NIH NIBIB RO1: 1R01EB009103-01 Programma di formazione clinica Neuroingegneria (1 DK070079 T90-01) Wallace H. Coulter Fondazione NIH Premio Istituzionale scienza clinica e traslazionale NIH / NCRR 1KL2RR025012-01 Wisconsin Alumni Research Foundation

Procedura sperimentale <ol><li> Collegamento del Elettrodi EEG <ol><li> Elettrodi sarà allegato al cuoio capelluto con un cappello EEG, questo semplifica il processo di garantire che gli elettrodi sono in posizione corretta sul cuoio capelluto, come specificato dal sistema internazionale 10-20. </li><li> Per posizionare il tappo, segnano il vertice sul cuoio capelluto del soggetto con un pennarello o qualche altro metodo simile. Per farlo, inizia individuando il nasion e inion sull&#39;argomento. Utilizzando un metro a nastro, trovare la distanza tra queste due posizioni. Il punto a metà strada tra i due punti, o 50% della distanza, è il vertice. Fare un segno a quel punto per riferimento futuro. Altri 10-20 punti possono essere posizionati in modo simile. </li><li> Trova l&#39;elettrodo Cz sul cappello, e posizionarlo sul vertice. Tenendo fisso Cz, scivolare il cappuccio sulla testa. Assicurarsi che gli elettrodi Fz, Cz, Pz e sono sulla linea mediana del cuoio capelluto, e che la O1-O2 elettrodi sono orizzontali e il livello di Oz, e che Fp1, Fp2 sono livello FPZ. </li><li> Ora collegare l&#39;elettrodo di riferimento, che tipicamente clip su un lobo dell&#39;orecchio. </li><li> Successivamente, gli elettrodi sono riempite con un gel conduttivo in modo che gli elettrodi fare una bassa impedenza contatto con il cuoio capelluto. Per fare questo, una piccola siringa con un ago a punta smussa viene riempito con il gel. Inoltre, può essere utile per vedere le tracce EEG sullo schermo del computer mentre il gel viene applicato per determinare se la connessione è buona. </li><li> Inserire l&#39;ago in un elettrodo, e carteggiare delicatamente il cuoio capelluto con l&#39;ago per rimuovere tutta la pelle morta. Riempire l&#39;elettrodo con una piccola quantità di gel, facendo attenzione a non riempire troppo lo. Inizia con l&#39;elettrodo di riferimento orecchio, e ripetere per tutti gli elettrodi, compreso il terreno. </li><li> Controllare le impedenze per tutti i canali, che dovrebbero essere tutti meno di 5 kΩ. Questo metodo può variare a seconda del particolare sistema di amplificazione usato, ma dovrebbe essere possibile verificare l&#39;impedenza sia tramite hardware o tramite BCI2000. </li><li> Se un elettrodo è superiore a 5 kΩ, inserire l&#39;ago di nuovo, e raschiare il cuoio capelluto un po &#39;. Non dovrebbe essere necessario iniettare più gel, a meno che non ci sono diminuzioni l&#39;impedenza. </li></ol></li><li> Ottenere Funzioni di calibrazione EEG <ol><li> All&#39;inizio di una sessione, in particolare la prima volta che un soggetto è in fase di test, è utile per determinare le caratteristiche EEG che può essere utilizzato per controllare un BCI. Questo perché anche se la proprietà di base del Mu e Beta ritmi EEG sono gli stessi per tutte le persone, queste caratteristiche possono variare da persona a persona, e pertanto devono essere calibrati prima di ogni altri esperimenti. </li><li> Nella sessione di calibrazione, il soggetto è incaricato di immaginare i diversi movimenti che coinvolgono le loro mani o piedi in risposta a stimoli visivi presentati sul monitor. Per iniziare, il sistema informatico deve essere configurata per la modalità dual-monitor, in modo da visualizzare il ricercatore contiene il software di controllo, e il secondo