NIH NIBIB RO1: 1R01EB009103-01 Neuroengineering תוכנית הכשרה קלינית (1 DK070079 T90-01) וואלאס H קולטר קרן NIH מוסדיים המדע קלינית Translational פרס NIH / NCRR 1KL2RR025012-01 בוגרי ויסקונסין Research Foundation

נוהל ניסיוני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חיבור אלקטרודות EEG <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אלקטרודות יצורף הקרקפת באמצעות כובע EEG, זה מפשט את תהליך להבטיח כי האלקטרודות נמצאים במיקום הנכון על הקרקפת, כפי שצוין על ידי מערכת 10-20 הבינלאומית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי למקם את הכובע, סמן את הקודקוד על הקרקפת של נושא באמצעות עט או כל שיטה דומה אחר. כדי לעשות זאת, להתחיל באיתור nasion ו inion בנושא. באמצעות סרט מדידה, למצוא את המרחק בין שני המקומות. נקודה באמצע בין שתי נקודות, או 50% של המרחק, הוא הקודקוד. הפוך את סימן בנקודה זו לעיון מאוחר יותר. אחרים 10-20 נקודות יכול להיות ממוקם בצורה דומה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצא את האלקטרודה CZ על הכובע, ואת המיקום אותו על הקודקוד. שמירה קבועה CZ, להחליק את הכובע על ראשו. ודא אלקטרודות פ.צ., CZ, ו PZ נמצאים על קו האמצע של הקרקפת, וכי O1-O2 אלקטרודות הם אופקיים עם רמת עוז, וכי-FP1 Fp2 הן ברמה עם Fpz. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכשיו לחבר את אלקטרודה השוואתית, אשר בדרך כלל קליפים על תנוך האוזן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, האלקטרודות מלאים ג&#39;ל מוליך כך האלקטרודות ליצור קשר עם עכבה נמוכה הקרקפת. כדי לעשות זאת, מזרק קטן עם מחט קהה שקצהו מלא הג&#39;ל. כמו כן, זה עשוי להיות מועיל כדי לראות את עקבות EEG על מסך המחשב בעוד ג&#39;ל מוחל כדי לקבוע אם הקשר הוא טוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את המחט אלקטרודה, בעדינות לשפשף את הקרקפת עם המחט כדי להסיר עור מתים. מלאו את האלקטרודה עם כמות קטנה של ג&#39;ל, נזהרים שלא overfill זה. התחל עם אלקטרודת האוזן, וחזור על כל האלקטרודות, כולל הקרקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את עכבות בכל הערוצים, אשר צריכים להיות פחות מ 5 kΩ. שיטה זו ישתנו בהתאם למערכת מגבר מסוים בשימוש, אבל זה צריך להיות אפשרי לבדוק את עכבה או באמצעות חומרה או באמצעות BCI2000. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אלקטרודה הוא מעל 5 kΩ, הכנס את המחט שוב, לשפשף את הקרקפת עוד קצת. זה לא אמור להיות צורך להזריק ג&#39;ל יותר, אלא אם כן אין ירידה עכבה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבלת תכונות כיול EEG <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתחילת הפגישה, במיוחד בפעם הראשונה נושא נבחנת, כדאי לקבוע את תכונות ה-EEG אשר יכול לשמש לשליטה BCI. הסיבה לכך היא כי את המאפיינים הבסיסיים של מו ומקצבים EEG בטא זהים עבור כל האנשים, תכונות אלו משתנות מאדם לאדם, ולכן צריך להיות מכויל לפני כל הניסויים האחרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בפגישה כיול, הנושא הוא הורה לדמיין תנועות שונות מעורבים הידיים או הרגליים בתגובה רמזים חזותיים שהוצגו על המסך. כדי להתחיל, מערכת המחשב צריך להיות מוגדר עבור מצב צג כפול, כך התצוגה של החוקר מכיל את תוכנת שליטה, את הצג השני מציג את פלט הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל BCI2000 מ BCI2000Launcher על ידי בחירת מקור המגבר שלך מודול, מודול ARSignalProcessing, מודול StimulusPresentation. בדוגמה זו, אנו באמצעות מודול gUSBampSource, אשר שולטת על מגבר g.USBamp. