MPI Postdoc allocations de détachement pour MB-C et MC; coréenne NRF (R31-2008-000-10008-0) à HHB. Merci à Karl Beykirch, Michael Kerger &amp; Joachim Tesch d&#39;assistance technique et la discussion scientifique.

1. La société KUKA Roboter GmbH <ol><li> Le simulateur de CyberMotion MPI se compose d&#39;un robot à six conjointe série dans une configuration 3-2-1 (figure 1). Il est basé sur le message publicitaire Robocoaster KUKA (KR une modification-500 robot industriel avec une charge utile de 500 kg). Les modifications physiques et la structure de contrôle du logiciel nécessaires pour disposer d&#39;une configuration flexible et sûr expérimentales ont déjà été décrites, y compris la vitesse du simulateur de mouvement et les limites d&#39;accélération, et les retards et la fonction de transfert du système 9. Modifications de cette configuration précédente sont définis ci-dessous. </li></ol><img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig1.jpg" /> Figure 1. Représentation graphique de l&#39;espace de travail actuel CyberMotion MPI Simulator. <ol start="2"><li> Profils de mouvement complexes qui combinent des mouvements latéraux avec des rotations sont possibles avec le simulateur CyberMotion MPI. Axes 1, 4 et 6 ca<html> n en rotation continue. 4 paires de matériel butées limite axe 2, 3 et 5 dans les deux directions. La portée maximale des mouvements linéaires est fortement dépendant de la position à partir de laquelle le mouvement commence. Le matériel actuel des butées du simulateur CyberMotion MPI sont présentés dans le tableau 1. <table border="1"><tbody><tr><td> Axe </td><td> Gamme [deg] </td><td> Max. vitesse [deg / s] </td></tr><tr><td> Axe 1 </td><td> Continu </td><td> 69 </td></tr><tr><td> Axe 2 </td><td> -128 À -48 </td><td> 57 </td></tr><tr><td> Axe 3 </td><td> -45 À 92 </td><td> 69 </td></tr><tr><td> Axe 4 </td><td> Continu </td><td> 76 </td></tr><tr><td> Axe 5 </td><td> -58 À 58 </td><td> 76 </td></tr><tr><td> Axe 6 </td><td> Continu </td><td> 120 </td></tr></tbody></table></li></ol>NT »&gt; Tableau 1. actuelles spécifications techniques du simulateur CyberMotion MPI. <ol start="3"><li> Avant toute expérience est réalisée sur le simulateur de CyberMotion MPI, chaque trajectoire de mouvement expérimental subit une phase de test sur un PC de simulation KUKA (PC de bureau). Le &quot;PC de bureau&quot; est un produit spécial vendu par la société KUKA qui simule le bras du robot réel et inclut le système d&#39;exploitation identiques et présentation de l&#39;écran de contrôle que le robot réel. Une vue d&#39;ensemble schématique du système de contrôle du simulateur CyberMotion MPI pour une configuration en boucle ouverte est montré dans la figure 2. </li></ol><img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig2.jpg" /> Figure 2. Vue d&#39;ensemble schématique du système de contrôle en boucle ouverte du simulateur CyberMotion MPI. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3436/3436fig2large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir la figure</a> . <ol start="4"><li> Les détails de la commande structure peut être trouvé ici 9. En bref, pour une configuration en boucle ouverte telle que celle utilisée dans l&#39;expérience actuelle, les trajectoires sont pré-programmés par la conversion des trajectoires d&#39;entrée en coordonnées cartésiennes à des angles spatiaux conjoints à travers la cinématique inverse (Figure 2). </li><li> Système de commande MPI lit dans ces incréments angulaires souhaitées communes et envoie ces au système de commande pour effectuer des mouvements KUKA axe par les courants du moteur. Les valeurs du résolveur conjointes sont envoyés au système de contrôle KUKA qui détermine les positions actuelles angle de l&#39;articulation à un taux interne de 12ms, ce qui à son tour déclencher la prochaine augmentation conjointe à être lu dans le dossier par le système de contrôle MPI ainsi que d&#39;écrire l&#39;articulation actuelle positions angulaires sur le disque. La communication entre le MPI et des systèmes de contrôle KUKA est par une connexion Ethernet en utilisant le protocole KUKA-RSI. </li><li> Un siège voiture de course (RECARO pôle position) équipé d&#39;un point de 5-système de ceinture de sécurité (Schroth) est fixé à un châssis whiCH comprend un repose-pied. Le châssis est monté sur la bride du bras de robot (figure 3a). Des expériences sont également possibles par les participants au sein des sièges d&#39;une cabine fermée (Figure 3b). </li></ol><img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig3.jpg" /> Figure 3. Configuration MPI Simulator CyberMotion. a) Configuration de l&#39;expérimentation en cours avec écran LCD. b) de configuration pour des expériences nécessitant une cabine fermée avec affichage de projection stéréo avant. c) d&#39;affichage mono avant la projection. d) chef d&#39;affichage monté. <ol start="7"><li> Comme l&#39;expérience est effectuée dans l&#39;obscurité, les caméras infrarouges permettent un contrôle visuel de la salle de contrôle. </li></ol> 2. Visualisation <ol><li> Configurations de visualisation multiples sont possibles avec le simulateur CyberMotion MPI y compris LCD, stéréo ou mono de projection frontale, et les affichages tête montés (Figure 3). Pour le courantindices expérience visuelle à l&#39;auto-mouvement sont fournies par un écran LCD (figure 3a) placé à 50 cm en face des observateurs qui ont été testées par ailleurs dans l&#39;obscurité. </li><li> La présentation visuelle a été généré en utilisant Virtools 4.1 du logiciel et se composait d&#39;un hasard, la durée de vie limitée point-champ. Un parallélépipède qui s&#39;étend huit unités virtuelles à l&#39;avant, à droite, à gauche, vers le haut et vers le bas à partir du point de vue du participant (c.-à-, 16 x 16 x 8 unités de la taille) a été rempli avec 200.000 particules de taille égale constitués de cercles blancs 0,02 unités de diamètre en face d&#39;un fond noir. Les points ont été distribués au hasard dans l&#39;espace (distribution de probabilité homogène au sein de l&#39;espace). Mouvement dans les unités virtuelles a été mise à l&#39;échelle pour correspondre 1 à 1 avec le mouvement physique (1 unité = 1 mètre virtuelle physique). </li><li> Chaque particule a été montré pendant deux secondes avant de disparaître et vous indique immédiatement à nouveau à un endroit aléatoire dans l&#39;espace. Ainsi, la moitié des points ont changé leurposition à l&#39;intérieur d&#39;une seconde. Dots entre une distance de 0,085 et 4 unités ont été affichés aux participants (correspondants des angles visuels: 13 ° et 0,3 °). </li><li> Mouvement dans le domaine de dot a été synchronisé avec le mouvement physique en recevant des trajectoires de mouvement à partir de l&#39;ordinateur de contrôle MPI transmis par une connexion Ethernet en utilisant le protocole UDP. Lors du déplacement à travers le point-champ, le nombre moyen de points est resté constant pour tous les mouvements. Cet affichage n&#39;a fourni aucune échelle de taille absolue, mais le flux optique