monitor visualizza l&#39;uscita sperimentale. </li><li> Avviare BCI2000 dal BCI2000Launcher selezionando il modulo amplificatore fonte, il modulo ARSignalProcessing, e modulo StimulusPresentation. In questo esempio, stiamo usando il modulo gUSBampSource, che controlla l&#39;amplificatore g.USBamp. </li><li> Aggiungere i file dei parametri per il soggetto, l&#39;amplificatore e le attività di screening del motore. Questi dovrebbero essere configurati in anticipo, in modo che possano semplicemente essere caricati, e l&#39;esperimento può iniziare. </li><li> Una volta che i file di parametri sono stati aggiunti alla lista dei file in BCI2000Launcher, premere il pulsante Avvia. Se tutto ha funzionato correttamente, BCI2000 dovrebbe iniziare, una traccia dei dati EEG deve presentarsi, e monitorare il soggetto deve essere vuoto prima dell&#39;inizio dell&#39;esperimento. </li><li> Durante la sessione, lo schermo potrà essere vuoto, o visualizzare una istruzione, come &quot;Right Hand&quot;, &quot;Mano Sinistra&quot;, &quot;entrambe le mani&quot;, o L&#39;istruzione viene visualizzato sullo schermo per 3 secondi &quot;entrambi i piedi.&quot; Durante questa volta, il soggetto deve continuamente immaginare il movimento. I movimenti della mano deve essere di apertura e chiusura delle mani (per esempio, come spremere una palla da tennis), e il movimento del piede deve essere in movimento i piedi avanti e indietro (ad esempio, come premendo il pedale del gas con entrambi i piedi). Quando lo schermo è vuoto, il corpo deve essere completamente rilassato. </li><li> Durante una corsa, ogni parte del corpo è ripetuto 20 volte. Idealmente, ci dovrebbe essere di 100 punti di dati, il che significa che ci dovrebbe essere un totale di 5 piste. Con sessioni multiple, meno corre sono necessari, poiché il soggetto è in grado di eseguire il compito immaginare migliore. </li></ol></li><li> Analizzando le caratteristiche EEG <ol><li> Al fine di determinare quali funzionalità EEG il soggetto è in grado di modulare volontariamente al fine di controllare la BCI, i dati di calibrazione vengono analizzati in linea con il BCI2000 strumento di analisi offline, incluso BCI2000. Questo strumento converte i dati raccolti nel dominio della frequenza feAtures, che mostra le frequenze e le località che hanno cambiato durante i movimenti diversi, e sono correlati al massimo con i compiti. Queste caratteristiche possono essere usati in un esperimento BCI. </li><li> Per determinare quali funzionalità dovrebbe essere utilizzato, avviare la BCI2000 strumento di analisi offline. BCI2000 include un ampio tutorial per l&#39;utilizzo dello strumento di analisi, che deve essere consultato per ulteriori informazioni. </li><li> Determinare quali funzionalità EEG sono fortemente correlati con ogni movimento, trovando la grande R-quadro dei valori nelle trame prodotte dallo strumento di analisi. I canali e contenitori frequenza con la più grande r-squared valori (ad esempio, superiore a 0,2) può essere selezionato come componente di controllo del segnale per una determinata direzione. Per esempio, caratteristiche che per cambiare la condizione mano destra dovrebbe essere configurato per spostare il cursore verso il lato destro dello schermo. </li><li> E &#39;inoltre importante ricordare che il Mu / ritmi Beta riduzione in ampiezza con un movimento associato. Quindi, al fine di spostare il cursore a destra, il positivo direzione x, questa caratteristica dovrebbe avere un peso negativo ad esso associati. </li><li> I canali e le frequenze scelte dovrebbero