NIH NIBIB RO1: 1R01EB009103-01 Programme de formation clinique neuroingénierie (1 T90 DK070079-01) Wallace H Coulter Fondation NIH Prix institutionnel des sciences clinique et translationnelle NIH / NCRR 1KL2RR025012-01 Wisconsin Alumni Research Foundation

Procédure expérimentale <ol><li> Reliant les électrodes EEG <ol><li> Les électrodes seront fixés au cuir chevelu à l&#39;aide d&#39;un plafond d&#39;EEG, ce qui simplifie le processus de s&#39;assurer que les électrodes sont au bon endroit sur le cuir chevelu, comme spécifié par le système 10-20 internationale. </li><li> Pour placer le bouchon, marquer le sommet sur le cuir chevelu du sujet à l&#39;aide d&#39;un stylo feutre ou autre méthode similaire. Pour ce faire, commencer par localiser le nasion et inion sur le sujet. En utilisant un ruban à mesurer, calculer la distance entre ces deux endroits. La mi-chemin entre les deux points, soit 50% de la distance, est le sommet. Faire une marque à ce point pour référence ultérieure. Autre 10-20 points peuvent être situés de façon similaire. </li><li> Trouvez l&#39;électrode Cz sur le bouchon, et le positionner sur le vertex. Garder fixes Cz, glisser le capuchon sur la tête. Assurez-vous que les électrodes Fz, Cz, Pz et sont sur la ligne médiane du cuir chevelu, et que les électrodes O1-O2 sont horizontales et le niveau d&#39;Oz, et que FP1-Fp2 sont au niveau Fpz. </li><li> Maintenant fixer l&#39;électrode de référence, qui généralement se clipse sur un lobe d&#39;oreille. </li><li> Ensuite, les électrodes sont remplies avec un gel conducteur de telle sorte que les électrodes faire un contact de faible impédance avec le cuir chevelu. Pour ce faire, une petite seringue avec une aiguille atraumatique est rempli avec le gel. En outre, il peut être utile de voir les traces EEG sur l&#39;écran d&#39;ordinateur pendant que le gel est appliqué pour déterminer si la connexion est bonne. </li><li> Insérez l&#39;aiguille dans une électrode, et doucement le cuir chevelu abraser avec l&#39;aiguille pour enlever toute la peau morte. Remplir l&#39;électrode avec une petite quantité de gel, en faisant attention à ne pas trop remplir. Commencez avec l&#39;électrode de référence oreille, et répétez l&#39;opération pour toutes les électrodes, y compris le sol. </li><li> Vérifiez les impédances de tous les canaux, qui devraient tous être inférieure à 5 kQ. Cette méthode va varier en fonction du système d&#39;amplificateur particulier utilisé, mais il devrait être possible de vérifier l&#39;impédance soit par matériel ou par le biais BCI2000. </li><li> Si une électrode est de plus de 5 kQ, insérer l&#39;aiguille de nouveau, et abraser le cuir chevelu un peu plus. Il ne devrait pas être nécessaire d&#39;injecter plus de gel, sauf si il n&#39;ya pas de baisse de l&#39;impédance. </li></ol></li><li> Obtenir la fonction d&#39;étalonnage EEG <ol><li> Au début d&#39;une session, en particulier la première fois un sujet est testé, il est utile pour déterminer les caractéristiques EEG qui peut être utilisé pour contrôler une BCI. C&#39;est parce que bien que les propriétés de base de la Mu et Bêta rythmes EEG sont les mêmes pour toutes les personnes, ces caractéristiques varient d&#39;une personne à l&#39;autre, et doivent donc être calibré avant tout d&#39;autres expériences. </li><li> Lors de la séance de calibration, le sujet est chargé d&#39;imaginer les différents mouvements impliquant leurs mains ou les pieds, en réponse à des stimuli visuels présentés sur le moniteur. Pour commencer, le système informatique doit être configuré pour un double-mode moniteur, de sorte que l&#39;affichage du chercheur contient le logiciel de contrôle, et le second moniteur affiche la sortie expérimentale. </li><li> Démarrer BCI2000 du BCI2000Launcher en sélectionnant votre module source amplificateur, le module ARSignalProcessing, et le module StimulusPresentation. Dans cet exemple, nous utilisons le module gUSBampSource, qui contrôle l&#39;amplificateur g.USBamp. </li><li> Ajoutez les fichiers de paramètres pour votre sujet, l&#39;amplificateur et les tâches de dépistage du moteur. Celles-ci doivent être configurés à l&#39;avance, de sorte qu&#39;ils peuvent être simplement chargé, et l&#39;expérience peut commencer. </li><li> Une fois les fichiers de paramètres ont été ajoutés à la liste de fichiers dans BCI2000Launcher, appuyez sur le bouton Lancer. Si tout marche correctement, BCI2000 devrait commencer, une trace des données EEG devrait apparaître, et surveiller le sujet doit être vide avant le début de l&#39;expérience. </li><li> Pendant la session, l&#39;écran sera soit vide, ou l&#39;affichage d&#39;une instruction, comme «bras droit», «main gauche», «deux mains», ou L&#39;instruction va apparaître sur l&#39;écran pendant 3s &quot;les deux pieds.