Questo lavoro è supportato da una sovvenzione (1R01MH094449-01A1) dal National Institute of Mental Health di YZ

Esperimenti descritti in questo manoscritto sono stati eseguiti in conformità con le linee guida e regolamenti stabiliti dall&#39;Università di California, Santa Cruz Istituzionale cura degli animali e del Comitato Usa. 1. Setup (vedi anche Materials List) <ol><li> Usare semi di miglio come pellet cibo. </li><li> Utilizzare una chiara camera di plexiglas formazione su misura (altezza 20 cm profondità 15 cm e larghezza 8,5 cm, misurata dall&#39;esterno, con lo spessore del plexiglas 0,5 centimetri) che contiene tre feritoie verticali (una fessura sul bordo &#39;plasmare&#39;, e due feritoie sul bordo opposto &#39;formazione&#39;). Le fessure verticali devono essere larga 0,5 cm e altezza 13 cm e contengono essere situato sulla parete anteriore della scatola: nel centro, sul lato sinistro, e sul lato destro (Figura 1A). </li><li> Utilizzare un vassoio inclinato per contenere i semi utilizzati durante le sessioni di plasmare. Il vassoio può essere su misura da tre lastre di vetro (Figura 1B). </li><li> Prepare una piattaforma alimentare (lungo 8,5 centimetri, larga 4,4 centimetri e 0,9 centimetri di altezza). Questa piattaforma cibo è collocato nella parte anteriore (rivolta verso l&#39;allenatore) della camera di formazione durante gli allenamenti. Ci sono due slot divot sulla piattaforma cibo per i semi di posizionamento, uno slot a sinistra, e l&#39;altro alloggiamento sul lato destro. Le zolle sono di 0.3 cm dal bordo lungo, e 2,4 cm dal bordo larghezza (Figura 1C). La sinistra e slot divot giuste corrispondono alla fessura sinistra e destra nella camera di formazione del mouse e sono utilizzati per la formazione di arti anteriori dominanti. Lo scopo di avere questi slot divot è garantire che il seme è posto costantemente nello stesso luogo per ogni tentativo di raggiungere. </li><li> Durante le sessioni hanno in mano un paio di pinze, bilancia e cronometro. </li></ol> 2. Alimenti Deprivazione (2 giorni) <ol><li> Pesare ogni mouse per ottenere un peso corporeo di base prima di privazione di cibo. </li><li> Food-limitare topi per 2 giorni per avviare peso corporeoperdita. Come punto di partenza generale, mouse sono dati 0,1 g di alimento per 1 g di peso corporeo al giorno (ad esempio un mouse pesa 15 g, di solito inizia con 1,5 g di cibo). Regolare la quantità di cibo in base al peso corporeo basale, il tasso di perdita di peso, sesso ed età di topi. Mentre il peso corporeo può continuare a diminuire un po &#39;durante la fase di sagomatura, tale riduzione del peso corporeo (cioè ~ 90% del peso originale di base) deve essere mantenuta durante la formazione (Figure 2A e 2B). La quantità di cibo necessario per mantenere il peso corporeo del topo è tipicamente uguale alla quantità utilizzata in restrizione. </li></ol> 3. Shaping (3-7 giorni) <ol><li> Habitat gruppo acclimatazione (giorno 1): mettere due topi nella camera di formazione allo stesso tempo. Mettere circa 20 semi / mouse all&#39;interno della camera per il loro consumo. Lasciare i topi a rimanere in camera per 20 minuti e poi rimessi nella loro casagabbia. </li><li> Persona di acclimatazione habitat (Day 2): la stessa configurazione come al punto 3.1, ma posto topi nella camera di formazione individuale. Lo scopo del gruppo e del singolo acclimatazione habitat è quello di ottenere i topi familiarità sia con la camera di formazione e dei semi di miglio. </li><li> Determinazione del forelimb dominanza (Day 3 e successive): Posizionare il singolo lato fessura della camera di formazione rivolto verso il basso (Figura 1D). Riempire la vaschetta di cibo con i semi. Premere il cibo bacinella contro la parete frontale della camera di formazione per consentire i semi accessibili al mouse. Mettere i topi in gabbia individualmente. Se sono sufficientemente interessati nei semi posti sul vassoio di cibo, avrebbero aratro attraverso la fessura per ottenere il seme