מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדע השוויצרי, בטי ודוד Koetser קרן לחקר המוח וקרן ETH.

הניסויים שהוצגו כאן אושרו על ידי משרד הווטרינרית של קנטון ציריך, שוויץ בוצעו בהתאם לתקנות לאומיות ומוסדיות. 1. תנאי האכלה הערה: כל האימונים מתבצעים תחת פרוטוקול האכלה מתוזמנת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להאכיל את החולדות 50 גרם / ק&quot;ג של צ&#39;או תקן פעם ביום, לאחר השלמת אימונים. סכום זה של מזון הוא מספיק כדי למנוע ירידה במשקל גדולה (משקל גוף הוא&gt; 90% מהמשקל ללא האכלה), אך קטן מספיק כדי להבטיח מיזוג התנהגותיים לשחזור. לשקול החולדות יומיות על מנת להבטיח ממשקל גופם נשאר יציב. הערה: לילה נוסף (10-12 שעות) מניעת מזון עשויה להיות שימושית לפני פגישת גמול בנגיעה הראשונה (שלב 2.3). </li></ol> 2. נוהל הדרכה עבור משימת Reach-ו-משיכה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופן הכנה: אפשר החולדות להרגיל כלובים לביתם החדשים במשך לאהרח שבוע לאחר הגעתו למתקן בעלי החיים. טפלו חולדות באופן קבוע באותה תקופה ולתת כדורי דיוק dustless בכלוב בבית להרגיל את החולדות את המזון החדש. כדורים אלה ישמשו כגמול ברחבי פרוטוקול אימון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרגלה: מניחה את החולדות בכלוב הבדיקות 30-45 דקות ולספק 30-50 כדורים בקערת ההאכלה, מעורבב עם אוכל אבקה. לפתוח ולסגור את חלון הכלוב ולהפעיל את מנפק גלולה מדי פעם כדי להרגיל את החולדות הצליל שלהם. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על פעולה זו במשך 2-3 ימים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Reward בנגיעה: לאלף את החולדות לגעת בידית הכדורית מבעד לחלון הכלוב אז לעבור לצד השני של הכלוב כדי לאחזר פרסי מזון. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את גדרות תוכנה כך הידית ממוקמת ממש מחוץ לחלון כלוב הבדיקות בתחילת כל ניסוי וליישר את הידית עם במרכז החלון בכלוב. כאשר ניסויים מוצלחים, כלומר &lt;/ Em&gt;, בהקדם במגע קל על הידית (עקירת 0.25 מ&quot;מ בכל כיוון) התגלה, יישמע צליל גמול הוא חלק. לסווג ניסויים כמו נכשל כשאף מגע שזוהה עבור 180 s לאחר החלון נפתח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכניסים את החולדה בכלוב אימון. הצג בפני החולדה להושיט ידי לתת לה לתפוס בכל גלולה שנערך ליד הידית. מפנה את תשומת לבו של חולדת קערת הידית ומזון ידי קשה על הכלוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור מה שגרם כאשר החולדה מגיעה באופן עצמאי דרך חלון כלוב מאחזר גלול מזון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך עד 100 ניסויים (נגיעות) הושלמו או עד 60 דקות חלפו, המוקדם מבין השניים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך ההכשרה במשך 3-4 ימים ולהתחיל לשלב הבא של אימון (שלב 2.4) כאשר חולדות להשיג 100 ניסויים בתוך 30 דקות על 2 ימים רצופים. הערה: אל יתר להכשיר את הצעד הזה. המטרה בנגיעת גמול היא להשיג אינטראקציה אמינה בין חולדת הרובוט, כך שהתנהגות זו יכולה להיות מעוצבת בהכשרה שלאחר מכן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משיכה חינם (FP): לאלף את החולדות להושיט יד ולמשוך את הידית של הרובוט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הגדרות התוכנה כך הידית ממוקם 18 מ&quot;מ מהחלון בתחילת כל ניסוי, וחייב להיות משך במשך 10 מ&quot;מ לפחות ללא הפרעה למשפט מוצלח. אין הגבלות לרוחב על התנועה המשייכת בשלב זה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסווג משפט כמו נכשל כאשר הידית לא זזו ממקומם 180 אחרי החלון נפתח, כאשר הידית מועבר מחוץ לסביבת העבודה ניתן להשגה (יותר מ -12 מ&quot;מ קו האמצע), או כאשר החולדה משכה פחות מ -10 מ&quot;מ בתוך 5 ים לאחר המגע הראשון זוהה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרשום את מספר הפעמים כפה על ימין ועל השמאל משמשים במהלך 20 הניסויים הראשונים של פגישת FP הראשונה. הכף המשמש לפחות 80% של הניסויים נחשבת כפה המועדפת. הערה: העדפת Paw עשויה להיות כבר ברורה בשכרהפעלות -touch. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את הידית רוחבית עד שהוא מיושר עם קצה החלון כדי להקל משייכת עם הכפה המועדפת (כלומר להעביר את מ&quot;מ רובוט 5 אל הצד השמאלי של החלון לחולדות ימניות ולהיפך). הערה: הנח את הידית באותו המיקום היחסי הזה בדיוק לכלוב לכל האימונים הבאים עכברוש זה. הבטח מיקום מדויק על ידי סימנים על קיר הכלוב על הרובוט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכניסים את החולדה בכלוב הכשרה הרכבת עד 100 ניסויים הושלמו או עד 60 דקות חלפו, המוקדם מבין השניים. הערה: אם החולדה לא להושיט יד רחוקה מספיק, להנחות אותו לתת לה לתפוס בכל גלולה שנערכה ליד הידית. חולדות יכולות להפסיק לנסות למשוך אחרי ניסיונות כושלים חוזרים ונשנים. קש על הכלוב, לתת להם לתפוס כדורים שנערכו עם זוג מלקחיים או לוותר גלולה לשחזר את המוטיבציה שלהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בניסויים מעורבים אימונים FP בלבד, להמשיך באימונים כמתואר 2.4. לאTE: בדרך כלל, 1-2 מפגשי FP נדרשים כדי לעזור מעבר מגע גמול SP ההדרכה (ישר Pull). מטרת המפגשים FP אלה הוא להרגיל חולדות להושיט יד, לתפוס ולמשוך את הידית, ולא לגעת רק זה. כמו אימון גמול-מגע, חשוב לא מעל הרכבת אם המטרה היא לעבור צעד בהדרכה הבא. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ישר משיכה (SP): לאלף את החולדות למשוך בידית בלי לחרוג יותר מ -2 מ&quot;מ מן קו האמצע. הערה: קו האמצע מוגדר ביחס למיקום ההתחלה של הרובוט, לא אל נקודת האמצע של החלון בכלוב. לפיכך, ניסיון משייך וכלה בנקודת האמצע של החלון בכלוב יגרום למסלול משייך שחורג יותר מ -2 מ&quot;מ מן קו אמצע. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הגדרות התוכנה כך שרק ניסויים שבהם התנועה משיכת אינה חורגת יותר מ -2 מ&quot;מ מן קו האמצע צידיו מתוגמלים על ידי הטון גלולה. שמור את כל הפרמטרים האחרים כפי שמתואר בשלב 2.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכניסים את החולדה בכלוב הכשרה הרכבת עד 100 ניסויים הושלמו או עד 60 דקות חלפו, המוקדם מבין השניים. הערה: חולדות עשויות להיות מאוד נסערות ולהפסיק לנסות למשוך אחרי ניסיונות כושלים חוזרים ונשנים. קש על הכלוב כדי להפנות את תשומת לבם את המשימה להגיע, לתת להם לתפוס כדורים שנערכו עם זוג מלקחיים או לוותר גלולה לשחזר את המוטיבציה שלהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך אימונים עד החולדות להגיע לביצועים רמים, או להתאים את תקופת ההכשרה בהתאם למטרה של ניסוי. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Irvine, K. -. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+method+for+assessing+proximal+and+distal+forelimb+function+in+the+rat:+the+Irvine,+Beatties+and+Bresnahan+(IBB)+forelimb+scale.">A novel method for assessing proximal and distal forelimb function in the rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) forelimb scale.</a> JoVE. (46), (2010).</li><li>Ballermann, M., Metz, G. A., McKenna, J. E., Klassen, F., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pasta+matrix+reaching+task:+a+simple+test+for+measuring+skilled+reaching+distance,+direction,+and+dexterity+in+rats.">The pasta matrix reaching task: a simple test for measuring skilled reaching distance, direction, and dexterity in rats.</a> J Neurosci Meth. 106 (1), 39-45 (2001).</li><li>Kemble, E. D., Wimmer, S. C., Konkler, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+varied+prior+manipulatory+or+consummatory+behaviours+on+nut+opening,+predation,+novel+foods+consumption,+nest+building,+and+food+tablet+grasping+in+rats.">Effects of varied prior manipulatory or consummatory behaviours on nut opening, predation, novel foods consumption, nest building, and food tablet grasping in rats.</a> Behav Proc. 8 (1), 33-44 (1983).</li><li>Buitrago, M. M., Ringer, T., Schulz, J. B., Dichgans, J., Luft, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+motor+skill+and+instrumental+learning+time+scales+in+a+skilled+reaching+task+in+rat.">Characterization of motor skill and instrumental learning time scales in a skilled reaching task in rat.</a> Behav Brain Res. 155 (2), 249-256 (2004).</li><li>Whishaw, I. Q., Pellis, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat:+A+proximally+driven+movement+with+a+single+distal+rotatory+component.">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: A proximally driven movement with a single distal rotatory component.</a> Behav Brain Res. 41 (1), 49-59 (1990).</li><li>Hays, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+isometric+pull+task:+a+novel+automated+method+for+quantifying+forelimb+force+generation+in+rats.">The isometric pull task: a novel automated method for quantifying forelimb force generation in rats.</a> J Neurosci Meth. 212 (2), 329-337 (2013).</li><li>Sharp, K. G., Duarte, J. E., Gebrekristos, B., Perez, S., Steward, O., Reinkensmeyer, 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=Robotic+Rehabilitator+of+the+Rodent+Upper+Extremity:+A+System+and+Method+for+Assessing+and+Training+Forelimb+Force+Production+after+Neurological+Injury.">Robotic Rehabilitator of the Rodent Upper Extremity: A System and Method for Assessing and Training Forelimb Force Production after Neurological Injury.</a> J Neurotrauma. 33 (5), 460-467 (2016).</li><li>Hays, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+bradykinesia+assessment+task:+an+automated+method+to+measure+forelimb+speed+in+rodents.">The bradykinesia assessment task: an automated method to measure forelimb speed in rodents.</a> J Neurosci Meth. 214 (1), 52-61 (2013).</li><li>Meyers, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+supination+assessment+task:+an+automated+method+for+quantifying+forelimb+rotational+function+in+rats.">The supination assessment task: an automated method for quantifying forelimb rotational function in rats.</a> J Neurosci Meth. 266, 11-20 (2016).