&quot;; Cours cette fois, le sujet doit constamment imaginer le mouvement. Les mouvements de la main doit être l&#39;ouverture et la fermeture de la main (par exemple, comme presser une balle de tennis), et le mouvement du pied doit être bouger les pieds avant et en arrière (par exemple, comme en appuyant sur une pédale de gaz avec les deux pieds). Lorsque l&#39;écran est vide, le corps doit être complètement détendu. </li><li> Pendant une course, chaque partie du corps est répété 20 fois. Idéalement, il devrait y avoir 100 points de données, ce qui signifie qu&#39;il devrait y avoir un total de 5 pistes. Avec les sessions multiples, moins pistes sont nécessaires, car le sujet est capable d&#39;accomplir la tâche imaginé mieux. </li></ol></li><li> Analyse des caractéristiques EEG <ol><li> Afin de déterminer quelles fonctionnalités EEG le sujet est capable de moduler volontairement afin de contrôler la BCI, les données d&#39;étalonnage sont analysés hors ligne en utilisant l&#39;outil d&#39;analyse BCI2000 Hors, inclus avec BCI2000. Cet outil convertit les données recueillies dans le domaine fréquentiel FeAturès, qui montre les fréquences et les lieux qui ont changé au cours des différents mouvements, et sont au maximum en corrélation avec les tâches. Ces fonctions peuvent ensuite être utilisés dans une expérience de BCI. </li><li> Pour déterminer quelles fonctionnalités doivent être utilisés, démarrez l&#39;outil BCI2000 analyse hors ligne. BCI2000 inclut un tutoriel complet pour l&#39;utilisation de l&#39;outil d&#39;analyse, qui devraient être consultés pour plus d&#39;informations. </li><li> Déterminer quelles fonctionnalités EEG sont fortement corrélés avec chaque mouvement en trouvant le r au carré de grandes valeurs dans les parcelles produite à partir de l&#39;outil d&#39;analyse. Les canaux et les bacs de fréquence avec le plus grand r-squared valeurs (par exemple, supérieure à 0,2) peut alors être sélectionné en tant que composante du signal de contrôle pour une direction particulière. Par exemple, les caractéristiques que le changement de la condition de droite doit être mis en place pour déplacer le curseur vers la droite de l&#39;écran. </li><li> Il est également important de se rappeler que le Mu / rythmes bêta diminution de l&#39;amplitude d&#39;un mouvement associé. Ainsi, afin de déplacer le curseur vers la droite, la direction des x positifs, cette fonctionnalité doit avoir un poids négatif qui lui est associé. </li><li> Les canaux et les fréquences choisies doivent être compatibles avec les propriétés connues des rythmes sensorimoteurs corticaux. C&#39;est, d&#39;importants changements correspondants aux mouvements de la main droite doit être imaginé vu au cours des controlatéral cortex (à gauche) du moteur, près de C3 et CP3 et centrée près de 8-12 Hz et / ou 18-28 Hz. De même, les mouvements de la main gauche devrait entraîner des changements plus à droite du cortex moteur sur la C4 et CP4 électrodes, et les mouvements du pied devrait apparaître plus Cz et CPZ. Si ces emplacements et les valeurs sont différentes, alors il est probable que certains bruits ou effets aléatoires a été mesurée, et ne doit pas être configuré comme une fonction de contrôle. </li><li> Pour chaque condition, les quatre plus grandes valeurs de r-squared devrait être choisi en fonction du numéro de canal et le numéro de bac. Les fréquences sont disposés en deux bacs Hz, donc une fonction avec une grande r-squared 10-12 Hz apparaîtrait dans bin 6. Avec ces valeurs dans la main, le système peut être configuré pour la tâche de contrôle du curseur. </li></ol></li><li> En ligne de configuration séance de rétroaction <ol><li> Configurer la session de déplacement du curseur dans le Lanceur BCI2000. </li><li> Avant de commencer l&#39;expérience, plusieurs paramètres doivent être configurés. Premièrement, le filtre spatial doit être configuré avec une référence commune à la moyenne. Pour ce faire, appuyez sur Config dans l&#39;opérateur BCI2000 pour faire apparaître la liste des paramètres, et appuyez sur l&#39;onglet Filtrage. </li><li> Aller à la SpatialFiltering, et changer le SpatialFilterType déroulante afin qu&#39;elle dit &quot;commune à la moyenne de référence (CAR).&quot; </li><li> Sous Sortie VOITURE SpatialFilter, la liste des noms de canaux ou les numéros sélectionnés lors de la séance de calibration. Par exemple, vous pouvez taper &quot;C3 C4 CP3 CP4 Cz CPZ&quot; (sans les guillemets), et BCI2000 saurez quels canaux à utiliser (à condition que les étiquettes de canaux sont énumérés sous la rubrique &quot;Noms Channel&quot; sur le terrain dans l&#39;onglet Source). </li><li> Ensuite, la matrice de classification doit être configuré pour utiliser les fonctions sélectionnées. Sous l&#39;onglet Filtrage, passer au paramètre classificateur et appuyez sur Modifier Matrix. </li><li> Le nombre de colonnes doit être fixé à 4, et le nombre de lignes doit être égal au nombre total de fonctions