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף את הקבצים פרמטר עבור הנושא שלך, את המגבר, ואת משימות ההקרנה המנוע. אלה צריכים להיות מוגדר מראש, כך שהם יכולים פשוט להיות טעון, והניסוי יכול להתחיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע הקבצים פרמטר נוספו לרשימת הקבצים ב BCI2000Launcher, לחצו על לחצן הפעלה. אם הכל עובד כראוי, BCI2000 צריך להתחיל, שמץ של נתוני ה-EEG אמור להופיע, ולנטר את הנושא צריך להיות ריק לפני תחילת הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהלך הפגישה, המסך יהיה להיות או ריקה, או להציג הוראה, כגון &quot;יד ימין&quot;, &quot;יד שמאל&quot;, &quot;שתי ידיים&quot;, או הוראה תופיע על המסך עבור -3 &quot;שתי הרגליים.&quot;; במהלך הפעם, הנושא צריך ברציפות לדמיין את התנועה. תנועות ידיים צריך לפתוח ולסגור את הידיים (למשל, כמו לסחוט כדור טניס), ותנועת כף הרגל צריכה להיות להזיז את הרגליים קדימה ואחורה (למשל, כמו לחיצה על דוושת גז עם שתי הרגליים). כאשר המסך ריק, הגוף צריך להיות רגוע לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהלך ריצה, כל חלק בגוף הוא חזר 20 פעמים. באופן אידיאלי, צריך להיות 100 נקודות נתונים, כלומר, צריך להיות סך של 5 רץ. עם מספר הפעלות, פועל פחות נחוצים, שכן הנושא הוא מסוגל לבצע את המשימה לדמיין טוב יותר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח מאפייני ה-EEG <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מנת לקבוע אילו מאפיינים EEG הנושא הוא מסוגל לווסת בהתנדבות על מנת לשלוט BCI, הנתונים כיול מנותח מחובר באמצעות כלי ניתוח BCI2000 מנותק, הכלול BCI2000. כלי זה ממיר את הנתונים שנאספו לתוך תחום תדר פהatures, אשר מציג את תדרים ומיקומים ששינה במהלך תנועות שונות, מתואמים עם מרבית המשימות. תכונות אלה לאחר מכן ניתן להשתמש בניסוי BCI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לקבוע אילו תכונות יש להשתמש, להפעיל את כלי BCI2000 ניתוח לא מקוון. BCI2000 כוללת הדרכה מקיפה עבור שימוש בכלי ניתוח, אשר יש להתייעץ לקבלת מידע נוסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע אילו מאפיינים EEG מתואמים במידה רבה על ידי מציאת R בריבוע גדול ערכים בחלקות המופק כלי ניתוח עם כל תנועה. ערוצי ותיבות תדירות עם R בריבוע הערכים הגדולים (למשל, יותר מ 0.2) אז יכול להיות נבחר כמרכיב לשלוט האות בכיוון מסוים. לדוגמה, תכונות שינוי בתנאי יד ימין יש להגדיר כדי להזיז את הסמן לצד ימין של המסך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשוב גם לזכור כי מו / מקצבים בטא ירידה משרעת עם התנועה משויך. לכן, על מנת להזיז את הסמן ימינה, החיובי-x בכיוון, תכונה זו צריכה להיות משקל שלילי המשויך אליו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ערוצי תדרים שנבחר צריך להיות בקנה אחד עם המאפיינים הידועים של