</li><li>Lambercy, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-processes+of+motor+learning+revealed+by+a+robotic+manipulandum+for+rodents.">Sub-processes of motor learning revealed by a robotic manipulandum for rodents.</a> Behav Brain Res. 278, 569-576 (2015).</li><li>Vigaru, B. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+robotic+platform+to+assess,+guide+and+perturb+rat+forelimb+movements.">A robotic platform to assess, guide and perturb rat forelimb movements.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 21 (5), 796-805 (2013).</li><li>Klein, A., Sacrey, L. -. A. R., Whishaw, I. Q., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+rodent+skilled+reaching+as+a+translational+model+for+investigating+brain+damage+and+disease.">The use of rodent skilled reaching as a translational model for investigating brain damage and disease.</a> Neurosci Biobehav Rev. 36 (3), 1030-1042 (2012).</li><li>Gharbawie, O. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+stages+of+learning+and+recovery+of+skilled+reaching+after+motor+cortex+stroke:+&amp;#34;Oppositions&amp;#34;+organize+normal+and+compensatory+movements.">Parallel stages of learning and recovery of skilled reaching after motor cortex stroke: &amp;#34;Oppositions&amp;#34; organize normal and compensatory movements.</a> Behav Brain Res. 175 (2), 249-262 (2006).</li><li>Palm&#233;r, T., Tamt&#232;, M., Halje, P., Enqvist, O., Petersson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+system+for+automated+tracking+of+motor+components+in+neurophysiological+research.">A system for automated tracking of motor components in neurophysiological research.</a> J Neurosci Meth. 205 (2), 334-344 (2012).</li><li>Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+behavioral+method+for+identifying+recovery+and+compensation:+Hand+use+in+a+preclinical+stroke+model+using+the+single+pellet+reaching+task.">A behavioral method for identifying recovery and compensation: Hand use in a preclinical stroke model using the single pellet reaching task.</a> Neurosci Biobehav Rev. 37 (5), 950-967 (2013).</li><li>Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compensation+aids+skilled+reaching+in+aging+and+in+recovery+from+forelimb+motor+cortex+stroke+in+the+rat.">Compensation aids skilled reaching in aging and in recovery from forelimb motor cortex stroke in the rat.</a> Neurosci. 167 (1), 21-30 (2010).</li><li>Molina-Luna, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dopamine+in+motor+cortex+is+necessary+for+skill+learning+and+synaptic+plasticity.">Dopamine in motor cortex is necessary for skill learning and synaptic plasticity.</a> PloS one. 4 (9), (2009).</li><li>VandenBerg, P. M., Hogg, T. M., Kleim, J. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Evans+rats+have+a+larger+cortical+topographic+representation+of+movement+than+Fischer-344+rats:+A+microstimulation+study+of+motor+cortex+in+na&#305;&#776;ve+and+skilled+reaching-trained+rats.">Long-Evans rats have a larger cortical topographic representation of movement than Fischer-344 rats: A microstimulation study of motor cortex in na&#305;&#776;ve and skilled reaching-trained rats.</a> Brain Res Bull. 59 (3), 197-203 (2002).</li><li>Whishaw, I. Q., Gorny, B., Foroud, A., Kleim, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Evans+and+Sprague-Dawley+rats+have+similar+skilled+reaching+success+and+limb+representations+in+motor+cortex+but+different+movements:+some+cautionary+insights+into+the+selection+of+rat+strains+for+neurobiological+motor+research.">Long-Evans and Sprague-Dawley rats have similar skilled reaching success and limb representations in motor cortex but different movements: some cautionary insights into the selection of rat strains for neurobiological motor research.</a> Behav Brain Res. 145 (1-2), 221-232 (2003).</li><li>Harms, K. J., Rioult-Pedotti, M. S., Carter, D. R., Dunaevsky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+Spine+Expansion+and+Learning-Induced+Plasticity+in+Layer+1+Primary+Motor+Cortex.">Transient Spine Expansion and Learning-Induced Plasticity in Layer 1 Primary Motor Cortex.</a> J Neurosci. 28 (22), 5686-5690 (2008).</li><li>Metz, G. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skilled+reaching+an+action+pattern:+stability+in+rat+(Rattus+norvegicus)+grasping+movements+as+a+function+of+changing+food+pellet+size.">Skilled reaching an action pattern: stability in rat (Rattus norvegicus) grasping movements as a function of changing food pellet size.</a> Behav Brain Res. 116 (2), 111-122 (2000).</li></ol>