sélectionnées. Chaque rangée de matrice correspond à une caractéristique individuelle. </li><li> La première colonne doit contenir tous les noms de canal utilisé, par exemple, C3, C4, etc La deuxième colonne contient les bacs sélectionnés pour un contrôle. Il est possible entrer un numéro de casier ou de fréquence spécifique; entrer «6» ou «11Hz» sélectionnera le même bac, à condition que le paramètre BinWidth est &quot;2 Hz&quot; sous l&#39;onglet Source. La troisième colonne est le canal de sortie; une valeur de &quot;1&quot; correspond à un mouvement horizontal, et «2» correspond à un mouvement vertical. Les canaux C3, CP3, C4 et CP4 doit être mis à 1 pour une tâche de contrôle du curseur horizontal; C3, CP3, C4, CP4, Cz et CPZ devrait être fixé à 2 pour une tâche de contrôle du curseur vertical. Enfin, la quatrième colonne contient le poids fonctionnalité, et doit correspondre à la direction opposée destinée, par exemple, C3 et CP3 doivent être pondérées -1 pour déplacer le curseur vers la droite, et C4 et CP4 doit être pondérée de 1 à déplacer vers la gauche. Pour déplacer le curseur vers le bas, Cz et CPZ doivent être pondérées 1, et pour déplacer le curseur vers le haut, C3 et C4 doit être pondéré -1. </li></ol></li><li> Tâche du mouvement du curseur <ol><li> Maintenant que le système est configuré avec les paramètres corrects, il est temps de commencer la tâche expérimentale. </li><li> Le système est configuré de telle sorte que l&#39;une des quatre cibles apparaîtra pendant un procès. L&#39;objectif du sujet est de déplacer le curseur vers la bonne cible en utilisant des mouvements imaginés correspondant à la direction souhaitée de mouvement (par exemple, de droite pour aller à droite, les pieds se déplacer vers le bas, etc.) </li><li> Pour les premiers essais, le curseur est contraint à l&#39;axe de la cible. Autrement dit, si la cible est en haut ou en bas, il estseulement possible de déplacer le curseur vers le haut ou vers le bas, et si elle est à gauche ou à droite de l&#39;écran, le curseur ne peut être déplacé vers la gauche ou la droite. </li><li> Lorsque la course commence, la lettre &quot;T&quot; apparaît sur l&#39;écran pendant 2 secondes. Ensuite, l&#39;une des cibles apparaît pendant 1 seconde. </li><li> Après cette période de 1 seconde, le curseur apparaît dans le milieu de l&#39;écran. Le sujet utilise les mouvements appropriés imaginé pour diriger le curseur sur la cible. Si le sujet touche la cible, elle change de couleur. Sinon, le sujet a 5 secondes pour atteindre la cible avant la séance fois-out et est compté comme un échec. </li><li> Après le procès, il ya un 2 secondes entre les essais intervalle pendant lequel le sujet peut se détendre, clin, d&#39;avaler, ou autrement réajuster les positions. Pendant les essais, le mouvement devrait être maintenu à un minimum absolu pour réduire les artefacts de mouvement ou d&#39;artefacts musculaires. Il est également bénéfique pour s&#39;asseoir dans une pièce faiblement éclairée dans une chaise confortable. </li><li> Après 20 essais, BCI2000 entre dans un état suspendu. Pendant ce temps, il peut être nécessaire de réajuster certains paramètres si le sujet est incapable de bouger le curseur. </li><li> Si après 4 passages le sujet est toujours incapable de volitionally déplacer le curseur, il peut être nécessaire de ré-analyser les données recueillies dans l&#39;outil BCI2000 analyse hors ligne. Sélectionnez les nouveaux canaux et des fréquences sur la base des parcelles nouvelle fonctionnalité. Cela peut prendre plusieurs passages ou séances éventuellement plusieurs fois avant qu&#39;un sujet peut devenir compétent à la tâche. </li></ol></li></ol> Partie 6: Résultats du représentant: <ol><li> Les figures 1 et 2 montrent les valeurs r-squared et la topographie du cuir chevelu pour la procédure d&#39;étalonnage, en indiquant les voies et les bacs de fréquence doit être sélectionné pour le contrôle du curseur. </li><li> Un sujet formés doivent être capables de déplacer rapidement le curseur vers la cible montré dans 1 ou 2 secondes. </li></ol><img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig1.jpg" alt="Fig 1" /> Figure 1 A) et B) Topographie de variations spectrales dans la bande 10-12 Hz pendant les mouvements réels et imaginés avec la main droite. C) Le spectre de puissance sur C3 pendant le repos (en pointillés) et le mouvement (solide). D) Le R-carré de la puissance pendant le mouvement par rapport au reste. <img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig2.jpg" alt="Fig 2" /> Figure 2 Le r-squared travers tous les canaux d&#39;imaginer le mouvement de droite. L&#39;axe des x est la fréquence en deux bacs Hz de 0 à 70 Hz. L&#39;axe des y est le numéro du canal. La plus haute r-squared valeurs sont disponibles sur les canaux 9, 10, 17, 18 et 19, qui couvrent la zone de la main controlatérale du cortex moteur.