et de la parallaxe de mouvement sous forme de points étaient des sphères avec une taille fixe; cherchez plus petite en fonction de leur distance par rapport à l&#39;observateur. </li></ol> 3. Conception expérimentale <ol><li> 16 participants, qui étaient naïfs à l&#39;expérience, à l&#39;exception d&#39;un auteur (MB-C), portait un casque anti-bruit équipés d&#39;un microphone pour permettre une communication bidirectionnelle avec l&#39;expérimentateur. Le bruit auditif supplémentaire a été constamment joué par le headpho<html> nda au bruit masque supplémentaire produite par le robot. </li><li> Les participants ont utilisé un joystick sur mesure équipé de boutons de réponse avec les données transmises par une connexion Ethernet en utilisant le protocole UDP. </li><li> L&#39;angle des deux segments du mouvement était soit de 45 ° ou 90 °. Mouvements à l&#39;horizontale, plans sagittal et frontal se composait de: l&#39;avant-droite (FR) ou vers la droite vers l&#39;avant (RF), la baisse de l&#39;avant-(DF) ou vers l&#39;avant-vers le bas (FD), et vers le bas vers la droite-(DR) ou vers la droite- à la baisse (RD) des mouvements respectivement (figure 4a). </li></ol><img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig4.jpg" /> Figure 4. Procédure. Représentation schématique a) des trajectoires utilisées dans l&#39;expérience. b) L&#39;information sensorielle pour chaque type de trajectoire testée. c) Soulignant tâche utilisé pour indiquer l&#39;origine de l&#39;endroit où les participants pensaient qu&#39;ils avaient quitté.rge.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Cliquez ici pour agrandir la figure. <ol start="4"><li> L&#39;information sensorielle a été manipulé en fournissant visuelle (le flux optique, limitée champ d&#39;étoiles de la vie), vestibulaire-kinesthésique (mouvements d&#39;auto passive avec les yeux fermés), ou des indices de mouvement visuelles et vestibulaires-kinesthésique (figure 4b). </li><li> Trajectoires du Mouvement se composait de deux longueurs de segments (1er: 0,4 m, 2ème étage: 1 m; accélération ± 0,24 m / s pic 2; la figure 4b). Trajectoires se composait de seulement la traduction. Pas de rotations des participants a eu lieu. Pour réduire les interférences possibles du mouvement avant chaque essai et s&#39;assurer que le système vestibulaire a été testé à partir d&#39;un état d&#39;équilibre, une pause de 15 s précédé chaque trajectoire. </li><li> Observateurs ont souligné à leur origine en déplaçant une flèche qui se superpose à un avatar présenté sur l&#39;écran (Figure 4c). Mouvement de la flèche a été contraint au plan de la trajectoire et contrôlé par til joystick. L&#39;avatar a été présenté à partir de points de vue frontale, sagittale et horizontale. Les observateurs ont été autorisés à utiliser tout ou partie des points de vue pour répondre. L&#39;orientation de départ de la flèche a été randomisé entre les essais. </li><li> Comme la tâche de pointage nécessaire aux participants de transformer mentalement leur point de vue de pointage à partir d&#39;un égocentrique à une représentation exocentrique, les participants ont reçu des instructions sur la façon de signaler à leur origine par référence à l&#39;avatar avant la pratique et des essais expérimentaux. Les participants ont été informés que de pointage doit être fait comme si l&#39;avatar était leur propre corps. Les participants ont ensuite été chargé de pointer vers des cibles physiques relatifs à l&#39;auto en utilisant la technique de mesure exocentrique. Par exemple, les participants ont été invités à pointer vers le joystick se reposer sur leurs genoux à mi-chemin entre eux et l&#39;écran, ce qui exigeait que les participants à souligner la flèche vers l&#39;avant et vers le bas par rapport à l&#39;avatar. Tous les participants étaient en mesure d&#39;effectuer cestâches sans exprimer la confusion. </li><li> Chaque condition expérimentale a été répétée 3 fois et présentés dans un ordre aléatoire. Signé erreur et le temps de réponse ont été analysées comme variables dépendantes dans deux 3 séparée (plan) * 2 (angle) * 3 (modalité) à mesures répétées ANOVA. Les temps de réponse d&#39;un participant des valeurs aberrantes extrêmes ont été retirés de l&#39;analyse. </li></ol> 4. Les résultats représentatifs L&#39;erreur signés sont effondrés dans les modalités et les angles que pas d&#39;effets significatifs principaux ont été trouvés pour ces facteurs. La figure 5a montre l&#39;effet principal significatif du plan de déplacement (F (2,30) = 7,0, p = 0,003), où des observateurs sous-estimer la taille d&#39;angle ( les données moyennes de moins de 0 °) pour le mouvement dans le plan horizontal (-8,9 °, en soi 1,8). Dans les observateurs plan frontal étaient plus susceptibles, en moyenne, à surestimer la taille angle (5,3 °, soi 2.6), alors qu&#39;il n&#39;y avait pas de biais par exemple dans le plan sagittal (-0,7 °, soi 3.7). Wheffets principaux ile d&#39;angle et les modalités ne sont pas significatifs, l&#39;angle a été trouvé de façon significative interagir avec plan (F (2,30) = 11,1, p &lt;0,001) tels que des surestimations dans le plan frontal sont plus grands pour les mouvements à 45 ° (7,9 ° , soi 2.6) que par 90 ° (2,8 °, soi 2.7), tandis que un tel écart était absent pour les autres avions. En outre, la modalité a été trouvé de façon significative interagir avec angle (F (2,30) = 4,7, p = 0,017) de telle sorte que des sous-estimations de l&#39;information vestibulaire seul pour les mouvements de 90 ° ont été significativement plus importante (-4,3 °, soi 2.1) par rapport à le visuel (-2,0 °, en soi 2,4) et de l&#39;information visuelle et vestibulaire combinés (2,3 °, 2,2 soi) des conditions, tandis tels écarts sont absents pour les mouvements de 45 °. Aucune différence significative entre l&#39;effet des sujets à l&#39;erreur était signé (F (1,15) = 0,7, p = 0,432). La figure 5b montre les résultats de temps de réponse. Il y avait un effet significatif principal demodalité (F (2,28) = 22,6, p &lt;0,001) plus lent où les observateurs ont répondu en répondant basée sur vestibulaire-kinesthésique information à elle seule (11,0 s, soi 1,0) par rapport au visuel (9,3 s, soi 0,8) et combinée (9,0 S, SE 0,8). conditions Il y avait également un effet principal significatif du plan (F (2,28) = 7,5, p = 0,002) où les observateurs le plus lent a répondu lors de son déplacement dans le plan horizontal (10,4 s, soi 1,0) par rapport à la sagittale (9,4 s, 0,8 soi ) et les frontales (9,4 s, soi 0,9) avions. Il n&#39;y avait pas d&#39;effet significatif principale de l&#39;angle de segment ou des interactions. Une importante entre l&#39;effet des sujets a été trouvé pour le temps de réponse (F (1,14) = 129.1, p &lt;0,001). <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig5.jpg" /> Figure 5. Résultats. une erreur) Signé s&#39;est effondré dans la modalité pour les avions testés. b) Le temps de réponse s&#39;est effondré à travers des plans de déplacement pour les modalitéstesté. Les barres d&#39;erreur est de + / - 1 sem