החוקרים אין לחשוף

להגיע משימות מיומנות משמשות כדי ללמוד רכישת מיומנות מוטורית וכן ירידת ערך של תפקוד מוטורי מתחת לגיל 6 במצבים פתולוגיים. ניתוח אמין וחד משמעי להגיע התנהגות חיוני לחקר מנגנונים תאיים בבסיס רכישת מיומנות מוטורית, כמו גם תהליכים נוירופיזיולוגיים מעורבים א?...

משימות מנוע נמצאים בשימוש נרחב כדי להעריך שינויים התנהגותיים עצביים הקשורים למידה מוטורית או שינויים בתפקוד המוטורי במודלים של בעלי חיים נוירולוגיות או תרופתי. תפקוד מוטורי פיין יכול להיות קשה לכמת במכרסמים, זאת. משימות הדורשות מיומנות ידנית, כגון מניפולציה של דגני בוקר 1, פסטה 2, או גרעיני חמניות 3 רגישים ואינם דורשים הכשרה מקיפה של החיה. החסרון העיקרי שלהם הוא כי משימות אלה להניב תוצאות איכותיות בעיקר ויכולות להיות קשה להבקיע באופן חד משמעי. משימות לכת מיומנות, כגון וריאציות של הגלולה האחת לכת משימה יותר פשוטות לכמת 4, 5. עם זאת, גורמי קינמטיקה העומד בבסיס ביצוע מוצלח של משימות אלה ניתן להסיק רק במידה מוגבלת ודורשים עתיר עבודת מסגרת לפי מסגרת וידאוnalysis. התקנים רובוטיים צברו פופולריות כאמצעי לכימות ההיבטים של תפקוד forelimb ו מיומנות מוטורית. מספר משימות לכת אוטומטית זמינות. המוקד הרוב על היבט אחד של תנועה forelimb, כגון משיכת ידית לאורך מדריך ליניארית 6, 7, תנועות הגפיים דיסטלי פשוט 8, או פרונציה ו סופינציה של כפה 9. בעוד מכשירים אלה מראים תוצאות מבטיחות בתחום הניתוח של תפקוד מוטורי, הם רק משקפים את הפעולות המוטוריות המורכבות שבוצעו במהלך גלולה אחת להגיע אל מוגבל להאריך. הנה, אנחנו מדגימים את השימוש במכשיר שלוש מעלות-של-חופש רובוטית, ETH Pattus, שפותח לאימון והערכה של מטלות מוטוריות שונות בחולדות 10, 11. היא מתעד מישוריים תנועה סיבובית של תנועות forelimb עכברוש ידם, לחוש,משייך משימות שבוצעו במישור האופקי. חולדות אינטראקציה עם הרובוט באמצעות ידית כדורית 6 מ&quot;מ בקוטר כי ניתן להגיע דרך חלון בכלוב בדיקות (רוחב: 15 ס&quot;מ, אורך: 40 ס&quot;מ, גובה: 45 ס&quot;מ) ועבר במישור האופקי (דוחפים ומושכים תנועות) וסובב (תנועות-סופינציה פרונציה). לפיכך, הוא מאפשר החולדה לבצע תנועות קרובות לאלה שבוצעו במהלך משימות לכת גלולות אחת קונבנציונליות. החלון הוא 10 מ&quot;מ רחב וממוקם 50 מ&quot;מ מעל רצפת הכלוב. הידית ממוקמת 55 מ&quot;מ מעל הרצפה. חוסם דלת זזה לגשת לידית בין לכת ניסויים ופותחים כאשר הרובוט מגיע מיקום ההתחלה שלו וסוגר אחרי משפט הושלם. לאחר תנועת להורג כראוי, חולדות לקבל פרס מזון בצד השני של כלוב הבדיקות. הרובוט נשלט באמצעות תוכנה ורשומה פלט 3 אנקודר ב 1000 הרץ, וכתוצאה מכך המידע לגבי המיקום of הידית במישור האופקי, כמו גם זווית הסיבוב שלה (לפרטים, ראה חומר עזר 11). התנאים הנדרשים לביצוע משימה מוצלח מוגדרים בתוכנה לפני כל אימון (מינימום למשל נדרש משייך מרחק וסטייה מקסימלית מפני קו אמצע משימת יד-ו-pull). עמדת התייחסות סטנדרטית ראשונית של הידית הוא הקליט עם בעל קבוע בתחילת כל אימון. אזכור זה משמש עבור כל הניסויים בתוך מושב, והבטיח בעמדת תחילה מתמדת של הידית עבור כל ניסוי. מיצוב הקבוע של יחסי הידית לחלון הכלוב מובטח על ידי יישור של סימנים על כלוב רובוט (איור 1). הקלטות וידאו של תנועות הלכת נרשמות באמצעות מצלמת מהירות גבוהה קטנה (120 מסגרות / s, 640 x 480 רזולוציה). תצוגה קטנה הראייה של המצלמה מראה את מספר זיהוי של העכברוש, אימון פגישה,מספר בדיקת תוצאת משפט (הצלחה או נכשלו). קטעי וידאו אלה משמשים כדי לאמת את תוצאות רשמו ועל מנת להעריך את ההשפעות של לכת תנועות קודמות הנגיעה, מושכים או סיבוב של הידית. הנה, אנחנו מדגימים את השימוש בפלטפורמה רובוטית זו בוריאציות של משימת יד-ו-משיכה. משימה זו יכולה להיות מאומנת בתוך פרק הזמן זה ניתן להשוות פרדיגמות לכת מיומנות אחרות מניב תוצאות לשחזור. אנו מתארים פרוטוקול אימון טיפוסי, כמו גם כמה פרמטרי הפלט הראשיים. יתר על כן, אנו מראים כיצד שינויים קלים בפרוטוקול הכשרה בשימוש יכול לגרום קורסים הזמן שינו תוצאות התנהגותיות שעשויים לייצג subprocesses עצמאית בתוך תהליך הלמידה מיומנות מוטורית.