<ol>
	<li>Fabiani, G. E., McFarland, D. J., Wolpaw, J. R., Pfurtscheller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conversion+of+eeg+activity+into+cursor+movement+by+a+brain-computer+interface+(bci).">Conversion of eeg activity into cursor movement by a brain-computer interface (bci).</a> IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering. 12 (3), 331-338 (2004).</li><li>Wolpaw, J. R., McFarland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+a+two-dimensional+movement+signal+by+a+noninvasive+brain-computer+interface+in+humans.">Control of a two-dimensional movement signal by a noninvasive brain-computer interface in humans.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 101 (51), 17849-17854 (2004).</li><li>Schalk, G., McFarland, D. J., Hinterberger, T., Birbaumer, N., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bci2000:+a+general-purpose+brain-computer+interface+(BCI)+system.">Bci2000: a general-purpose brain-computer interface (BCI) system.</a> IEEE transactions on bio-medical engineering. 51 (6), 1034-1043 (2004).</li></ol>

<ol><li> Il est vital que les impédances d&#39;électrodes sont faibles, mais que trop de gel n&#39;a pas été utilisé pour abaisser l&#39;impédance. Un seul canal mauvaise peut affecter tous les autres par la référence commune à la moyenne. Si l&#39;impédance ne peut être réduit après plusieurs essais, il est recommandé une électrode rapide insérez être utilisé, qui peut simplement être insérée dans l&#39;électrode mauvaises par le trou que l&#39;aiguille est placée par le biais d&#39;injection du gel, et scellés en place...

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>BCI2000- Compatible Amplifer System</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>g.USBamp</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.gtect.at">http://www.gtect.at</a></td>
</tr>
<tr>
<td>BCI2000- Compatible Amplifer System</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Tucker-Davis Technology</td>
<td>Rx5 or Rx 7</td>
<td><a href="http://www.tdt.com">http://www.tdt.com</a></td>
</tr>
<tr>
<td>EEG cap</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Electro-cap International</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.electro-cap.com">http://www.electro-cap.com</a> At a minimum, the cap should have electrodes over hand and feet areas (C3, C4, and Cz). Additional channels can be used for control (CP3, CP4, CPz) and for spatial filtering as well, which will improve the signal quality.</td>
</tr>
<tr>
<td>Conductive gel</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Electro-cap International</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.electro-cap.com">http://www.electro-cap.com</a></td>
</tr>
<tr>
<td>PC</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Running Windows XP or Vista (at least Pentium 4, 2 GHz, 1 GB RAM)</td>
</tr>
<tr>
<td>Two monitors</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Each at least 19in (one for the subject and one for the researcher)</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

using an eeg-based brain-computer interface for virtual cursor movement with bci2000

Une interface cerveau-ordinateur (BCI) fonctions en traduisant un signal neural, telles que l&#39;électroencéphalogramme (EEG), en un signal qui peut être utilisé pour contrôler un ordinateur ou autre appareil. L&#39;amplitude des signaux EEG dans les bacs de fréquences sélectionnées sont mesurées et traduites en un dispositif de commande, dans ce cas, la vitesse horizontale et verticale d&#39;un curseur de l&#39;ordinateur. Tout d&#39;abord, les électrodes EEG sont appliqués sur le cuir chevelu à l&#39;utilisateur s en utilisant un bouchon d&#39;enregistrer l&#39;activité cérébrale. Ensuite, une procédure d&#39;étalonnage est utilisé pour trouver les électrodes de l&#39;EEG et des caractéristiques que l&#39;utilisateur va apprendre à moduler volontairement d&#39;utiliser le BCI. Chez l&#39;homme, la puissance dans la mu (8-12 Hz) et bêta (18-28 Hz) des bandes de fréquence baisse d&#39;amplitude au cours d&#39;un mouvement réel ou imaginaire. Ces changements peuvent être détectés dans l&#39;EEG en temps réel, et utilisé pour contrôler une BCI ([1], [2]). Par conséquent, au cours d&#39;un test de dépistage, l&#39;utilisateur est invité à faire plusieurs différents mouvements imaginés avec leurs mains et les pieds afin de déterminer les caractéristiques uniques d&#39;EEG qui changent avec les mouvements imaginés. Les résultats de cet étalonnage indiquera les meilleurs canaux à utiliser, qui sont configurés de telle sorte que les changements d&#39;amplitude dans les bandes de fréquences mu et beta déplacer le curseur horizontalement ou verticalement. Dans cette expérience, l&#39;usage général du système BCI BCI2000 est utilisé pour contrôler l&#39;acquisition du signal, traitement du signal, et la rétroaction à l&#39;utilisateur [3].