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Pas de conflits d&#39;intérêt déclarés.

Intégration de chemin a été bien établi en tant que moyen utilisé pour résoudre où un observateur originaire, mais est sujette à des sous-estimations de l&#39;un angle a déménagé à 5. Nos résultats montrent que ce mouvement de translation pour, mais seulement dans le plan horizontal. Dans les plans verticaux participants sont plus enclins à surestimer l&#39;angle déplacé à travers ou qui n&#39;ont pas du tout parti pris. Ces résultats pourraient expliquer pourquoi les estimations de l&#39;élévation traversé-dessus d&#39;un terrain ont tendance à être exagérées 10 et aussi pourquoi la navigation spatiale entre les différents étages d&#39;un bâtiment est pauvre 11. Ces résultats peuvent également être liées à des asymétries connus dans la proportion relative de saccule à utricule récepteurs (~ 0,58) 12. Temps de réponse plus lent sur la base de vestibulo-kinesthésique seule information par rapport à quand l&#39;information visuelle est présente suggère qu&#39;il peut y avoir des retards supplémentaires associés à essayer de déterminer l&#39;origine son en fonction des indications d&#39;inertie seule, ce quipeuvent se rapporter à des études récentes montrant que la perception vestibulaire est lente par rapport aux autres sens 13-16. Dans l&#39;ensemble de nos résultats suggèrent que des stratégies alternatives pour déterminer l&#39;origine son peut être utilisé lors du déplacement vertical qui peut se rapporter au fait que l&#39;expérience du mouvement humain la plupart du temps dans le plan horizontal. En outre, tandis que les traductions séquentielles sont rarement connu qu&#39;ils ne se produisent plus souvent dans le plan sagittal - où les erreurs sont minimes - comme lorsque nous marchons vers et déplacer sur un escalator. Alors que l&#39;après-expérience entrevues n&#39;ont pas le reflet de stratégies différentes entre les plans, les expériences devraient explorer cette possibilité. Des expériences avec des trajectoires en utilisant degrés de liberté supplémentaires, des chemins plus longs, avec le corps par rapport à la gravité orienté différemment, ainsi que l&#39;utilisation de grands champs de vision qui sont désormais possible avec le simulateur CyberMotion MPI sont prévues pour étudier plus avant les performances intégration de chemin en trois dimensions.