<table><tbody><tr><td>ETH Pattus</td><td></td><td></td><td>ETH Pattus was made by the Rehabilitation Engineering Laboratory of Prof. Gassert at ETH Zurich.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Training cage&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>The plexiglass training cage was made in-house.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Pellet dispenser</td><td>Campden Instruments</td><td>80209</td><td></td></tr><tr><td>45-mg dustless precision pellets</td><td>Bio-Serv</td><td>F0021-J</td><td></td></tr><tr><td>GoPro Hero 3+ Silver Edition&amp;nbsp;</td><td>digitec.ch</td><td>284528</td><td>Small highspeed camera&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Small display</td><td>Adafruit Industries</td><td>#50, #661</td><td>128 x 32 SPI OLED display controlled via an Arduino Uno microcontroller and Labview software</td></tr><tr><td>LabVIEW 2012</td><td>National Instruments</td><td>776678-3513</td><td>ETH Pattus is compatible with more recent Labview versions.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Matlab 2014b</td><td>The Mathworks</td><td>MLALL</td><td></td></tr></tbody></table>

investigating motor skill learning processes with a robotic manipulandum

משימות לכת מיומנות נפוצות במחקרי של למידה מיומנות מוטורי ותפקוד מוטורי בתנאים בריאים ופתולוגיים, אבל יכולות להיות זמן עתיר ומעורפל לכמת מעבר שיעורי הצלחה פשוט. כאן, אנו מתארים את הליך ההכשרה למשימות יד-ו-משיכה עם ETH Pattus, פלטפורמה רובוטית עבור forelimb האוטומטית לכת אימון שרשומות מושכות תנועות סיבוב יד בחולדות. כימות קינמטית של ניסיונות המשייכים בצעו כדי לגלות את נוכחותם של פרופילים זמניים ברורים של פרמטרי תנועה כגון משייכת מהירות, השתנות מרחבית של המסלול מושך, סטיית קו האמצע, כמו גם משייך הצלחה. אנו מראים כיצד שינויים קלים בתוך הפרדיגמה ההכשרה לגרום שינויים בפרמטרים אלה, ובכך והקשר שלהם קושי מטלה, תפקוד מוטורי בכלל או ביצוע משימה מיומן. בשילוב עם טכניקות אלקטרו, תרופתי optogenetic, פרדיגמה זו יכולה לשמשכדי לחקור את המנגנונים למידה מוטורית היווצרות הזיכרון, כמו גם אובדן התאוששות של תפקוד (למשל לאחר שבץ).

כאן, אנו מציגים 3 וריאציות של משימת יד-ו משיכה באמצעות חולדות לונג-אוונס זכר (10-12 שבועות). בשנות ה pull-חינם (FP) קבוצה (N = 6), חולדות אומנו למשוך בידית של הרובוט לתקופה 22 יום ללא הגבלות לרוחב. בעלי חיים תחת הישר למשוך 1 (SP1) קבוצה (N = 12) הוכשרו למשוך בידית בלי לחר...