Watch this Scientific Journal Video about Using an EEG-Based Brain-Computer Interface for Virtual Cursor Movement with BCI2000 at JoVE.com

Using an EEG-Based Brain-Computer Interface for Virtual Cursor Movement with BCI2000

Dans cette vidéo, nous démontrons les étapes nécessaires à l&#39;exécution d&#39;une expérience d&#39;interface cerveau-ordinateur, y compris la mise en place le bouchon de l&#39;EEG, l&#39;étalonnage du système, et la formation à l&#39;utilisateur de déplacer un curseur en deux dimensions en utilisant des mouvements imaginés.

Utiliser un EEG-Based Interface cerveau-ordinateur du mouvement de curseur virtuel avec BCI2000

A brain-computer interface (BCI) functions by translating a neural signal, such as the electroencephalogram (EEG), into a signal that can be used to ...

using-an-eeg-based-brain-computer-interface-for-virtual-cursor

Research

JoVE Journal

Biology

17.6K vues.  University of Wisconsin-Madison. Dans cette vidéo, nous démontrons les étapes nécessaires à l'exécution d'une expérience d'interface cerveau-ordinateur, y compris la mise en place le bouchon de l'EEG, l'étalonnage du système, et la formation à l'utilisateur de déplacer un curseur en deux dimensions en utilisant des mouvements imaginés.

Vidéo: Using an EEG-Based Brain-Computer Interface for Virtual Cursor Movement with BCI2000

Testing Nicotine Tolerance in Aphids Using an Artificial Diet Experiment

Plants may upregulate the production of many different seconday metabolites in response to insect feeding. One of these metabolites, nicotine, is well know to have insecticidal properties. One response of tobacco plants to herbivory, or being gnawed upon by insects, is to increase the production of this neurotoxic alkaloid. Here, we will demonstrate how to set up an experiment to address this question of whether a tobacco-adapted strain of the green peach aphid, Myzus persicae, can tolerate higher levels of nicotine than the a strain of this insect that does not infest tobacco in the field.

In this video and assay is demonstrated that tests the tolerance of nicotine to two types of aphids one that infests tobacco plants in the field and one that does not.

Vérification de la tolérance à la nicotine chez les pucerons Utiliser une alimentation artificielle Experiment

Plants may upregulate the production of many different seconday metabolites in response to insect feeding. One of these metabolites, nicotine, is well ...

Recherche

Biologie

The Structure of Skilled Forelimb Reaching in the Rat: A Movement Rating Scale

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and primates. The video describes a test situation that allows filming of repeated acts of reaching for food by the rat that has been mildly food deprived. A rat is trained to reach through a slot in a holding box for food pellet that it grasps and then places in its mouth for eating. Reaching is accomplished in the main by proximally driven movements of the limb but distal limb movements are used for pronating the paw, grasping the food, and releasing the food into the mouth. Each reach is divided into at least 10 movements of the forelimb and the reaching act is facilitated by postural adjustments. Each of the movements is described and examples of the movements are given from a number of viewing perspectives. By rating each movement element on a 3-point scale, the reach can be quantified. A number of studies have demonstrated that the movement elements are altered by motor system damage, including damage to the motor cortex, basal ganglia, brainstem, and spinal cord. The movements are also altered in neurological conditions that can be modeled in the rat, including Parkinson's disease and Huntington's disease. Thus, the rating scale is useful for quantifying motor impairments and the effectiveness of neural restoration and rehabilitation. Because the reaching act for the rat is very similar to that displayed by humans and nonhuman primates, the scale can be used for comparative purposes. from a number of viewing perspectives. By rating each movement element on a 3-point scale, the reach can be quantified. A number of studies have demonstrated that the movement elements are altered by motor system damage, including damage to the motor cortex, basal ganglia, brainstem, and spinal cord. The movements are also altered in neurological conditions that can be modeled in the rat, including Parkinson's disease and Huntington's disease. Thus, the rating scale is useful for quantifying motor impairments and the effectiveness of neural restoration and rehabilitation.