<a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/industrial_robots/heavy/kr500_2/start.htm" target="_blank">KUKA KR 500 Heavy Duty robot industriel</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kcp/start.htm" target="_blank">KUKA KUKA Control Panel KCP</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kr_c2_ed05/start.htm" target="_blank">KUKA KR C2 edition2005</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kmc/start.htm" target="_blank">KUKA KUKA Motion Control</a> <a href="http://www.motorsportseats.com/recaro/pole_position.html" target="_blank">Siège RECARO Pole Position</a> <a href="http://www.schrothracing.com/store/Competition/profi/profi-II" target="_blank">Schroth Enduro ceinture</a> Dell 24 &quot;1920x1200 LCD (efficace sur le terrainde vue masquée à 1200 x 1200) <a href="http://www.virtools.com" target="_blank">Virtools 4.1</a> Personnalisé construit avec joystick communication UDP

mpi cybermotion simulator: implementation of a novel motion simulator to investigate multisensory path integration in three dimensions

L&#39;intégration Path est un processus dans lequel l&#39;auto-mouvement est intégré au fil du temps pour obtenir une estimation de sa position actuelle par rapport à un point de départ 1. Les êtres humains peuvent faire de l&#39;intégration basée sur un chemin exclusivement sur ​​visuelle 2-3, auditive 4, ou des indices d&#39;inertie 5. Cependant, avec des indices multiples indices présents, d&#39;inertie - en particulier kinesthésique - semblent dominer 6-7. En l&#39;absence de vision, les humains ont tendance à surestimer les courtes distances (&lt;5 m) et les angles de rotation (&lt;30 °), mais sous-estiment les plus longues 5. Mouvement dans l&#39;espace physique ne semble donc pas être représenté avec précision par le cerveau. Un travail important a été fait sur ​​l&#39;évaluation de l&#39;intégration chemin dans le plan horizontal, mais on sait peu sur le mouvement vertical (voir 3 pour un mouvement virtuel à partir de la vision seule). Une raison à cela est que les simulateurs de mouvement traditionnels ont une petite gamme de mouvement restrictionsTed essentiellement sur le plan horizontal. Ici, nous profitons d&#39;un simulateur de mouvement 8-9 avec une large gamme de mouvement afin d&#39;évaluer si l&#39;intégration chemin est similaire entre les plans horizontaux et verticaux. Les contributions relatives des repères inertiels et visuel pour la navigation chemin ont également été évalués. 16 observateurs assis dans un siège vertical monté sur la bride d&#39;un bras robot anthropomorphique à jour KUKA. L&#39;information sensorielle a été manipulé en fournissant des repères visuels de mouvement (flux optique, limitée champ d&#39;étoiles de la vie), vestibulaire-kinesthésique (mouvements d&#39;auto passive avec les yeux fermés), ou visuelle et vestibulaire-kinesthésique. Trajectoires du Mouvement à l&#39;horizontale, plans sagittal et frontal se composait de deux longueurs de segments (1er: 0,4 m, 2ème étage: 1 m; ± 0,24 m / s 2 accélération maximale). L&#39;angle des deux segments était soit de 45 ° ou 90 °. Observateurs ont souligné à leur origine en déplaçant une flèche qui se superpose à un avatar présenté sur le SCREfr. Les observateurs étaient plus susceptibles de sous-estimer la taille d&#39;angle pour le mouvement dans le plan horizontal par rapport aux plans verticaux. Dans les observateurs plan frontal étaient plus susceptibles de surestimer la taille angle alors qu&#39;il n&#39;y avait pas de biais par exemple dans le plan sagittal. Enfin, les observateurs ont répondu plus lent lorsque vous répondez sur la base des informations vestibulaires-kinesthésique seul. Intégration de chemin humaines basée sur vestibulaire-kinesthésique information à elle seule prend donc plus de temps que lorsque l&#39;information visuelle est présente. Ce pointage est compatible avec sous-estimer et de surestimer l&#39;un angle a traversé dans les plans horizontal et vertical, respectivement, suggère que la représentation neuronale de l&#39;auto-mouvement dans l&#39;espace est non-symétrique qui peut se rapporter au fait que l&#39;expérience du mouvement humain la plupart du temps au sein de la plan horizontal.