Watch this Scientific Journal Video about Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum at JoVE.com

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

פרדיגמה מוצג לאימונים וניתוח של משימת לכת מיומנת אוטומטית בחולדות. ניתוח של ניסיונות משייכים מגלה subprocesses הברור של למידה מוטורית.

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

investigating-motor-skill-learning-processes-with-robotic

Research

JoVE Journal

Behavior

8.7K Views.  University Hospital Zurich.  פרדיגמה מוצג לאימונים וניתוח של משימת לכת מיומנת אוטומטית בחולדות. ניתוח של ניסיונות משייכים מגלה subprocesses הברור של למידה מוטורית. 

Video: Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and retrieve food rewards positioned at a specific location, their motor performance (defined as accuracy and speed) improves progressively over time, and plateaus after persistent training. Once such reaching skill is mastered, its further maintenance does not require constant practice. Here we introduce a single-pellet reaching task to study the acquisition and maintenance of skilled forelimb movements in mice. In this video, we first describe the behaviors of mice that are commonly encountered in this learning and memory paradigm, and then discuss how to categorize these behaviors and quantify the observed results. Combined with mouse genetics, this paradigm can be utilized as a behavioral platform to explore the anatomical underpinnings, physiological properties, and molecular mechanisms of learning and memory.

Persistent practice improves the precision of coordinated movements.&#160;Here we introduce a single-pellet reaching task, which is designed to assess the learning and memory of forelimb skill in mice.&#160;

מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

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

Advances in robotic systems have resulted in prostheses for the upper limb that can produce multifunctional movements. However, these sophisticated systems require upper limb amputees to learn complex control schemes. Humans have the ability to learn new movements through imitation and other learning strategies. This protocol describes a structured rehabilitation method, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning, and aims to assess if this method can improve multifunctional prosthetic control. A left below elbow amputee, with 4 years of experience in prosthetic use, took part in this case study. The prosthesis used was a Michelangelo hand with wrist rotation, and the added features of wrist flexion and extension, which allowed more combinations of hand movements. The participant&#8217;s Southampton Hand Assessment Procedure score improved from 58 to 71 following structured training. This suggests that a structured training protocol of imitation, repetition and reinforcement may have a role in learning to control a new prosthetic hand. A larger clinical study is however required to support these findings.

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

פרוטוקול מובנה לשיקום משולבת משופרים תותבת בקרה: Case Study

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

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.

A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by observation or passive movement of trainee&#39;s hands by a robotic device). This obviously presents a major challenge in the rehabilitation of a paretic limb since voluntary control of physical movement is limited. Here, we describe a novel training scheme we have developed that has the potential to circumvent this major challenge. We exploited the voluntary control of one hand and provided real-time movement-based manipulated sensory feedback as if the other hand is moving. Visual manipulation through virtual reality (VR) was combined with a device that yokes left-hand fingers to passively follow right-hand voluntary finger movements. In healthy subjects, we demonstrate enhanced within-session performance gains of a limb in the absence of voluntary physical training. Results in healthy subjects suggest that training with the unique VR setup might also be beneficial for patients with upper limb hemiparesis by exploiting the voluntary control of their healthy hand to improve rehabilitation of their affected hand.

We describe a novel virtual-reality based setup which exploits voluntary control of one hand to improve motor-skill performance in the other (non-trained) hand. This is achieved by providing real-time movement-based sensory feedback as if the non-trained hand is moving. This new approach may be used to enhance rehabilitation of patients with unilateral hemiparesis.

באמצעות מציאות מדומה כדי להעביר יכולות מוטוריות ידע מיד אחת לאחרת

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ultrasound. However, limited numbers of robots designed for extra-corporeal ultrasound have been successfully translated into clinical use. In this study, we aim to build a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination, which is lightweight and has a small footprint. The robot is formed by five specially shaped links and custom-made joint mechanisms for probe manipulation, to cover the necessary range of motion with redundant degrees of freedom to ensure the patient&#39;s safety. The mechanical safety is emphasized with a clutch mechanism, to limit the force applied to patients. As a result of the design, the total weight of the manipulator is less than 2 kg and the length of the manipulator is about 25 cm. The design has been implemented, and simulation, phantom, and volunteer studies have been performed, to validate the range of motion, the ability to make fine adjustments, mechanical reliability, and the safe operation of the clutch. This paper details the design and implementation of the bespoke robotic ultrasound manipulator, with the design and assembly methods illustrated. Testing results to demonstrate the design features and clinical experience of using the system are presented. It is concluded that the current proposed robotic manipulator meets the requirements as a bespoke system for extra-corporeal ultrasound examination and has great potential to be translated into clinical use.