all&#39;interno. Saranno poi raccogliere i semi e li consumano. &#39;Shaping&#39; è considerata conclusa quando entrambi i seguenti criteri sono soddisfatti: 1) il mouse conduce 20 tentativi di raggiungere entro 20 minuti, e 2) oltre il 70% raggiunge sono performed con una zampa anteriore. </li></ol> Note: <ol><li> Se il mouse usa la sua lingua per ottenere i semi nella camera, spostare il vassoio dalla fessura leggermente. L&#39;aumento della distanza raggiungendo scoraggia il mouse per utilizzare la lingua per acquisire il seme e quindi facilita il suo forelimb raggiungere. </li><li> Se il mouse non può finire plasmare entro una settimana, cadere dall&#39;esperimento. </li></ol> 4. Formazione (8 + Giorni) <ol><li> Posizionare il lato della doppia fenditura della camera di formazione rivolto verso il basso (Figura 1E). </li><li> Posizionare il mouse nella gabbia singolarmente. Mettere semi individuali sulla piattaforma cibo in zolla corrispondente alla zampa preferita (vale a dire per la mano destra del mouse, usare la fessura sul lato destro del mouse). </li><li> Osservare il comportamento raggiungendo il mouse e il punteggio secondo le seguenti categorie: <ol><li> Successo: Il mouse raggiunge con la zampa preferita, afferra e retrieves il seme, e alimenta nella sua bocca. </li><li> Goccia: Il mouse raggiunge con la zampa preferita, afferra il seme, ma scende prima di metterlo in bocca. </li><li> Fail: Il mouse raggiunge con la zampa preferita verso il seme, ma neanche manca il seme o bussa fuori dalla lamiera di fissaggio. </li></ol></li><li> Addestrare i topi per 30 raggiungendo tentativi da parte preferita o 20 min (quello che viene prima) al giorno. </li><li> Mettere i topi al loro gabbia a casa dopo l&#39;allenamento e fornire quotidianamente cibo quantum. </li></ol> Note: <ol><li> In alcuni casi, i topi raggiungono anche quando non c&#39;è seme posto sulla piattaforma cibo. Tali estensioni sono considerati &quot;raggiunge in-invano&quot; e non sono conteggiati ai fini del numero totale dei tentativi di raggiungere. Per scoraggiare &quot;raggiunge in-invano&quot;, i topi treno per ritornare a piedi l&#39;altra estremità della camera di formazione prima di posizionare il prossimo seme. Una strategia simile è stata utilizzata nel rattos per un&#39;attività comportamentale simile 21. I topi a volte raggiungono anche con la zampa non preferita in presenza del seme. Queste estensioni sono considerati &quot;raggiunge controlaterale&quot; e non contano ai fini del numero totale di raggiunge neanche. </li><li> Per limitare le variazioni di comportamento dovuti alle fluttuazioni del ritmo circadiano, eseguire tutte le sessioni di formatura e di formazione allo stesso tempo della giornata, durante le normali ore di veglia per i topi. </li><li> Per evitare la variazione comportamentale a causa di diversi allenatori, assicurarsi che la stessa persona si allena lo stesso topi tutto l&#39;esperimento. </li><li> Attenzione dei topi è fondamentale per questa prova comportamentale. Addestrare i topi in una stanza separata e tranquillo per ridurre al minimo perturbazione ambientale. </li><li> I topi possono essere addestrati con più di 30 raggiunge ogni giorno (ad esempio da 50 portate). Aumentando il numero di tentativi raggiungono permette di esaminare miglioramento comportamentale all&#39;interno della stessa seduta di allenamento. </li></ol> 5. Datuna quantificazione Ci sono molti modi per quantificare il comportamento del mouse dopo l&#39;allenamento. Due analisi più straight-forward sono: <ol><li> Tasso di successo = raggiunge successo sul totale tentativi di raggiungere, presentati come percentuali. I tassi di abbandono e di insuccesso possono essere tracciati allo stesso modo. </li><li> Velocità di successo = numero di tentativi riusciti divise da tempo, ha presentato raggiunge come successo al minuto. Nella maggior parte dei casi, la velocità di successo continua ad aumentare, anche quando il tasso di successo raggiunge il plateau. </li></ol>