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MPI CyberMotion Simulator: Implementation of a Novel Motion Simulator to Investigate Multisensory Path Integration in Three Dimensions

Un moyen efficace pour mieux comprendre comment les êtres humains eux-mêmes de naviguer en trois dimensions est décrite. La méthode tire parti d&#39;un simulateur de mouvement capable de se déplacer de façon observateurs inaccessibles par des simulateurs traditionnels. Les résultats confirment que le mouvement dans le plan horizontal est sous-estimée, tandis que le mouvement vertical est surestimé.

MPI CyberMotion Simulator: la mise en œuvre d&#39;un simulateur de mouvement Novel pour étudier l&#39;intégration multisensorielle chemin en trois dimensions

Path integration is a process in which self-motion is integrated over time to obtain an estimate of one's current position relative to a starting point 1. ...

mpi-cybermotion-simulator-implementation-novel-motion-simulator-to

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Neuroscience

12.5K vues.  Max Planck Institute for Biological Cybernetics. Un moyen efficace pour mieux comprendre comment les êtres humains eux-mêmes de naviguer en trois dimensions est décrite. La méthode tire parti d'un simulateur de mouvement capable de se déplacer de façon observateurs inaccessibles par des simulateurs traditionnels. Les résultats confirment que le mouvement dans le plan horizontal est sous-estimée, tandis que le mouvement vertical est surestimé.

Vidéo: MPI CyberMotion Simulator: Implementation of a Novel Motion Simulator to Investigate Multisensory Path Integration in Three Dimensions

Using a Comparative Species Approach to Investigate the Neurobiology of Paternal Responses

A goal of behavioral neuroscience is to identify underlying neurobiological factors that regulate specific behaviors. Using animal models to accomplish this goal, many methodological strategies require invasive techniques to manipulate the intensity of the behavior of interest (e.g., lesion methods, pharmacological manipulations, microdialysis techniques, genetically-engineered animal models). The utilization of a comparative species approach allows researchers to take advantage of naturally occurring differences in response strategies existing in closely related species. In our lab, we use two species of the Peromyscus genus that differ in paternal responses. The male California deer mouse (Peromyscus californicus) exhibits the same parental responses as the female whereas its cousin, the common deer mouse (Peromyscus maniculatus) exhibits virtually no nurturing/parental responses in the presence of pups. Of specific interest in this article is an exploration of the neurobiological factors associated with the affiliative social responses exhibited by the paternal California deer mouse. Because the behavioral neuroscience approach is multifaceted, the following key components of the study will be briefly addressed: the identification of appropriate species for this type of research; data collection for behavioral analysis; preparation and sectioning of the brains; basic steps involved in immunocytochemistry for the quantification of vasopressin-immunoreactivity; the use of neuroimaging software to quantify the brain tissue; the use of a microsequencing video analysis to score behavior and, finally, the appropriate statistical analyses to provide the most informed interpretations of the research findings.

The comparative species approach allows behavioral neuroscientists to explore various neurobiological factors associated with specific behaviors viewed as characteristic of a specific animal model. Taking advantage of naturally occurring differences in behavior between closely related species, this technique doesn&#x2019;t require invasive techniques to manipulate the expression of the behavior.

En utilisant une approche comparative des espèces pour Enquêter sur la neurobiologie des réponses paternel

A goal of behavioral neuroscience is to identify underlying neurobiological factors that regulate specific behaviors.  Using animal models to accomplish ...

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Neurosciences

Three Dimensional Vestibular Ocular Reflex Testing Using a Six Degrees of Freedom Motion Platform