This paper introduces the design and implementation of a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination. The system has five degrees of freedom with lightweight joints made by 3D printing and a mechanical clutch for safety management.

העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו סאונד אקסטרה גשמית

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

Engineering

Robotic Mirror Therapy System for Functional Recovery of Hemiplegic Arms

Mirror therapy has been performed as effective occupational therapy in a clinical setting for functional recovery of a hemiplegic arm after stroke. It is conducted by eliciting an illusion through use of a mirror as if the hemiplegic arm is moving in real-time while moving the healthy arm. It can facilitate brain neuroplasticity through activation of the sensorimotor cortex. However, conventional mirror therapy has a critical limitation in that the hemiplegic arm is not actually moving. Thus, we developed a real-time 2-axis mirror robot system as a simple add-on module for conventional mirror therapy using a closed feedback mechanism, which enables real-time movement of the hemiplegic arm. We used 3 Attitude and Heading Reference System sensors, 2 brushless DC motors for elbow and wrist joints, and exoskeletal frames. In a feasibility study on 6 healthy subjects, robotic mirror therapy was safe and feasible. We further selected tasks useful for activities of daily living training through feedback from rehabilitation doctors. A chronic stroke patient showed improvement in the Fugl-Meyer assessment scale and elbow flexor spasticity after a 2-week application of the mirror robot system. Robotic mirror therapy may enhance proprioceptive input to the sensory cortex, which is considered to be important in neuroplasticity and functional recovery of hemiplegic arms. The mirror robot system presented herein can be easily developed and utilized effectively to advance occupational therapy.

We developed a real-time mirror robot system for functional recovery of hemiplegic arms using automatic control technology, conducted a clinical study on healthy subjects, and determined tasks through feedback from rehabilitation doctors. This simple mirror robot can be applied effectively to occupational therapy in stroke patients with a hemiplegic arm.

תרפיה מערכת Mirror רובוטית עבור התאוששות תפקודית של Arms ומחוסר

Mirror therapy has been performed as effective occupational therapy in a clinical setting for functional recovery of a hemiplegic arm after stroke. It is ...

Bioengineering

Isokinetic Robotic Device to Improve Test-Retest and Inter-Rater Reliability for Stretch Reflex Measurements in Stroke Patients with Spasticity

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has been shown to be limited in inter-rater reliability. One factor in this poor inter-rater reliability is the variability of passive motion while measuring the angle of catch (AoC) measurements. Therefore, an isokinetic device has been proposed to standardize the manual joint motion; however, the benefits of isokinetic motion for AoC measurements has not been tested in a standardized manner. This protocol investigates whether isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability for AoC measurements. For this purpose, a robotic isokinetic device was developed that is combined with surface electromyography (EMG). Two conditions, manual and isokinetic motions, are compared with the standardized method to measure the angle and subjective feeling of catch. It is shown that in 17 stroke patients with mild elbow flexor spasticity, isokinetic motion improved the intraclass correlation coefficient (ICC) for inter-rater reliability of AoC measurements to 0.890 [95% confidence interval (CI): 0.685&#8211;0.961] by the EMG criteria, and 0.931 (95% CI: 0.791&#8211;0.978) by the torque criteria, from 0.788 (95% CI: 0.493&#8211;0.920) by manual motion. In conclusion, isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability of AoC measurements in stroke patients with mild spasticity. Given that this system may provide greater standardized angle measurements and catch of feeling, it may be a good option for the evaluation of spasticity in a clinical setting.

Using a robotic isokinetic device with electromyography (EMG) measurements, this protocol illustrates that isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability for the angle of catch measurements in stroke patients with mild elbow flexor spasticity.

Isokinetic התקן רובוטי כדי לשפר את הבדיקה-Retest ואת האמינות הבין-למתוח עבור מדידות רפלקס מתיחה בחולי שבץ עם ספסטיות

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has ...

The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of daily activities due to lower and upper limb impairments. Intensive physical and occupational therapy are still considered main treatments, but new adjunct therapies to standard rehabilitation that may optimize functional outcomes are being studied.
Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that polarizes underlying brain regions through the application of weak direct currents through electrodes on the scalp, modulating cortical excitability. Increased interest in this technique can be attributed to its low cost, ease of use, and effects on human neural plasticity. Recent research has been performed to determine the clinical potential of tDCS in diverse conditions such as depression, Parkinson&#39;s disease, and motor rehabilitation after stroke. tDCS helps enhance brain plasticity and seems to be a promising technique in rehabilitation programs.
A number of robotic devices have been developed to assist in the rehabilitation of upper limb function after stroke. The rehabilitation of motor deficits is often a long process requiring multidisciplinary approaches for a patient to achieve maximum independence. These devices do not intend to replace manual rehabilitation therapy; instead, they were designed as an additional tool to rehabilitation programs, allowing immediate perception of results and tracking of improvements, thus helping patients to stay motivated.
Both tDSC and robot-assisted therapy are promising add-ons to stroke rehabilitation and target the modulation of brain plasticity, with several reports describing their use to be associated with conventional therapy and the improvement of therapeutic outcomes. However, more recently, some small clinical trials have been developed that describe the associated use of tDCS and robot-assisted therapy in stroke rehabilitation. In this article, we describe the combined methods used in our institute for improving motor performance after stroke.