essere coerenti con proprietà note di ritmi corticali sensomotorio. Cioè, cambiamenti significativi in ​​corrispondenza con immaginato movimento della mano destra dovrebbe essere visto nel corso degli controlaterale (a sinistra) corteccia motoria, nei pressi di C3 e CP3 e centrato vicino a 8-12 Hz e / o 18-28 Hz. Allo stesso modo, i movimenti della mano sinistra dovrebbe portare a cambiamenti nel diritto corteccia motoria sulla C4 e CP4 elettrodi, ed i movimenti del piede dovrebbe apparire su Cz e CPZ. Se questi luoghi e valori sono differenti, allora è probabile che qualche rumore o effetto casuale è stata misurata, e non deve essere configurato come una funzione di controllo. </li><li> Per ogni condizione, il più grande quattro r-squared valori dovrebbero essere scelte in termini di numero di canale e il numero di bin. Le frequenze sono disposti in 2 contenitori Hz, quindi un elemento con un alto r-squared 10-12 Hz apparirebbe in bin 6. Con questi valori in mano, il sistema può essere configurato per l&#39;attività di controllo del cursore. </li></ol></li><li> Linea Le opinioni Configurazione sessione <ol><li> Configurare la sessione di movimento del cursore nel Launcher BCI2000. </li><li> Prima di iniziare l&#39;esperimento, diversi parametri devono essere configurati. In primo luogo, il filtro spaziale deve essere configurato con un comune della media di riferimento. Per farlo, premere Config nella operatore BCI2000 per visualizzare la lista delle impostazioni, e premere la scheda Filtro. </li><li> Vai a SpatialFiltering e modificare la SpatialFilterType casella a discesa in modo che si dice &quot;Common-media di riferimento (CAR)&quot;. </li><li> In Uscita AUTO SpatialFilter, elencare i nomi dei canali o numeri selezionati nella sessione di calibrazione. Ad esempio, è possibile digitare &quot;C3-C4 CP3 CP4 Cz CPZ&quot; (senza le virgolette) e BCI2000 saprà quali canali utilizzare (a condizione che le etichette dei canali sono elencati sotto il campo &quot;Nome Canale&quot; nella scheda Source). </li><li> Successivamente, la matrice di classificazione deve essere configurato per utilizzare le funzioni selezionate. Nella scheda Filtering, passare al parametro Classifier e premere Matrix Modifica. </li><li> Il numero di colonne deve essere impostata su 4, e il numero di righe deve essere uguale al numero totale di funzioni selezionate. Ogni riga della matrice corrisponde a una caratteristica individuale. </li><li> La prima colonna deve contenere tutti i nomi dei canali in uso, ad esempio, C3, C4, ecc La seconda colonna contiene i bidoni selezionato per il controllo. E &#39;possibile immettere un numero di bin o frequenza specifica, inserendo &quot;6&quot; o &quot;11Hz&quot; selezionerà i bin stesso, a condizione che il parametro BinWidth è &quot;2 Hz&quot; nella scheda Sorgente. La terza colonna è il canale di uscita, mentre il valore &quot;1&quot; corrisponde al movimento orizzontale, e &quot;2&quot; corrisponde a movimento verticale. La C3 canali, CP3, C4, e CP4 deve essere impostato a 1 per un compito trasversale controllo del cursore, C3, CP3, C4, CP4, Cz e CPZ deve essere impostato a 2 per un compito di controllo del cursore verticale. Infine, la quarta colonna contiene la funzione di peso, e deve corrispondere al senso opposto previsto, ad esempio, C3 e CP3 dovrebbe essere ponderata da -1 a spostare il cursore a destra, e C4 e CP4 dovrebbe essere ponderata da 1 a spostarlo a sinistra. Per spostare il cursore verso il basso, Cz e CPZ devono essere ponderati 1, e per spostare il cursore su, C3 