<ol>
	<li>Schmidt, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+Learning+Principles+for+Physical+Therapy.">Motor Learning Principles for Physical Therapy.</a> Foundations for Physical Therapy. Contemporary Management of Motor Control Problems, Proceedings of the II STEP Conference. , 49-63 (1991).</li><li>Honda, M., Deiber, M. P., Ibanez, V., Pascual-Leone, A., Zhuang, P., Hallett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+cortical+involvement+in+implicit+and+explicit+motor+sequence+learning.+A+PET+study..">Dynamic cortical involvement in implicit and explicit motor sequence learning. A PET study..</a> Brain. 121, 2159-2173 (1998).</li><li>Karni, A., Meyer, G., Jezzard, P., Adams, M. M., Turner, R., Ungerleider, L. 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A., Ghazizadeh, A., Shadmehr, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interacting+adaptive+processes+with+different+timescales+underlie+short-term+motor+learning.">Interacting adaptive processes with different timescales underlie short-term motor learning.</a> PLoS Biol. 4, (2006).</li><li>Pavlides, C., Miyashita, E., Asanuma, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Projection+from+the+sensory+to+the+motor+cortex+is+important+in+learning+motor+skills+in+the+monkey.">Projection from the sensory to the motor cortex is important in learning motor skills in the monkey.</a> J. 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Q., Whishaw, P., Gorny, 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+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat:+a+movement+rating+scale.">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a movement rating scale.</a> J .Vis. Exp. , (2008).</li><li>Bailey, K. R., Crawley, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anxiety-Related+Behavior+in+Mice.">Anxiety-Related Behavior in Mice.</a> In Buccafusco JJ (Ed.) Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. Chapter 5, 2nd ed. , (2009).</li><li>Yu, X., Zuo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spine+plasticity+in+the+motor+cortex.">Spine plasticity in the motor cortex.</a> Curr. Opin. 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M., 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=Reduced+hippocampal+neurogenesis+and+skill+reaching+performance+in+adult+Emx1+mutant+mice.">Reduced hippocampal neurogenesis and skill reaching performance in adult Emx1 mutant mice.</a> Exp. Neurol. 206, 24-32 (2007).</li><li>Bureau, G., Carrier, M., Lebel, M., Cyr, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrastriatal+inhibition+of+extracellular+signal-regulated+kinases+impaired+the+consolidation+phase+of+motor+skill+learning.">Intrastriatal inhibition of extracellular signal-regulated kinases impaired the consolidation phase of motor skill learning.</a> Neurobiol. Learn. Mem. 94, 107-115 (2010).</li><li>McCormick, D. A., Lavond, D. G., Thompson, R. 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Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interessi.