קליפת המוח הסנסורית מקצבים. כלומר, שינויים משמעותיים להתכתב עם התנועה דמיין יד ימין יש לראות על הנגדי (שמאל) הקורטקס המוטורי, ליד C3 ו-CP3 ו מרוכז ליד 8-12 הרץ ו / או 18-28 הרץ. כמו כן, תנועות יד שמאל צריכה לגרום לשינויים על הזכות המוטורי על C4 ו CP4 אלקטרודות, תנועות כף הרגל אמורה להופיע על CZ ו CPz. אם אלה מקומות וערכים שונים, אז סביר להניח כי קצת רעש אחרים או אפקט אקראי נמדד, ולא צריך להיות מוגדר כתכונה שליטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור כל תנאי, ארבע הגדולות R בריבוע ערכים יש לבחור במונחים של מספר הערוץ ומספר סל. תדרים מסודרים 2 פחי הרץ, ולכן תכונה גבוהה עם R בריבוע של 10-12 הרץ יופיע בן 6. עם ערכים אלו ביד, המערכת יכולה להיות מוגדרת עבור המשימה לשלוט הסמן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משוב מקוון מושב תצורת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את הפגישה תנועת הסמן Launcher BCI2000. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני תחילת הניסוי, מספר פרמטרים צריך להיות מוגדר. ראשית, מסנן המרחבי צריך להיות מוגדר עם התייחסות הישר בממוצע. לשם כך, לחץ על מפעיל Config BCI2000 להביא את רשימת הגדרות, ולחץ על הכרטיסייה סינון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור SpatialFiltering, ולשנות את תיבת SpatialFilterType הנפתחת כך אומר &quot;המשותף ממוצע הפניה (CAR)&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחת Output CAR SpatialFilter, רשימת שמות או מספרים נבחרים ערוץ בפגישה כיול. לדוגמה, תוכל להקליד &quot;CP3 C3 C4 CP4 CZ CPz&quot; (ללא המירכאות) ולאחר BCI2000 תדע להשתמש בו ערוצי (ובלבד תוויות ערוץ מופיעים תחת השדה &quot;שמות ערוץ&quot; בלשונית מקור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, המטריצה ​​סיווג חייבת להיות מוגדרת להשתמש בתכונות שנבחר. בכרטיסייה סינון, עבור פרמטר מסווג ומטריקס העיתונות עריכה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מספר העמודים צריך להיות מוגדר 4, את מספר השורות צריך להיות שווה למספר הכולל של התכונות שנבחרו. כל שורה במטריצה ​​מתאים תכונה בודדת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העמודה הראשונה צריכה להכיל את כל שמות ערוצים בשימוש, למשל, C3, C4 וכו &#39;הטור השני מכיל את פחי שנבחרו שליטה. אפשר להזין מספר בן או תדר מסוים; להיכנס &quot;6&quot; או &quot;11Hz&quot; יבחר את אותו סל, ובלבד פרמטר BinWidth הוא &quot;2 הרץ&quot; תחת הכרטיסייה מקור. הטור השלישי הוא ערוץ פלט; ערך של &quot;1&quot; מתאים תנועה אופקית, ו &quot;2&quot; מתאים תנועה אנכית. C3 הערוצים, CP3, C4, ו CP4 צריך להיות מוגדר 1 עבור משימה הסמן אופקי שליטה; C3, CP3, C4, CP4, CZ ו CPz צריך להיות מוגדר 2 עבור משימה הסמן האנכי שליטה. לבסוף, העמודה הרביעית מחזיקה את משקל התכונה, ויש מתאימות בכיוון הנגדי המיועד, למשל, C3 ו-CP3 צריך להיות משוקלל -1 כדי להזיז את הסמן ימינה, ו C4 ו CP4 צריך להיות משוקלל 1 להזיז אותו שמאל. כדי להזיז את הסמן מטה, CZ ו CPz צריך להיות משוקלל 1, כדי להזיז את הסמן מעלה, C3 ו-C4 צריך להיות משוקלל -1. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תנועת הסמן משימה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כעת, המערכת מוגדרת עם ההגדרות הנכונות, זה הזמן להתחיל את המשימה ניסיוני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תצורת המערכת מוגדרת כך אחד מארבעת היעדים יופיעו במהלך משפט. המטרה של הנושא היא כדי להזיז את הסמן אל היעד הנכון באמצעות תנועות דמיין המתאים לכיוון הרצוי של התנועה (למשל, הימני כדי לנוע ימינה, רגל לנוע למטה, וכו &#39;). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור הניסויים הראשונה, הסמן מוגבלת לציר של היעד. כלומר, אם המטרה היא בחלק העליון או התחתון, זהרק ניתן להזיז את הסמן למעלה או למטה, ואם זה על ימין או שמאל של המסך, הסמן יכול להיות רק עבר שמאלה או ימינה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר מתחיל לרוץ, את המכתב &quot;T&quot; מופיעה על המסך למשך 2 שניות. בשלב הבא, אחד היעדים מופיע לשנייה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר תקופה 1 השני זה, הסמן יופיע באמצע המסך. נושא משתמשת בתנועות דמיין המתאים לכוון את הסמן אל היעד. אם הנושא פוגע במטרה, זה משנה את צבעו. אחרת, לנושא יש 5 שניות להגיע למטרה לפני הפגישה פעמים החוצה נחשבת להחמיץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר המשפט, יש 2 ההפסקה השנייה בין משפט שבמהלכו הנושא יכול להירגע, למצמץ, לבלוע, או בכל דרך אחרת להתאים מחדש עמדות. במהלך הניסויים, התנועה צריכה להיות למינימום מוחלט כדי להפחית את התנועה חפצים או חפצים השריר. הוא גם מועיל לשבת בחדר האפלולי על כיסא נוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 20 ניסויים, BCI2000 נכנס מדינה על תנאי. במהלך תקופה זו, ייתכן שיהיה צורך להתאים מחדש כמה הגדרות אם הנושא אינו מסוגל להזיז את הסמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אחרי 4 ריצות הנושא הוא עדיין לא מצליח מרצונכם, מתוך להזיז את הסמן, זה עשוי להיות נחוץ כדי לנתח מחדש את הנתונים שנאספו בכלי BCI2000 ניתוח לא מקוון. בחר את הערוצים החדשים תדרים מבוסס על מגרשים תכונה חדשה. זה עלול לקחת מספר רץ או אולי לפני מספר מפגשים בנושא יכול להיות בקיאים במשימה. </li></ol></li></ol> חלק 6: תוצאות נציג: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איורים 1 ו -2 להראות את R בריבוע ערכים הטופוגרפיה הקרקפת עבור ההליך כיול, המציין אילו ערוצים פחי תדירות יש לבחור שליטה הסמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נושא הכשרה אמור להיות מסוגל במהירות להזיז את הסמן אל היעד המוצג בתוך 1 או 2 שניות. </li></ol><img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig1.jpg" alt="איור 1" /> איור 1) ו-B) טופוגרפיה של שינויים ספקטרלי בלהקה 10-12 הרץ במהלך תנועות אמיתיים ומדומים עם יד ימין. ג) קשת כוח על C3 במנוחה (מקווקו) ותנועה (מוצק). ד) R בריבוע של הכוח במהלך התנועה בהשוואה לשאר. <img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig2.jpg" alt="איור 2" /> איור 2 R בריבוע על פני כל ערוצי התנועה הימנית דמיינתי. ציר x הוא תדר ב 2 פחי הרץ מ -0 עד 70 הרץ. ציר y הוא מספר הערוץ. הגבוה R בריבוע ערכים נמצאים על הערוצים 9, 10, 17, 18, 19, אשר מכסה את אזור יד הנגדי של הקורטקס המוטורי.