e C4 devono essere ponderati -1. </li></ol></li><li> Movimento Task cursore <ol><li> Ora che il sistema è configurato con le impostazioni corrette, è il momento di avviare l&#39;attività sperimentale. </li><li> Il sistema è configurato in modo che uno dei quattro obiettivi apparirà durante un processo. L&#39;obiettivo del soggetto è quello di spostare il cursore verso il bersaglio corretto utilizzando i movimenti immaginati corrispondente alla direzione desiderata del movimento (per esempio, a destra per spostarsi a destra, i piedi per spostarsi in basso, ecc.) </li><li> Per le prime prove, il cursore è vincolato all&#39;asse del bersaglio. Cioè, se il target è in alto o in basso, èpossibile solo per spostare il cursore verso l&#39;alto o verso il basso, e se è a sinistra o destra dello schermo, il cursore può essere spostato a sinistra oa destra. </li><li> Quando la corsa si avvia, la lettera &quot;T&quot; appare sullo schermo per 2 secondi. Successivamente, uno dei bersagli appare per 1 secondo. </li><li> Dopo questo periodo di 1 secondo, il cursore appare al centro dello schermo. Il soggetto utilizza i movimenti appropriati immaginato di dirigere il cursore sul bersaglio. Se il soggetto colpisce il bersaglio, cambia colore. In caso contrario, il soggetto ha 5 secondi per colpire il bersaglio prima che la sessione volte-out e viene conteggiato come una miss. </li><li> Dopo il processo, vi è un 2 secondi inter-trial intervallo durante il quale il soggetto può rilassarsi, lampeggiare, rondine, o comunque ri-regolare le posizioni. Durante le prove, il movimento dovrebbe essere tenuto al minimo per ridurre gli artefatti artefatti o movimento muscolare. E &#39;utile anche per sedersi in una stanza scarsamente illuminata in una comoda poltrona. </li><li> Dopo 20 prove, BCI2000 entra in uno stato di sospensione. Durante questo periodo, potrebbe essere necessario regolare nuovamente alcune delle impostazioni se il soggetto è in grado di spostare il cursore. </li><li> Se dopo 4 corre il soggetto è ancora in grado di spostare arbitrariamente il cursore, può essere necessario ri-analizzare i dati raccolti nello strumento BCI2000 analisi offline. Selezionare i nuovi canali e frequenze in base alla nuova funzione di trame. Si può richiedere gestisce diversi o forse diverse sessioni prima che un soggetto può diventare esperti in questo compito. </li></ol></li></ol> Parte 6: Risultati Rappresentante: <ol><li> Figure 1 e 2 mostrano la R-quadro dei valori e la topografia del cuoio capelluto per la procedura di calibrazione, indicando quali canali e contenitori di frequenza deve essere selezionato per il controllo del cursore. </li><li> Un soggetto addestrato dovrebbe essere in grado di spostare rapidamente il cursore sul bersaglio indicato entro 1 o 2 secondi. </li></ol><img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig1.jpg" alt="Fig. 1" /> Figura 1 A) e B) Topografia dei cambiamenti spettrali nella banda 10-12 Hz durante i movimenti reali e immaginari con la mano destra. C) Lo spettro di potenza su C3 durante il riposo (tratteggiata) e movimento (solido). D) La R-quadro del potere durante il movimento rispetto al resto. <img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig2.jpg" alt="Fig. 2" /> Figura 2 La R-quadro su tutti i canali per immaginato destra movimento. L&#39;asse x è la frequenza in 2 contenitori Hz 0-70 Hz. L&#39;asse y è il numero del canale. Il più alto r-squared valori si trovano sui canali 9, 10, 17, 18, e 19, che coprono l&#39;area mano controlaterale della corteccia motoria.