The vestibular organ is a sensor that measures angular and linear accelerations with six degrees of freedom (6DF). Complete or partial defects in the vestibular organ results in mild to severe equilibrium problems, such as vertigo, dizziness, oscillopsia, gait unsteadiness nausea and/or vomiting. A good and frequently used measure to quantify gaze stabilization is the gain, which is defined as the magnitude of compensatory eye movements with respect to imposed head movements. To test vestibular function more fully one has to realize that 3D VOR ideally generates compensatory ocular rotations not only with a magnitude (gain) equal and opposite to the head rotation but also about an axis that is co-linear with the head rotation axis (alignment). Abnormal vestibular function thus results in changes in gain and changes in alignment of the 3D VOR response.
Here we describe a method to measure 3D VOR using whole body rotation on a 6DF motion platform. Although the method also allows testing translation VOR responses 1, we limit ourselves to a discussion of the method to measure 3D angular VOR. In addition, we restrict ourselves here to description of data collected in healthy subjects in response to angular sinusoidal and impulse stimulation.
Subjects are sitting upright and receive whole-body small amplitude sinusoidal and constant acceleration impulses. Sinusoidal stimuli (f = 1 Hz, A = 4&deg;) were delivered about the vertical axis and about axes in the horizontal plane varying between roll and pitch at increments of 22.5&deg; in azimuth. Impulses were delivered in yaw, roll and pitch and in the vertical canal planes. Eye movements were measured using the scleral search coil technique 2. Search coil signals were sampled at a frequency of 1 kHz.
The input-output ratio (gain) and misalignment (co-linearity) of the 3D VOR were calculated from the eye coil signals 3.
Gain and co-linearity of 3D VOR depended on the orientation of the stimulus axis. Systematic deviations were found in particular during horizontal axis stimulation. In the light the eye rotation axis was properly aligned with the stimulus axis at orientations 0&deg; and 90&deg; azimuth, but gradually deviated more and more towards 45&deg; azimuth.
The systematic deviations in misalignment for intermediate axes can be explained by a low gain for torsion (X-axis or roll-axis rotation) and a high gain for vertical eye movements (Y-axis or pitch-axis rotation (see Figure 2). Because intermediate axis stimulation leads a compensatory response based on vector summation of the individual eye rotation components, the net response axis will deviate because the gain for X- and Y-axis are different.
In darkness the gain of all eye rotation components had lower values. The result was that the misalignment in darkness and for impulses had different peaks and troughs than in the light: its minimum value was reached for pitch axis stimulation and its maximum for roll axis stimulation.
Case Presentation
Nine subjects participated in the experiment. All subjects gave their informed consent. The experimental procedure was approved by the Medical Ethics Committee of Erasmus University Medical Center and adhered to the Declaration of Helsinki for research involving human subjects.
Six subjects served as controls. Three subjects had a unilateral vestibular impairment due to a vestibular schwannoma. The age of control subjects (six males and three females) ranged from 22 to 55 years. None of the controls had visual or vestibular complaints due to neurological, cardio vascular and ophthalmic disorders.
The age of the patients with schwannoma varied between 44 and 64 years (two males and one female). All schwannoma subjects were under medical surveillance and/or had received treatment by a multidisciplinary team consisting of an othorhinolaryngologist and a neurosurgeon of the Erasmus University Medical Center. Tested patients all had a right side vestibular schwannoma and underwent a wait and watch policy (Table 1; subjects N1-N3) after being diagnosed with vestibular schwannoma. Their tumors had been stabile for over 8-10 years on magnetic resonance imaging.

A method is described to measure three-dimensional vestibulo ocular reflexes (3D VOR) in humans using a six degrees of freedom (6DF) motion simulator. The gain and misalignment of the 3D angular VOR provide a direct measure of the quality of vestibular function. Representative data on healthy subjects are provided

Tridimensionnelle vestibulaire oculaire Test Reflex aide d&#39;un Six degrés de plate-forme de mouvement de la liberté

The vestibular organ is a sensor that measures angular and linear accelerations with six degrees of freedom (6DF). Complete or partial defects in the ...

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

An experimental method has been developed to investigate the cellular responses to central nervous system (CNS) injury using the fruit-fly Drosophila. Understanding repair and regeneration in animals is a key question in biology. The damaged human CNS does not regenerate, and understanding how to promote the regeneration is one of main goals of medical neuroscience. The powerful genetic toolkit of Drosophila can be used to tackle the problem of CNS regeneration.
A lesion to the CNS ventral nerve cord (VNC, equivalent to the vertebrate spinal cord) is applied manually with a tungsten needle. The VNC can subsequently be filmed in time-lapse using laser scanning confocal microscopy for up to 24 hr to follow the development of the lesion over time. Alternatively, it can be cultured, then fixed and stained using immunofluorescence to visualize neuron and glial cells with confocal microscopy. Using appropriate markers, changes in cell morphology and cell state as a result of injury can be visualized. With ImageJ and purposely developed plug-ins, quantitative and statistical analyses can be carried out to measure changes in wound size over time and the effects of injury in cell proliferation and cell death. These methods allow the analysis of large sample sizes. They can be combined with the powerful genetics of Drosophila to investigate the molecular mechanisms underlying CNS regeneration and repair.

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

An injury paradigm using the Drosophila larval ventral nerve cord to investigate central nervous system regeneration and repair is described. Stabbing followed by laser scanning confocal microscopy in time-lapse and fixed specimens, combined with quantitative analysis with purposefully developed software and genetics, are used to investigate the molecular mechanisms of CNS regeneration and repair.

Un paradigme d&#39;enquêter sur les blessures du système nerveux central de réparation de<em&gt; Drosophila</em

An experimental method has been developed to investigate the cellular responses to central nervous system (CNS) injury using the fruit-fly Drosophila. ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of the dendritic tree, which eventually leads to neuronal output of action potentials at the axon. The influence of diverse spatial and temporal parameters of specific synaptic input on neuronal output is currently under investigation, e.g. the distance-dependent attenuation of dendritic inputs, the location-dependent interaction of spatially segregated inputs, the influence of GABAergig inhibition on excitatory integration, linear and non-linear integration modes, and many more.
With fast micro-iontophoresis of glutamate and GABA it is possible to precisely investigate the spatial and temporal integration of glutamatergic excitation and GABAergic inhibition. Critical technical requirements are either a triggered fluorescent lamp, light-emitting diode (LED), or a two-photon scanning microscope to visualize dendritic branches without introducing significant photo-damage of the tissue. Furthermore, it is very important to have a micro-iontophoresis amplifier that allows for fast capacitance compensation of high resistance pipettes. Another crucial point is that no transmitter is involuntarily released by the pipette during the experiment.
Once established, this technique will give reliable and reproducible signals with a high neurotransmitter and location specificity. Compared to glutamate and GABA uncaging, fast iontophoresis allows using both transmitters at the same time but at very distant locations without limitation to the field of view. There are also advantages compared to focal electrical stimulation of axons: with micro-iontophoresis the location of the input site is definitely known and it is sure that only the neurotransmitter of interest is released. However it has to be considered that with micro-iontophoresis only the postsynapse is activated and presynaptic aspects of neurotransmitter release are not resolved. In this article we demonstrate how to set up micro-iontophoresis in brain slice experiments.