L&#39;importanza della fase di formatura: A causa di aumento di ansia di essere in un ambiente sconosciuto, di solito è difficile per topi per essere addestrati in un ambiente romanzo 21,22. Pertanto, l&#39;obiettivo di sagomatura è quello di familiarizzare i topi con la camera di formazione, l&#39;allenatore (cioè ridurre i loro livelli di ansia), e le richieste del compito (cioè di identificare seme come fonte di cibo). Un altro obiettivo della sagomatura è d...

La comprensione dei meccanismi dell&#39;apprendimento e della memoria di base è una delle più grandi sfide nel campo delle neuroscienze. Nel sistema del motore, l&#39;acquisizione delle abilità motorie romanzo con la pratica è spesso definito come apprendimento motorio, mentre il mantenimento delle abilità motorie apprese in precedenza è considerato come la memoria motore 1. Imparare una nuova abilità motoria è di solito riflette nel miglioramento delle prestazioni del motore desiderato nel tempo, fino a un punto in cui l&#39;abilità del motore o è perfezionato o soddisfacente coerente. Per la maggior parte dei casi, la memoria motoria acquisita può persistere per un lungo periodo di tempo, anche in assenza di pratica. Negli esseri umani, studi di neuroimaging utilizzando la tomografia a emissione di positroni (PET) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) hanno dimostrato che la corteccia primaria del motore (M1) cambi di attività durante la fase di acquisizione di abilità apprendimento motorio 2-4, e l&#39;interferenza temporaneo delle attività della M1 da stimolazione magnetica transcranica a bassa frequenza porta a significantly interrotto mantenimento di miglioramento comportamentale motore 5. Allo stesso modo, formazione specifica degli arti anteriori nel ratto induce plasticità funzionale e anatomica nella M1, esemplificato dalla crescita delle attività sia c-fos e rapporto sinapsi / neurone del controlaterale M1 alla zampa anteriore addestrati durante la fase tardiva di abilità motoria di apprendimento 6. Inoltre, un paradigma di formazione simile rafforza anche livello 2/3 collegamenti orizzontali nel controlaterale M1 corrispondente alla zampa anteriore addestrato, con conseguente riduzione del potenziamento a lungo termine (LTP) e una maggiore depressione a lungo termine (LTD) dopo i ratti ad acquisire le attività 7. Tale modifica sinaptica, tuttavia, non si osserva nelle regioni corticali M1 corrispondenti a forelimb inesperto o arti posteriori 8. In alternativa, quando la M1 è danneggiato attraverso ictus, ci sono carenze drammatiche arti anteriori specifiche abilità motorie-9. Mentre la maggior parte degli studi comportamentali del motore sono stati condotti sugli esseri umani, scimmias, e ratti 2-8,10-17, i topi diventano un sistema modello attraente a causa dei suoi potenti genetica e basso costo. Qui vi presentiamo una zampa anteriore specifico apprendimento motorio-skill paradigma: un compito di raggiungere single-pellet. In questo paradigma, i topi sono addestrati a estendere le loro arti anteriori attraverso una stretta fessura di cogliere e recuperare pellets alimentari (semi di miglio) posizionate in un luogo fisso, un comportamento analogo a imparare tiro con l&#39;arco, freccette-lancio, palloni da basket e tiro in umana. Questo compito di raggiungere è stato modificato da studi effettuati su ratti precedenti che hanno mostrato risultati simili tra i topi e ratti 18. Utilizzo di due fotoni di imaging transcranica, il nostro lavoro precedente ha seguito le dinamiche di spine dendritiche (strutture post-sinaptici per sinapsi eccitatorie maggioranza) nel corso del tempo durante questa formazione. Abbiamo scoperto che una singola sessione di allenamento ha portato a un rapido emergere di nuove spine dendritiche sui neuroni piramidali della corteccia motoria controlaterale alla zampa anteriore addestrato. Subsequent formazione dello stesso compito di raggiungere preferenzialmente stabilizzato queste spine di apprendimento indotti, che persisteva a lungo dopo l&#39;allenamento terminato 19. Inoltre, spine che sono emerse durante le ripetizioni di raggiungere compito tendevano a raggrupparsi lungo dendriti, mentre spine formatisi durante l&#39;esecuzione in tandem di raggiungere compito e un altro compito motorio specifico zampa anteriore (cioè il compito manipolazione pasta) non raggruppano 20. Nel presente video, descriviamo passo-passo la configurazione di questo paradigma comportamentale, dalla privazione di cibo iniziale per formatura, e alla formazione motore. Abbiamo anche descrivono i comportamenti più comuni dei topi durante il processo di esecuzione di questo paradigma comportamentale, e di come questi comportamenti sono suddivisi in categorie e analizzato. Infine, discuteremo le misure precauzionali necessarie per praticare tale paradigma di apprendimento e le problematiche che si possono incontrare durante l&#39;analisi dei dati.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="856">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Training chamber in clear acrylic box</td>
			<td style="width:595px;">For dimensions, see Fig. 1A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Tilted tray for shaping</td>
			<td>custom-made from glass slides, see Fig. 1B</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Food platform for training</td>
			<td>For dimensions, see Fig. 1C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Millet seeds&#160;</td>
			<td>filtered from &#8220;Wild Bird Food Dove and Quail Blend Wild Bird Food (All Living Things)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Forceps</td>
			<td>For placing the seeds</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">A weighing scale</td>
			<td>For daily body weight measurement</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">A stopwatch</td>
			<td>For time measurement during shaping/training sessions</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

study motor skill learning by single-pellet reaching tasks in mice

Raggiungere e recuperare gli oggetti richiedono movimenti precisi e coordinati motore nella zampa anteriore. Quando i topi sono ripetutamente addestrati a cogliere e recuperare le ricompense alimentari posizionate in un luogo specifico, le loro prestazioni motore (definita come precisione e velocità) migliora progressivamente nel tempo, e altipiani dopo l&#39;allenamento persistente. Una volta che tale abilità di raggiungere è padroneggiata, la sua successiva manutenzione non richiede una pratica costante. Qui vi presentiamo un compito di raggiungere single-pellet per studiare l&#39;acquisizione e il mantenimento dei movimenti degli arti anteriori specializzati nei topi. In questo video vengono descritti i comportamenti dei topi che si incontrano comunemente in questo paradigma di apprendimento e memoria, e poi discutere su come classificare questi comportamenti e quantificare i risultati osservati. In combinazione con la genetica del mouse, questo paradigma può essere utilizzato come una piattaforma comportamentale per esplorare le basi anatomiche, fisiologiche, proprietà e meccanismi molecolari di apprendimento e memoria.