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

<ol><li> E &#39;vitale che le impedenze dell&#39;elettrodo sono bassi, ma che troppo gel non è stato utilizzato per abbassare l&#39;impedenza. Un singolo canale male può colpire tutti gli altri attraverso i comuni della media di riferimento. Se l&#39;impedenza non può essere ridotta dopo diversi tentativi, si consiglia un rapido inserimento di elettrodi da utilizzare, che può essere semplicemente inserito l&#39;elettrodo male attraverso il foro che l&#39;ago viene inserito attraverso per iniettare il gel, e registrato a posto. </li><li> Dur...

<!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

Una interfaccia cervello-computer (BCI) funzioni traducendo un segnale neurale, come ad esempio l&#39;elettroencefalogramma (EEG), in un segnale che può essere utilizzato per controllare un computer o altro dispositivo. L&#39;ampiezza dei segnali EEG in bidoni frequenza selezionata sono misurati e tradotti in un comando di dispositivo, in questo caso la velocità orizzontale e verticale di un cursore del computer. In primo luogo, gli elettrodi EEG vengono applicate al cuoio capelluto l&#39;utente s usando un tappo per registrare l&#39;attività cerebrale. Quindi, una procedura di calibrazione è utilizzato per trovare gli elettrodi EEG e le caratteristiche che l&#39;utente dovrà imparare a modulare volontariamente di usare il BCI. Negli esseri umani, il potere nelle mu (8-12 Hz) e beta (18-28 Hz) bande di frequenza diminuzione dell&#39;ampiezza durante un movimento, reale o immaginato. Questi cambiamenti possono essere rilevati nel EEG in tempo reale, e utilizzato per controllare un BCI ([1], [2]). Pertanto, durante un test di screening, l&#39;utente viene chiesto di fare alcuni movimenti diversi immaginato con le loro mani e piedi per determinare le caratteristiche uniche EEG che cambiano con i movimenti immaginati. I risultati di questa calibrazione mostrerà i migliori canali da utilizzare, che sono configurati in modo che le modifiche ampiezza nella mu e bande di frequenza beta muovere il cursore orizzontale o verticale. In questo esperimento, il generico sistema BCI BCI2000 viene usato per controllare l&#39;acquisizione di segnali, elaborazione del segnale, e il feedback per l&#39;utente [3].

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

In questo video, dimostriamo i passaggi necessari per eseguire un cervello-computer esperimento di interfaccia, compresa l&#39;istituzione il tappo EEG, calibrare il sistema, e la formazione all&#39;utente di spostare un cursore in due dimensioni utilizzando movimenti immaginato.

L&#39;utilizzo di un EEG basato su Brain-Computer Interface permette movimenti del cursore virtuale con 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. In questo video, dimostriamo i passaggi necessari per eseguire un cervello-computer esperimento di interfaccia, compresa l'istituzione il tappo EEG, calibrare il sistema, e la formazione all'utente di spostare un cursore in due dimensioni utilizzando movimenti immaginato.

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.

Test di tolleranza nicotina in Afidi Utilizzando un esperimento artificiale dieta

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

Ricerca

Biologia

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

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

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

La struttura della zampa anteriore Skilled Raggiungere nel Ratto: una scala di valutazione Movimento

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

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

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

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

L&#39;uso del Biofeedback in Clinica Realtà Virtuale: Il Progetto INTREPID

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

Measuring the Bending Stiffness of Bacterial Cells Using an Optical Trap

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

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

Misurare la rigidezza flessionale di cellule batteriche Utilizzando una trappola ottica

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.

Coltura di cellule umane nasale epiteliali presso l&#39;Air Interface Liquid

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 - sottili, fragili Proiezioni membrana con ruoli in movimento delle cellule e interazioni intercellulari

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.

Un approccio alternativo per la preparazione del campione con un basso numero di cellule per l&#39;analisi 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.

Visualizzazione della struttura del tessuto adiposo bianco 3D usando la macchiatura del intero-supporto

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

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

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

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

Un modello epiteliale bronchiale interfaccia aria-liquido per un'esposizione realistica e ripetuta all'inalazione alle particelle trasportate dall'aria per i test di tossicità

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.

Collezione di biopsie muscolari scheletriche dal compartimento superiore del musolo umano Tibialis Anterior per la valutazione meccanica

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

Methods Article

L'utilizzo di un EEG basato su Brain-Computer Interface permette movimenti del cursore virtuale con BCI2000