In this article we introduce fast micro-iontophoresis of neurotransmitters as a technique to investigate integration of postsynaptic signals with high spatial and temporal precision.

Rapide Micro-iontophorèse de glutamate et le GABA: un outil utile d&#39;étudier l&#39;intégration synaptique

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

Stab Wound Injury of the Zebrafish Adult Telencephalon: A Method to Investigate Vertebrate Brain Neurogenesis and Regeneration

Adult zebrafish have an amazing capacity to regenerate their central nervous system after injury. To investigate the cellular response and the molecular mechanisms involved in zebrafish adult central nervous system (CNS) regeneration and repair, we developed a zebrafish model of adult telencephalic injury.
In this approach, we manually generate an injury by pushing an insulin syringe needle into the zebrafish adult telencephalon. At different post injury days, fish are sacrificed, their brains are dissected out and stained by immunohistochemistry and/or in situ hybridization (ISH) with appropriate markers to observe cell proliferation, gliogenesis, and neurogenesis. The contralateral unlesioned hemisphere serves as an internal control. This method combined for example with RNA deep sequencing can help to screen for new genes with a role in zebrafish adult telencephalon neurogenesis, regeneration, and repair.

To shed light on the cellular and molecular mechanisms of zebrafish adult neurogenesis and regeneration, we developed a protocol for invasive surgery causing mechanical injuries in the zebrafish adult telencephalon and subsequent monitoring of changes in the stabbed hemisphere by immunohistochemistry or in situ hybridization.

Stab blessures plaies du poisson zèbre adulte Télencéphale: Une méthode pour étudier le cerveau des vertébrés neurogenèse et régénération

Adult zebrafish have an amazing capacity to regenerate their central nervous system after injury. To investigate the cellular response and the molecular ...

Protocol for Three-dimensional Confocal Morphometric Analysis of Astrocytes

As glial cells in the brain, astrocytes have diverse functional roles in the central nervous system. In the presence of harmful stimuli, astrocytes modify their functional and structural properties, a condition called reactive astrogliosis. Here, a protocol for assessment of the morphological properties of astrocytes is presented. This protocol includes quantification of 12 different parameters i.e. the surface area and volume of the tissue covered by an astrocyte (astrocyte territory), the entire astrocyte including branches, cell body, and nucleus, as well as total length and number of branches, the intensity of fluorescence immunoreactivity of antibodies used for astrocyte detection, and astrocyte density (number/1,000 &#181;m2). For this purpose three-dimensional (3D) confocal microscopic images were created, and 3D image analysis software such as Volocity 6.3 was used for measurements. Rat brain tissue exposed to amyloid beta1-40 (A&#946;1-40) with or without a therapeutic&#160;intervention was used to present the method. This protocol can also be used for 3D morphometric analysis of other cells from either in vivo or in vitro conditions.

Astrocytes in the CNS change their functional and structural properties in response to harmful stimuli. This report presents a protocol for assessment of three-dimensional astrocyte morphology in diseased conditions or after therapeutic interventions.

Protocole pour tridimensionnelle confocale Analyse morphométrique des astrocytes

As glial cells in the brain, astrocytes have diverse functional roles in the central nervous system. In the presence of harmful stimuli, astrocytes modify ...

Foraging Path-length Protocol for Drosophila melanogaster Larvae

The Drosophila melanogaster larval path-length phenotype is an established measure used to study the genetic and environmental contributions to behavioral variation. The larval path-length assay was developed to measure individual differences in foraging behavior that were later linked to the foraging gene. Larval path-length is an easily scored trait that facilitates the collection of large sample sizes, at minimal cost, for genetic screens. Here we provide a detailed description of the current protocol for the larval path-length assay first used by Sokolowski. The protocol details how to reproducibly handle test animals, perform the behavioral assay and analyze the data. An example of how the assay can be used to measure behavioral plasticity in response to environmental change, by manipulating feeding environment prior to performing the assay, is also provided. Finally, appropriate test design as well as environmental factors that can modify larval path-length such as food quality, developmental age and day effects are discussed.

Foraging Path-length Protocol for Drosophila melanogaster Larvae

We provide a detailed protocol for a Drosophila melanogaster foraging path-length assay. We discuss the preparation and handling of test animals, how to perform the assay and analyze the data.

Foraging Protocole Chemin de longueur pour<em&gt; Drosophila melanogaster</em&gt; larves

The Drosophila melanogaster larval path-length phenotype is an established measure used to study the genetic and environmental contributions to behavioral ...