Experiments on animals were performed in accordance with the guidelines and regulations set forth by the University of Lethbridge Animal Care Committee in accordance with the regulations of the Canadian Council on Animal Care.

The skilled reaching scale divides the movement by a forelimb in a reach for food act into composite elements each of which are evaluated with a three-point scale. The rating scale is described for a normal rat and can be applied toward evaluating neurological motor disorders.

La structure du membre antérieur qualifiés Atteindre chez le rat: Un Rating Scale Mouvement

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and ...

The use of Biofeedback in Clinical Virtual Reality: The INTREPID Project

Generalized anxiety disorder (GAD) is a psychiatric disorder characterized by a constant and unspecific anxiety that interferes with daily-life activities. Its high prevalence in general population and the severe limitations it causes, point out the necessity to find new efficient strategies to treat it. Together with the cognitive-behavioral treatments, relaxation represents a useful approach for the treatment of GAD, but it has the limitation that it is hard to be learned. The INTREPID project is aimed to implement a new instrument to treat anxiety-related disorders and to test its clinical efficacy in reducing anxiety-related symptoms. The innovation of this approach is the combination of virtual reality and biofeedback, so that the first one is directly modified by the output of the second one. In this way, the patient is made aware of his or her reactions through the modification of some features of the VR environment in real time. Using mental exercises the patient learns to control these physiological parameters and using the feedback provided by the virtual environment is able to gauge his or her success. The supplemental use of portable devices, such as PDA or smart-phones, allows the patient to perform at home, individually and autonomously, the same exercises experienced in therapist's office. The goal is to anchor the learned protocol in a real life context, so enhancing the patients' ability to deal with their symptoms. The expected result is a better and faster learning of relaxation techniques, and thus an increased effectiveness of the treatment if compared with traditional clinical protocols.

The Project on Virtual Reality Intelligent Multi-sensor System for the Treatment of Anxiety-related Disorders (INTREPID) is aimed at developing a multi-sensor context-aware virtual reality system for the treatment of anxiety-related disorders.

L&#39;utilisation du biofeedback dans la Réalité Virtuelle clinique: Le projet INTREPID

Generalized anxiety disorder (GAD) is a psychiatric disorder characterized by a constant and unspecific anxiety that interferes with daily-life ...

Measuring the Bending Stiffness of Bacterial Cells Using an Optical Trap

We developed a protocol to measure the bending rigidity of filamentous rod-shaped bacteria. Forces are applied with an optical trap, a microscopic three-dimensional spring made of light that is formed when a high-intensity laser beam is focused to a very small spot by a microscope's objective lens. To bend a cell, we first bind live bacteria to a chemically-treated coverslip. As these cells grow, the middle of the cells remains bound to the coverslip but the growing ends are free of this restraint. By inducing filamentous growth with the drug cephalexin, we are able to identify cells in which one end of the cell was stuck to the surface while the other end remained unattached and susceptible to bending forces. A bending force is then applied with an optical trap by binding a polylysine-coated bead to the tip of a growing cell. Both the force and the displacement of the bead are recorded and the bending stiffness of the cell is the slope of this relationship.

We present a protocol for bending filamentous bacterial cells attached to a cover-slip surface with an optical trap to measure the cellular bending stiffness.

Mesure de la rigidité à la flexion des cellules bactériennes utilisant un piège optique

We developed a protocol to measure the bending rigidity of filamentous rod-shaped bacteria. Forces are applied with an optical trap, a microscopic ...

Culturing of Human Nasal Epithelial Cells at the Air Liquid Interface

In vitro models using human primary epithelial cells are essential in understanding key functions of the respiratory epithelium in the context of microbial infections or inhaled agents. Direct comparisons of cells obtained from diseased populations allow us to characterize different phenotypes and dissect the underlying mechanisms mediating changes in epithelial cell function. Culturing epithelial cells from the human tracheobronchial region has been well documented, but is limited by the availability of human lung tissue or invasiveness associated with obtaining the bronchial brushes biopsies. Nasal epithelial cells are obtained through much less invasive superficial nasal scrape biopsies and subjects can be biopsied multiple times with no significant side effects. Additionally, the nose is the entry point to the respiratory system and therefore one of the first sites to be exposed to any kind of air-borne stressor, such as microbial agents, pollutants, or allergens. 
Briefly, nasal epithelial cells obtained from human volunteers are expanded on coated tissue culture plates, and then transferred onto cell culture inserts. Upon reaching confluency, cells continue to be cultured at the air-liquid interface (ALI), for several weeks, which creates more physiologically relevant conditions. The ALI culture condition uses defined media leading to a differentiated epithelium that exhibits morphological and functional characteristics similar to the human nasal epithelium, with both ciliated and mucus producing cells. Tissue culture inserts with differentiated nasal epithelial cells can be manipulated in a variety of ways depending on the research questions (treatment with pharmacological agents, transduction with lentiviral vectors, exposure to gases, or infection with microbial agents) and analyzed for numerous different endpoints ranging from cellular and molecular pathways, functional changes, morphology, etc. 
In vitro models of differentiated human nasal epithelial cells will enable investigators to address novel and important research questions by using organotypic experimental models that largely mimic the nasal epithelium in vivo.