Curva di apprendimento: La padronanza di un&#39;abilità motoria spesso richiede pratica persistente nel tempo. Una tipica curva di apprendimento media si compone di due fasi: una fase di acquisizione iniziale in cui il tasso di successo migliora progressivamente, e una fase di consolidamento dopo, quando il tasso di successo raggiunge il plateau (Figura 2C). Va notato le curve di apprendimento dei singoli topi vari; diversi topi hanno un diverso numero di giorni per raggiunger...

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

Persistente pratica migliora la precisione dei movimenti coordinati. Qui vi presentiamo un compito raggiungendo singolo pellet, che è stato progettato per valutare l&#39;abilità di apprendimento e la memoria di forelimb nei topi.

Studio Skill Motor Learning by Single-pellet attività Raggiungere in topi

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

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Research

JoVE Journal

Behavior

20.7K Views.  University of California, Santa Cruz.  Persistente pratica migliora la precisione dei movimenti coordinati. Qui vi presentiamo un compito raggiungendo singolo pellet, che è stato progettato per valutare l'abilità di apprendimento e la memoria di forelimb nei topi. 

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

Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke

Mouse models have become increasingly popular in the field of behavioral neuroscience, and specifically in studies of experimental stroke. As models advance, it is important to develop sensitive behavioral measures specific to the mouse. The present protocol describes a skilled motor task for use in mouse models of stroke. The Pasta Matrix Reaching Task functions as a versatile and sensitive behavioral assay that permits experimenters to collect accurate outcome data and manipulate limb use to mimic human clinical phenomena including compensatory strategies (i.e., learned non-use) and focused rehabilitative training. When combined with neuroanatomical tools, this task also permits researchers to explore the mechanisms that support behavioral recovery of function (or lack thereof) following stroke. The task is both simple and affordable to set up and conduct, offering a variety of training and testing options for numerous research questions concerning functional outcome following injury. Though the task has been applied to mouse models of stroke, it may also be beneficial in studies of functional outcome in other upper extremity injury models.

Mouse models have become increasingly popular in studies of behavioral neuroscience. As models advance, it is important to develop sensitive behavioral measures specific to the mouse. This protocol describes the Pasta Matrix Reaching Task, which is a skilled motor task for use in mouse models of stroke.

Compensativa Limb uso e comportamentale valutazione delle abilità di apprendimento Motor seguito Sensomotoria Cortex Infortunio in un modello murino di ictus ischemico

Mouse models have become increasingly popular in the field of behavioral neuroscience, and specifically in studies of experimental stroke. As models ...

Ricerca

Comportamento

Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here with the goal of uncovering rhythm disorders, such as beat deafness. Beat deafness is characterized by poor performance in perceiving durations in auditory rhythmic patterns or poor synchronization of movement with auditory rhythms (e.g., with musical beats). These tasks include the synchronization of finger tapping to the beat of simple and complex auditory stimuli and the detection of rhythmic irregularities (anisochrony detection task) embedded in the same stimuli. These tests, which are easy to administer, include an assessment of both perceptual and sensorimotor timing abilities under different conditions (e.g., beat rates and types of auditory material) and are based on the same auditory stimuli, ranging from a simple metronome to a complex musical excerpt. The analysis of synchronized tapping data is performed with circular statistics, which provide reliable measures of synchronization accuracy (e.g., the difference between the timing of the taps and the timing of the pacing stimuli) and consistency. Circular statistics on tapping data are particularly well-suited for detecting individual differences in the general population. Synchronized tapping and anisochrony detection are sensitive measures for identifying profiles of rhythm disorders and have been used with success to uncover cases of poor synchronization with spared perceptual timing. This systematic assessment of perceptual and sensorimotor timing can be extended to populations of patients with brain damage, neurodegenerative diseases (e.g., Parkinson&#8217;s disease), and developmental disorders (e.g., Attention Deficit Hyperactivity Disorder).