A Novel Behavioral Assay to Investigate Gustatory Responses of Individual, Freely-moving Bumble Bees (Bombus terrestris)

Generalist pollinators like the buff-tailed bumble bee, Bombus terrestris, encounter both nutrients and toxins in the floral nectar they collect from flowering plants. Only a few studies have described the gustatory responses of bees toward toxins in food, and these experiments have mainly used the proboscis extension response on restrained honey bees. Here, a new behavioral assay is presented for measuring the feeding responses of freely-moving, individual worker bumble bees to nutrients and toxins. This assay measures the amount of solution ingested by each bumble bee and identifies how tastants in food influence the microstructure of the feeding behavior.
The solutions are presented in a microcapillary tube to individual bumble bees that have been previously starved for 2-4 hr. The behavior is captured on digital video. The fine structure of the feeding behavior is analyzed by continuously scoring the position of the proboscis (mouthparts) from video recordings using event logging software. The position of the proboscis is defined by three different behavioral categories: (1) proboscis is extended and in contact with the solution, (2) proboscis is extended but not in contact with the solution and (3) proboscis is stowed under the head. Furthermore the speed of the proboscis retracting away from the solution is also estimated.
In the present assay the volume of solution consumed, the number of feeding bouts, the duration of the feeding bouts and the speed of the proboscis retraction after the first contact is used to evaluate the phagostimulatory or the deterrent activity of the compounds tested.
This new taste assay will allow researchers to measure how compounds found in nectar influence the feeding behavior of bees and will also be useful to pollination biologists, toxicologists and neuroethologists studying the bumble bee&#39;s taste system.

A Novel Behavioral Assay to Investigate Gustatory Responses of Individual, Freely-moving Bumble Bees Bombus terrestris

A novel behavioral assay is described for investigating the short term gustatory responses of the mouthparts of freely-moving bumble bees (Bombus terrestris) toward nutrients and toxins in solution.

A Novel Behavioral Assay d&#39;enquêter sur les réponses gustatifs de l&#39;individu, Librement-mobiles Bumble Bees (<em&gt; Bombus terrestris</em&gt;)

Generalist pollinators like the buff-tailed bumble bee, Bombus terrestris, encounter both nutrients and toxins in the floral nectar they collect from ...

A Novel Method to Model Chronic Traumatic Encephalopathy in Drosophila

Chronic Traumatic Encephalopathy (CTE) is an established neurodegenerative disease that is closely associated with exposure to repetitive mild Traumatic Brain Injury (mTBI). The mechanisms responsible for its complex pathological changes remain largely elusive, despite a recent consensus to define the neuropathological criteria. Here, we describe a novel method to develop a model of CTE in Drosophila melanogaster&#160;(Drosophila&#160;)&#160;in an attempt to identify the key genes and pathways that lead to the characteristic hyperphosphorylated tau accumulation and neuronal death in the brain. Adjustable-strength impacts to inflict mild closed injury are delivered directly to the fly head, subjecting the head to rapid acceleration and deceleration. Our method eliminates the potential problems inherent with other Drosophila mTBI models (e.g.,animal death might be induced by damage to other parts of the body or to internal organs). The less labor- and cost-intensive animal care, short life span, and extensive genetic tools make the fruit fly ideal to study CTE pathogenesis and make it possible to perform large-scale, genome-wide forward genetic and pharmacological screens. We anticipate that the ongoing characterization of the model will generate important mechanistic insights on disease prevention and therapeutic approaches.

A Novel Method to Model Chronic Traumatic Encephalopathy in Drosophila

Here, we describe a new approach to inflict closed-head traumatic brain injury in Drosophila melanogaster. Our method has the advantage of directly delivering repetitive impacts with adjustable strength to the head alone. Further exploration of the invertebrate system will help to illuminate the pathogenesis of chronic traumatic encephalopathy.

Une nouvelle méthode pour modéliser l&#39;encéphalopathie traumatique chronique dans<em&gt; Drosophila</em

Chronic Traumatic Encephalopathy (CTE) is an established neurodegenerative disease that is closely associated with exposure to repetitive mild Traumatic ...

Assay Development for High Content Quantification of Sod1 Mutant Protein Aggregate Formation in Living Cells

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that can be caused by inherited mutations in the gene encoding copper-zinc superoxide dismutase 1 (SOD1). The structural instability of SOD1 and the detection of SOD1-positive inclusions in familial-ALS patients supports a potential causal role for misfolded and/or aggregated SOD1 in ALS pathology. In this study, we describe the development of a cell-based assay designed to quantify the dynamics of SOD1 aggregation in living cells by high content screening approaches. Using lentiviral vectors, we generated stable cell lines expressing wild-type and mutant A4V SOD1 tagged with yellow fluorescent protein and found that both proteins were expressed in the cytosol without any sign of aggregation. Interestingly, only SOD1 A4V stably expressed in HEK-293, but not in U2OS or SH-SY5Y cell lines, formed aggregates upon proteasome inhibitor treatment. We show that it is possible to quantify aggregation based on dose-response analysis of various proteasome inhibitors, and to track aggregate-formation kinetics by time-lapse microscopy. Our approach introduces the possibility of quantifying the effect of ALS mutations on the role of SOD1 in aggregate formation as well as screening for small molecules that prevent SOD1 A4V aggregation.

We describe a method to quantify the aggregation of misfolded proteins. Our protocol details lentiviral induced stable cell line generation, automated confocal imaging, and image analysis of protein aggregates. As an illustrative application, we studied the effect of small molecules in promoting SOD1 aggregation in a time- and dose-dependent manner.

Développement de dosage pour une Quantification contenue élevée de Formation globale de protéine mutante Sod1 dans les cellules vivantes

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that can be caused by inherited mutations in the gene encoding copper-zinc ...