, a consistent standard methodology is needed. Optimizing video capture procedures and resulting video quality aids in a successful collection of emotional response to foods. Furthermore, the methodology of data analysis is novel for extracting the pertinent data relevant to the emotional response. The combinations of video capture optimization and data analysis will aid in standardizing the protocol for automated facial expression analysis and interpretation of emotional response data.

A protocol for capturing and statistically analyzing emotional response of a population to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial expression analysis software is described.

Protocolo para la Recolección de Datos y Análisis Aplicado a Automatizado facial Tecnología de Análisis de Expresión y Análisis temporal para la Evaluación Sensorial

We demonstrate a method for capturing emotional response to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial ...

Tickling, a Technique for Inducing Positive Affect When Handling Rats

Handling small animals such as rats can lead to several adverse effects. These include the fear of humans, resistance to handling, increased injury risk for both the animals and the hands of their handlers, decreased animal welfare, and less valid research data. To minimize negative effects on experimental results and human-animal relationships, research animals are often habituated to being handled. However, the methods of habituation are highly variable and often of limited effectiveness. More potently, it is possible for humans to mimic aspects of the animals&#39; playful rough-and-tumble behavior during handling. When applied to laboratory rats in a systematic manner, this playful handling, referred to as tickling, consistently gives rise to positive behavioral responses. This article provides a detailed description of a standardized rat tickling technique. This method can contribute to future investigations into positive affective states in animals, make it easier to handle rats for common husbandry activities such as cage changing or medical/research procedures such as injection, and be implemented as a source of social enrichment. It is concluded that this method can be used to efficiently and practicably reduce rats&#39; fearfulness of humans and improve their welfare, as well as reliably model positive affective states.

This article demonstrates the standardized application of playful handling, a tickling technique designed to mimic rat rough-and-tumble play. This technique is effective at reducing fearful reactions to humans and generating positive affect when rats are handled for common husbandry activities and medical and research procedures such as injection.

Cosquillas, una técnica para la inducción de afecto positivo al manipular las ratas

Handling small animals such as rats can lead to several adverse effects. These include the fear of humans, resistance to handling, increased injury risk ...

A Novel Single Animal Motor Function Tracking System Using Simple, Readily Available Software

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor deficits. Motor impairments were manually quantified through an open field grid test to measure the gross motor function and through a ladder test to measure the fine motor function. Here, we discuss a technique for the automated quantification of the video-recorded tests using our custom Capadona Behavioral Video Analysis System: Grid and Ladder Test, or BVAS. Leveraging simple and readily available coding software (see the Table of Materials), this program allows for the tracking of a single animal on both the open field grid and the ladder tests. In open field grid tracking, the code thresholds the video for intensity, tracks the position of the rat over the 3 min duration of the grid test, and analyzes the path. It then computes and returns measurements for the total distance traveled, the maximum velocity achieved, the number of left- and right-handed turns, and the total number of grid lines crossed by the rat. In ladder tracking, the code again thresholds the video for intensity, tracks the movement of the rat across the ladder, and returns calculated measurements including the time it took the rat to cross the ladder, the number of paw slips occurring below the plane of the ladder rungs, and the incidence of failures due to stagnation or reversals. We envision that the BVAS developed here can be employed for the analysis of motor function in a variety of applications, including many injury or disease models.

The current study aimed to automate the quantification of motor deficits in rats. The initial evaluation model assesses motor loss resulting from an intracortical microelectrode implantation in the motor cortex. We report on the development and use of a tracking algorithm using easily adaptable, simple, and readily available coding software.

Una novela única función Motor Animal utilizando el Software Simple, fácilmente disponible del sistema de seguimiento

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor ...

A Wind Tunnel for Odor Mediated Insect Behavioural Assays

Olfaction is the most important sensory mechanism by which many insects interact with their environment and a wind tunnel is an excellent tool to study insect chemical ecology. Insects can locate point sources in a three-dimensional environment through the sensory interaction and sophisticated behavior. The quantification of this behavior is a key element in the development of new tools for pest control and decision support. A wind tunnel with a suitable flight section with laminar air flow, visual cues for in-flight feedback and a variety of options for the application of odors can be used to measure complex behaviour which subsequently may allow the identification of attractive or repellent odors, insect flight characteristics, visual-odor interactions and interactions between attractants and odors lingering as background odors in the environment. A wind tunnel holds the advantage of studying the odor mediated behavioural repertoire of an insect in a laboratory setting. Behavioural measures in a controlled setting provide the link between the insect physiology and field application. A wind tunnel must be a flexible tool and should easily support the changes to setup and hardware to fit different research questions. The major disadvantage to the wind tunnel setup described here, is the clean odor background which necessitates special attention when developing a synthetic volatile blend for field application.

Here, we describe the construction and use of a wind tunnel for odor mediated behavioural assays with insects. The wind tunnel design facilitates the release of odor sources by several methods, with and without visual stimuli. Wind tunnel experiments are important methods to identify behaviorally active volatile chemicals.

Un túnel de viento para olor mediada por insectos ensayos conductuales

Olfaction is the most important sensory mechanism by which many insects interact with their environment and a wind tunnel is an excellent tool to study ...

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Over the last decade, employing computer animations for animal behavior research has increased due to its ability to non-invasively manipulate the appearance and behavior of visual stimuli, compared to manipulating live animals. Here, we present the FishSim Animation Toolchain, a software framework developed to provide researchers with an easy-to-use method for implementing 3D computer animations in behavioral experiments with fish. The toolchain offers templates to create virtual 3D stimuli of five different fish species. Stimuli are customizable in both appearance and size, based on photographs taken of live fish. Multiple stimuli can be animated by recording swimming paths in a virtual environment using a video game controller. To increase standardization of the simulated behavior, the prerecorded swimming path may be replayed with different stimuli. Multiple animations can later be organized into playlists and presented on monitors during experiments with live fish.
In a case study with sailfin mollies (Poecilia latipinna), we provide a protocol on how to conduct a mate-choice copying experiment with FishSim. We utilized this method to create and animate virtual males and virtual model females, and then presented these to live focal females in a binary choice experiment. Our results demonstrate that computer animation may be used to simulate virtual fish in a mate-choice copying experiment to investigate the role of female gravid spots as an indication of quality for a model female in mate-choice copying.
Applying this method is not limited to mate-choice copying experiments but can be used in various experimental designs. Still, its usability depends on the visual capabilities of the study species and first needs validation. Overall, computer animations offer a high degree of control and standardization in experiments and bear the potential to &#39;reduce&#39; and &#39;replace&#39; live stimulus animals as well as to &#39;refine&#39; experimental procedures.

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Using the novel FishSim Animation Toolchain, we present a protocol for non-invasive visual manipulation of public information in the context of mate-choice copying in sailfin mollies. FishSim Animation Toolchain provides an easy-to-use framework for the design, animation and presentation of computer-animated fish stimuli for behavioral experiments with live test fish.

Utilizando la cadena de herramientas de animación de FishSim para investigar el comportamiento de pescado: un estudio de caso en la elección de pareja copia en Mollies aletón