Behavioral tasks that allow for the assessment of perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) are presented. Synchronization of finger tapping to the beat of an auditory stimuli and detecting rhythmic irregularities provides a means of uncovering rhythm disorders.

Scoprire beat Sordità: Disturbi Rilevamento ritmo sincronizzato Finger Tapping e Attività Timing percettive

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here ...

Performing Behavioral Tasks in Subjects with Intracranial Electrodes

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in different areas of their brain for the localization of their seizure focus and eloquent areas. After implantation, the patient must remain in the hospital until the pathological area of brain is found and possibly resected. During this time, these patients offer a unique opportunity to the research community because any number of behavioral paradigms can be performed to uncover the neural correlates that guide behavior. Here we present a method for recording brain activity from intracranial implants as subjects perform a behavioral task designed to assess decision-making and reward encoding. All electrophysiological data from the intracranial electrodes are recorded during the behavioral task, allowing for the examination of the many brain areas involved in a single function at time scales relevant to behavior. Moreover, and unlike animal studies, human patients can learn a wide variety of behavioral tasks quickly, allowing for the ability to perform more than one task in the same subject or for performing controls. Despite the many advantages of this technique for understanding human brain function, there are also methodological limitations that we discuss, including environmental factors, analgesic effects, time constraints and recordings from diseased tissue. This method may be easily implemented by any institution that performs intracranial assessments; providing the opportunity to directly examine human brain function during behavior.

Patients implanted with intracranial electrodes provide a unique opportunity to record neurological data from multiple areas of the brain while the patient performs behavioral tasks. Here, we present a method of recording from implanted patients that can be reproducible at other institutions with access to this patient population.

Esecuzione di attività comportamentali in soggetti con intracraniche Elettrodi

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in ...

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is relatively flexible with respect to participant positioning and allows for some head movements during tasks. Additionally, it is inexpensive, light weight, and portable, with very few contraindications to its use. This presents a unique opportunity to study functional brain activity during motor tasks in individuals who are typically developing, as well as those with movement disorders, such as cerebral palsy. An additional consideration when studying movement disorders, however, is the quality of actual movements performed and the potential for additional, unintended movements. Therefore, concurrent monitoring of both blood flow changes in the brain and actual movements of the body during testing is required for appropriate interpretation of fNIRS results. Here, we show a protocol for the combination of fNIRS with muscle and kinematic monitoring during motor tasks. We explore gait, a unilateral multi-joint movement (cycling), and two unilateral single-joint movements (isolated ankle dorsiflexion, and isolated hand squeezing). The techniques presented can be useful in studying both typical and atypical motor control, and can be modified to investigate a broad range of tasks and scientific questions.

Monitoring brain activity during upright motor tasks is of great value when investigating the neural source of movement disorders. Here, we demonstrate a protocol that combines functional near infrared spectroscopy with continuous monitoring of muscle and kinematic activity during 4 types of motor tasks.

Vicino funzionale Infrared Spectroscopy delle regioni sensoriali e motorie cerebrali con simultanea cinematica e EMG monitoraggio durante compiti motori

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

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.

Acquisizione di un alta precisione specializzata arti anteriori Raggiungere Task in Rats

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

Event-related Potentials During Target-response Tasks to Study Cognitive Processes of Upper Limb Use in Children with Unilateral Cerebral Palsy

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral motor impairments that are frequently dominated in the upper limb. In addition to a reduced movement capacity of the affected upper limb, several children with unilateral CP show a reduced awareness of the remaining movement capacity of that limb. This phenomenon of disregarding the preserved capacity of the affected upper limb is regularly referred to as Developmental Disregard (DD). Different theories have been postulated to explain DD, each suggesting slightly different guidelines for therapy. Still, cognitive processes that might additionally contribute to DD in children with unilateral CP have never been directly studied. The current protocol was developed to study cognitive aspects involved in upper limb control in children with unilateral CP with and without DD. This was done by recording event-related potentials (ERPs) extracted from the ongoing EEG during target-response tasks asking for a hand-movement response. ERPs consist of several components, each of them associated with a well-defined cognitive process (e.g., the N1 with early attention processes, the N2 with cognitive control and the P3 with cognitive load and mental effort). Due to its excellent temporal resolution, the ERP technique enables to study several covert cognitive processes preceding overt motor responses and thus allows insight into the cognitive processes that might contribute to the phenomenon of DD. Using this protocol adds a new level of explanation to existing behavioral studies and opens new avenues to the broader implementation of research on cognitive aspects of developmental movement restrictions in children.