<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 style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זה חיוני כי עכבות אלקטרודה נמוכים, אבל זה יותר מדי ג&#39;ל לא היה בשימוש להוריד את העכבה. ערוץ רעה אחת יכולה להשפיע על כל האחרים באמצעות התייחסות הישר הממוצע. אם העכבה לא יכול להיות מופחת אחרי כמה נסיונות, מומלץ כי האלקטרודה מהיר להכניס לשמש, אשר יכול פשוט לה...

<!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

ממשק מוח מחשב (BCI) פונקציות על ידי מתרגם את האות העצבי, כגון אלקטרואנצפלוגרם (EEG), לאות כי ניתן להשתמש כדי לשלוט מחשב או מכשיר אחר. משרעת של אותות EEG בסלים תדר שנבחר נמדדים ותורגם פקודה למכשיר, במקרה זה המהירות האופקי והאנכי של הסמן במחשב. ראשית, האלקטרודות EEG מוחלים על הקרקפת של המשתמש באמצעות כובע להקליט פעילות המוח. לאחר מכן, הליך כיול משמש כדי למצוא את אלקטרודות ה-EEG ותכונות שהמשתמש ילמדו בהתנדבות לווסת להשתמש BCI. בבני אדם, הכוח mu (8-12 הרץ) ו - בטא (18-28 הרץ) התדרים ירידה משרעת במהלך תנועה אמיתית או מדומה. שינויים אלו ניתן לזהות את ה-EEG בזמן אמת, ולהשתמש בהם כדי לשלוט BCI ([1], [2]). לכן, במהלך בדיקה ההקרנה, המשתמש מתבקש לבצע מספר תנועות דמיין שונים עם ידיהם ורגליהם כדי לקבוע את תכונות ה-EEG ייחודי לשנות עם תנועות דמיינתי. תוצאות כיול זה יציג את הערוצים הטובה ביותר לשימוש, אשר מוגדרים כך ששינויים משרעת ב mu ו התדרים בטא להזיז את הסמן או אופקית או אנכית. בניסוי זה, המטרה הכללית BCI מערכת BCI2000 משמש לשליטה רכישת אות, עיבוד אותות, ומשוב למשתמש [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

בסרטון הזה, אנחנו מדגימים את הצעדים הנדרשים כדי להפעיל ניסוי המוח למחשב ממשק, כולל הגדרת כובע EEG, כיול המערכת, הדרכה למשתמש להזיז סמן בשני ממדים באמצעות תנועות דמיינתי.

שימוש EEG מבוסס מוחי המחשב ממשק עבור תנועת הסמן וירטואלי עם 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 Views.  University of Wisconsin-Madison. בסרטון הזה, אנחנו מדגימים את הצעדים הנדרשים כדי להפעיל ניסוי המוח למחשב ממשק, כולל הגדרת כובע EEG, כיול המערכת, הדרכה למשתמש להזיז סמן בשני ממדים באמצעות תנועות דמיינתי.

Video: 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.

בדיקת סובלנות ניקוטין ב כנימות באמצעות ניסוי דיאט מלאכותית

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

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.

מבנה Forelimb מיומנים להגיע ב עכברוש: ​​סולם דירוג התנועה

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.

השימוש ביופידבק במציאות מדומה קליני: פרויקט ללא חת

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.

מדידת קשיחות כיפוף של תאים חיידקיים באמצעות מלכודת אופטית

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.

Culturing של אדם תאי אפיתל באף בממשק האוויר הנוזלי

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 - תחזיות דקה, שבירה ממברנה עם תפקידים בתנועת תא ואינטראקציות בין תאית

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.

גישה חלופית עבור הכנת דוגמאות עם מספר סלולרי נמוך עבור ניתוח 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.

הדמיה של מבנה שומן לבן תלת-ממד באמצעות צביעת כולה-הר

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.

מודל אפיתל ממשק נוזלי אוויר לחשיפה מציאותית וחוזרת ונשנית לחלקיקים מוטסים לבדיקות רעילות

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.

אוסף של ביופסיות שריר השלד מהתאי העליון של השרירים האנושיים Tibialis הקדמי להערכה מכנית

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