Nasal epithelial cells, obtained through superficial scrape biopsy of human volunteers, are expanded and transferred onto tissue culture inserts. Upon reaching confluency, cells are grown at air liquid interface, yielding cultures of ciliated and non-ciliated cells. Differentiated nasal epithelial cell cultures provide viable experimental models for studying the respiratory mucosa.

Culture de cellules humaines épithéliales nasales à l&#39;interface Air Liquide

In vitro models using human primary  epithelial cells are essential in understanding key functions of the respiratory  epithelium in the context of ...

Nanopodia - Thin, Fragile Membrane Projections with Roles in Cell Movement and Intercellular Interactions

Adherent cells in culture maintain a polarized state to support movement and intercellular interactions. Nanopodia are thin, elongated, largely F-actin-negative membrane projections in endothelial and cancer cells that can be visualized through TM4SF1 (Transmembrane-4-L-six-family-1) immunofluorescence staining. TM4SF1 clusters in 100-300 &#956;m diameter TMED (TM4SF1 enriched microdomains) containing 3 to as many as 14 individual TM4SF1 molecules. TMED are arranged intermittently along nanopodia at a regular spacing of 1 to 3 TMED per &#956;m and firmly anchor nanopodia to matrix. This enables nanopodia to extend more than 100 &#956;m from the leading front or trailing rear of polarized endothelial or tumor cells, and causes membrane residues to be left behind on matrix when the cell moves away. TMED and nanopodia have been overlooked because of their extreme fragility and sensitivity to temperature. Routine washing and fixation disrupt the structure. Nanopodia are preserved by direct fixation in paraformaldehyde (PFA) at 37 &#176;C, followed by brief exposure to 0.01% Triton X-100 before staining. Nanopodia open new vistas in cell biology: they promise to reshape our understanding of how cells sense their environment, detect and identify other cells at a distance, initiate intercellular interactions at close contact, and of the signaling mechanisms involved in movement, proliferation, and cell-cell communications. The methods that are developed for studying TM4SF1-derived nanopodia may be useful for studies of nanopodia that form in other cell types through the agency of classic tetraspanins, notably the ubiquitously expressed CD9, CD81, and CD151.

Nanopodia are thin but fragile membrane channels that extend up to 100 &#956;m from a cell's leading front or trailing rear and sense the cellular environment. Direct fixation at 37 &#176;C, gentle washing, and avoidance of organic solvents like ethanol, methanol, or acetone and of higher Triton X-100 concentrations are required to observe these cellular structures.

Nanopodia - minces, les projections fragile membrane avec des rôles dans le mouvement cellulaire et intercellulaires Interactions

Adherent cells in culture maintain a polarized state to support movement and intercellular interactions. Nanopodia are thin, elongated, largely ...

An Alternative Approach for Sample Preparation with Low Cell Number for TEM Analysis

Transmission electron microscopy (TEM) provides details of the cellular organization and ultrastructure. However, TEM analysis of rare cell populations, especially cells in suspension such as hematopoietic stem cells (HSCs), remains limited due to the requirement of a high cell number during sample preparation. There are a few cytospin or monolayer approaches for TEM analysis from scarce samples, but these approaches fail to get significant quantitative data from the limited number of cells. Here, an alternative and novel approach for sample preparation in TEM studies is described for rare cell populations that enables quantitative analysis.
A relatively low cell number, i.e., 10,000 HSCs, was successfully used for TEM analysis compared to the millions of cells typically used for TEM studies. In particular, Evans blue staining was performed after paraformaldehyde-glutaraldehyde (PFA-GA) fixation to visualize the tiny cell pellet, which facilitated embedding in agarose. Clusters of numerous cells were observed in ultra-thin sections. The cells had a well preserved morphology, and the ultra-structural details of the Golgi complex and several mitochondria were visible. This efficient, easy and reproducible protocol allows sample preparation from a low cell number and can be used for qualitative and quantitative TEM analysis on rare cell populations from limited biological samples.

Here, we present a protocol to prepare samples with low cell numbers for transmission electron microscopy (TEM) analysis.

Une approche alternative pour la préparation de l&#39;échantillon avec une faible Nombre de cellules d&#39;analyse TEM

Transmission electron microscopy (TEM) provides details of the cellular organization and ultrastructure. However, TEM analysis of rare cell populations, ...