Several children with unilateral Cerebral Palsy seem to disregard the preserved capacity of their affected upper limb. This Developmental Disregard is extensively described in the literature but the involved cognitive processes have not been studied. To study underlying cognitive factors of upper limb control, an event-related potential protocol was developed.

Potenziali evento-correlati durante le attività target-risposta per studiare i processi cognitivi di Upper Limb uso nei bambini con paralisi cerebrale unilaterale

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral ...

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be time-intensive and ambiguous to quantify beyond simple success rates. Here, we describe the training procedure for reach-and-pull tasks with ETH Pattus, a robotic platform for automated forelimb reaching training that records pulling and hand rotation movements in rats. Kinematic quantification of the performed pulling attempts reveals the presence of distinct temporal profiles of movement parameters such as pulling velocity, spatial variability of the pulling trajectory, deviation from midline, as well as pulling success. We show how minor adjustments in the training paradigm result in alterations in these parameters, revealing their relation to task difficulty, general motor function or skilled task execution. Combined with electrophysiological, pharmacological and optogenetic techniques, this paradigm can be used to explore the mechanisms underlying motor learning and memory formation, as well as loss and recovery of function (e.g. after stroke).

A paradigm is presented for training and analysis of an automated skilled reaching task in rats. Analysis of pulling attempts reveals distinct subprocesses of motor learning.

Indagare abilità motorie processi di apprendimento con un robot Manipulandum

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

Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. However, studying human locomotor learning can be challenging. During infancy and childhood, the neuromuscular system is quite immature, and it is unlikely that locomotor learning during early stages of development is governed by the same mechanisms as in adulthood. By the time humans reach maturity, they are so proficient at walking that it is difficult to come up with a sufficiently novel task to study de novo locomotor learning. The split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed, enables the study of both short- (i.e., immediate) and long-term (i.e., over minutes-days; a form of motor learning) gait modifications in response to a novel change in the walking environment. Individuals can easily be screened for previous exposure to the split-belt treadmill, thus ensuring that all experimental participants have no (or equivalent) prior experience. This paper describes a typical split-belt treadmill adaptation protocol that incorporates testing methods to quantify locomotor learning and generalization of this learning to other walking contexts. A discussion of important considerations for designing split-belt treadmill experiments follows, including factors like treadmill belt speeds, rest breaks, and distractors. Additionally, potential but understudied confounding variables (e.g., arm movements, prior experience) are considered in the discussion.

We describe a protocol for investigating human locomotor adaptation using the split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed. We specifically focus on a paradigm designed to test the generalization of adapted locomotor patterns to different walking contexts (e.g., gait speeds, walking environments).

Utilizzando un tapis roulant Split-cintura per valutare la generalizzazione dell'adattamento dell'apparato locomotore umano

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. ...

Novel Object Recognition Test for the Investigation of Learning and Memory in Mice

The object recognition test (ORT) is a commonly used behavioral assay for the investigation of various aspects of learning and memory in mice. The ORT is fairly simple and can be completed over 3 days: habituation day, training day, and testing day. During training, the mouse is allowed to explore 2 identical objects. On test day, one of the training objects is replaced with a novel object. Because mice have an innate preference for novelty, if the mouse recognizes the familiar object, it will spend most of its time at the novel object. Due to this innate preference, there is no need for positive or negative reinforcement or long training schedules. Additionally, the ORT can also be modified for numerous applications. The retention interval can be shortened to examine short-term memory, or lengthened to probe long-term memory. Pharmacological intervention can be used at various times prior to training, after training, or prior to recall to investigate different phases of learning (i.e., acquisition, early or late consolidation, or recall). Overall, the ORT is a relatively low-stress, efficient test for memory in mice, and is appropriate for the detection of neuropsychological changes following pharmacological, biological, or genetic manipulations.

The object recognition test (ORT) is a simple and efficient assay for evaluating learning and memory in mice. The methodology is described below.

Test di riconoscimento di oggetto romanzo per l'indagine di apprendimento e memoria in topi

The object recognition test (ORT) is a commonly used behavioral assay for the investigation of various aspects of learning and memory in mice. The ORT is ...

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.

Utilizzo di realtà virtuale per trasferire conoscenza motoria da un lato a altro

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 ...