The combined use of transcranial direct current stimulation and robotic therapy as an add-on for conventional rehabilitation therapy may result in improved therapeutic outcomes due to modulation of brain plasticity. In this article, we describe the combined methods used in our institute for improving motor performance after stroke.

השימוש המשולב של גירוי הנוכחי טראנס ישיר וטיפול רובוטית עבור הגפיים העליונות

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Neuroscience

Development of a Novel Task-oriented Rehabilitation Program using a Bimanual Exoskeleton Robotic Hand

A robot-assisted hand is used for the rehabilitation of patients with impaired upper limb function, particularly for stroke patients with a loss of motor control. However, it is unclear how conventional occupational training strategies can be applied to the use of rehabilitation robots. Novel robotic technologies and occupational therapy concepts are used to develop a protocol that allows patients with impaired upper limb function to grasp objects using their affected hand through a variety of pinching and grasping functions. To conduct this appropriately, we used five types of objects: a peg, a rectangular cube, a cube, a ball, and a cylindrical bar. We also equipped the patients with a robotic hand, the Mirror Hand, an exoskeleton&#160;hand that is fitted to the subject&#8217;s affected hand and follows the movement of the sensor glove fitted to their unaffected hand (bimanual movement training (BMT)). This study had two stages. Three healthy subjects were first recruited to test the feasibility and acceptability of the training program. Three patients with hand dysfunction caused by stroke were then recruited to confirm the feasibility and acceptability of the training program, which was conducted on 3 consecutive days. On each day, the patient was monitored during 5 min of movement in a passive range of motion, 5 min of robot-assisted bimanual movement, and task-oriented training using the five objects. The results showed that both healthy subjects and subjects who had suffered a stroke in conjunction with the robotic hand could successfully grasp the objects. Both healthy subjects and those who had suffered a stroke performed well with the robot-assisted task-oriented training program in terms of feasibility and acceptability.

This study reports the development of a novel robot-assisted task-oriented program for hand rehabilitation. The developmental process consists of experiments using both healthy subjects and subjects who have had a stroke and suffered from subsequent motor control dysfunction.

פיתוח תוכנית שיקום מוכוונת-משימות באמצעות יד רובוטית ביאנואל

A robot-assisted hand is used for the rehabilitation of patients with impaired upper limb function, particularly for stroke patients with a loss of motor ...

Medicine

טיפול רובוטי וקונבנציונלי משולב להחלמה לאחר שבץ מוחי בגפיים העליונות

Enhancing Upper Limb Function and Motor Skills Post-Stroke Through an Upper Limb Rehabilitation Robot

Cerebrovascular accidents, commonly known as strokes, represent a prevalent neurological event leading to significant upper limb disabilities, thereby profoundly affecting individuals' activities of daily living and diminishing their quality of life. Traditional rehabilitation methods for upper limb recovery post-stroke are often hindered by limitations, including therapist and patient fatigue, reliance on singular training methodologies, and lack of sustained motivation. Addressing these challenges, this study introduces an upper limb rehabilitation robot, which uses intelligent feedback motion control to improve therapeutic outcomes. The system is distinguished by its capability to adjust the direction and magnitude of force feedback dynamically, based on the detection of spastic movements during exercises, thereby offering a tailored therapeutic experience. This system is equipped with four distinct training modes, intelligent assessment of joint range of motion, and the ability to personalize training programs. Moreover, it provides an immersive interactive gaming experience coupled with comprehensive safety measures. This multifaceted approach not only elevates the engagement and interest of participants beyond traditional rehabilitation protocols but also demonstrates significant improvements in upper limb functionality and the activities of daily living among hemiplegic patients. The system exemplifies an advanced tool in upper limb rehabilitation, offering a synergistic blend of precision, personalization, and interactive engagement, thereby broadening the therapeutic options available to stroke survivors.

מחבר זרקור: שיפור שיקום הגפיים העליונות לאחר שבץ באמצעות טכנולוגיות רובוטיות לשיפור ההתאוששות המוטורית והתוצאות התפקודיות

This protocol describes an upper limb rehabilitation robot that provides intelligent feedback through four modes. These modes enhance upper limb function and flexibility, thereby improving patients' quality of life.

שיפור תפקוד הגפיים העליונות והמיומנויות המוטוריות לאחר שבץ באמצעות רובוט שיקום גפיים עליונות

Cerebrovascular accidents, commonly known as strokes, represent a prevalent neurological event leading to significant upper limb disabilities, thereby ...