Visualization of 3D White Adipose Tissue Structure Using Whole-mount Staining

Adipose tissue is an important metabolic organ with high plasticity and is responsive to environmental stimuli and nutrient status. As such, various techniques have been developed to study the morphology and biology of adipose tissue. However, conventional visualization methods are limited to studying the tissue in 2D sections, failing to capture the 3D architecture of the whole organ. Here we present whole-mount staining, an immunohistochemistry method that preserves intact adipose tissue morphology with minimal processing steps. Hence, the structures of adipocytes and other cellular components are maintained without distortion, achieving the most representative 3D visualization of the tissue. In addition, whole-mount staining can be combined with lineage tracing methods to determine cell fate decisions. However, this technique has some limitations to providing accurate information regarding deeper parts of adipose tissue. To overcome this limitation, whole-mount staining can be further combined with tissue clearing techniques to remove the opaqueness of tissue and allow for complete visualization of entire adipose tissue anatomy using light-sheet fluorescent microscopy. Therefore, a higher resolution and more accurate representation of adipose tissue structures can be captured with the combination of these techniques.

The focus of the present study is to demonstrate the whole-mount immunostaining and visualization technique as an ideal method for 3D imaging of adipose tissue architecture and cellular component.

Visualisation de la Structure du tissu adipeux blanc 3D utilisant entier-Montez la souillure

Adipose tissue is an important metabolic organ with high plasticity and is responsive to environmental stimuli and nutrient status. As such, various ...

An Air-liquid Interface Bronchial Epithelial Model for Realistic, Repeated Inhalation Exposure to Airborne Particles for Toxicity Testing

For toxicity testing of airborne particles, air-liquid interface (ALI) exposure systems have been developed for in vitro tests in order to mimic realistic exposure conditions. This puts specific demands on the cell culture models. Many cell types are negatively affected by exposure to air (e.g., drying out) and only remain viable for a few days. This limits the exposure conditions that can be used in these models: usually relatively high concentrations are applied as a cloud (i.e., droplets containing particles, which settle down rapidly) within a short period of time. Such experimental conditions do not reflect realistic long-term exposure to low concentrations of particles. To overcome these limitations the use of a human bronchial epithelial cell line, Calu-3 was investigated. These cells can be cultured at ALI conditions for several weeks while retaining a healthy morphology and a stable monolayer with tight junctions. In addition, this bronchial model is suitable for testing the effects of repeated exposures to low, realistic concentrations of airborne particles using an ALI exposure system. This system uses a continuous airflow in contrast to other ALI exposure systems that use a single nebulization producing a cloud. Therefore, the continuous flow system is suitable for repeated and prolonged exposure to airborne particles while continuously monitoring the particle characteristics, exposure concentration, and delivered dose. Taken together, this bronchial model, in combination with the continuous flow exposure system, is able to mimic realistic, repeated inhalation exposure conditions that can be used for toxicity testing.

Described is the cell culture and exposure method of an in vitro bronchial model for realistic, repeated inhalation exposure to particles for toxicity testing.

Un modèle épithélial bronchique d’interface air-liquide pour l’exposition réaliste et répétée par inhalation aux particules aéroportées pour l’essai de toxicité

For toxicity testing of airborne particles, air-liquid interface (ALI) exposure systems have been developed for in vitro tests in order to mimic realistic ...

Collection of Skeletal Muscle Biopsies from the Superior Compartment of Human Musculus Tibialis Anterior for Mechanical Evaluation

The mechanical properties of contracting skeletal fibers are crucial indicators of overall muscle health, function, and performance. Human skeletal muscle biopsies are often collected for these endeavors. However, relatively few technical descriptions of biopsy procedures, outside of the commonly used musculus vastus lateralis, are available. Although the biopsy techniques are often adjusted to accommodate the characteristics of each muscle under study, few technical reports share these changes to the greater community. Thus, muscle tissue from human participants is often wasted as the operator reinvents the wheel. Expanding the available material on biopsies from a variety of muscles can reduce the incident of failed biopsies. This technical report describes a variation of the modified Bergstr&#246;m technique on the musculus tibialis anterior that limits fiber damage and provides fiber lengths adequate for mechanical evaluation. The surgery is an outpatient procedure that can be completed in an hour. The recovery period for this procedure is immediate for light activity (i.e., walking), up to three days for the resumption of normal physical activity, and about one week for wound care. The extracted tissue can be used for mechanical force experiments and here we present representative activation data. This protocol is appropriate for most collection purposes, potentially adaptable to other skeletal muscles, and may be improved by modifications to the collection needle.

This technical report describes a variation of the modified Bergstr&#246;m technique for the biopsy of the musculus tibialis anterior that limits fiber damage.

Collection de biopsies musculaires squelettiques du compartiment supérieur du musculus humain tibialis antérieur pour l’évaluation mécanique

The mechanical properties of contracting skeletal fibers are crucial indicators of overall muscle health, function, and performance. Human skeletal muscle ...