Questa ricerca è stata sostenuta dal Fondo Nazionale Svizzero, la Betty e David Koetser Fondazione per la Ricerca sul Cervello e la Fondazione Politecnico.

Gli esperimenti qui presentati sono stati approvati dal veterinario del Cantone di Zurigo, in Svizzera e sono state eseguite in conformità alle normative nazionali ed istituzionali. 1. condizioni di alimentazione NOTA: Tutte le sessioni di formazione sono eseguiti nell&#39;ambito di un protocollo di alimentazione pianificata. <ol><li> Alimentare i ratti 50 g / kg di chow normale una volta al giorno, dopo la formazione è completata. Questa quantità di cibo è sufficiente per evitare perdita di peso maggiore (peso corporeo è&gt; 90% del peso libero-alimentazione), ma abbastanza piccolo per garantire condizionamento comportamentale riproducibile. Pesare i ratti quotidianamente per garantire il loro peso corporeo rimane stabile. NOTA: durante la notte supplementare (10-12 h) privazione di cibo può essere utile prima della prima sessione di ricompensa-touch (passo 2.3). </li></ol> 2. Procedura di formazione per un compito Reach-e-pull <ol><li> Preparazione: Lasciare i ratti abituare alle loro nuove gabbie casa per a least una settimana dopo l&#39;arrivo nella struttura animali. Gestire i topi regolarmente durante questo periodo e dare pellet di precisione senza polvere nella gabbia casa per abituarsi i ratti al nuovo cibo. Queste palline saranno utilizzati come premi in tutto il protocollo di allenamento. </li><li> Assuefazione: Posizionare i topi in gabbia di prova per 30-45 min e fornire 30-50 pellet nella ciotola alimentazione, mescolato con Chow in polvere. Aprire e chiudere la finestra gabbia ed eseguire il distributore di pellet tanto in tanto per abituarsi i topi al loro suono. <ol><li> Ripetere questa operazione per 2-3 giorni. </li></ol></li><li> Ricompensa-touch: Formare i ratti a toccare la maniglia sferica attraverso la finestra gabbia e per poi spostarsi verso il lato opposto della gabbia per recuperare una ricompensa in cibo. <ol><li> Regolare le impostazioni del software in modo che la maniglia si trova appena fuori dalla finestra gabbia test all&#39;inizio di ogni prova e allineare la maniglia con il centro della finestra gabbia. Quando le prove sono di successo, vale a dire &lt;/ Em&gt;, non appena un tocco leggero sul manico 0,25 mm (spostamento in qualsiasi direzione) è stato rilevato, un segnale acustico e un premio viene erogato. Classificare prove come non riuscito quando è stato rilevato alcun contatto per 180 s dopo si apre la finestra. </li><li> Mettere il topo nella gabbia di formazione. Prompt il ratto di raggiungere facendolo afferrare in un pellet tenuto vicino al manico. Dirigere l&#39;attenzione del topo alla ciotola maniglia e cibo toccando sulla gabbia. </li><li> Fermare spingendo quando il ratto raggiunge autonomamente attraverso la finestra gabbia e recupera il pellet cibo. </li><li> Continuare fino a 100 prove (tocca) sono stati completati o fino a 60 minuti sono passati, quello che viene prima. </li><li> Continuare la formazione per 3-4 giorni e iniziare la prossima fase di formazione (passo 2,4) quando i ratti raggiungono 100 prove entro 30 minuti per 2 giorni consecutivi. NOTA: Non over-treno questo passaggio. L&#39;obiettivo del premio-touch è realizzare interazione affidabile tra il ratto e robot, in modo che questo comportamento può essere plasmato insuccessiva formazione. </li></ol></li><li> Tiro libero (FP): Formare i ratti per raggiungere e tirare la maniglia del robot. <ol><li> Regolare le impostazioni del software in modo che la maniglia si trova 18 mm dalla finestra all&#39;inizio di ogni prova, e deve essere tirato per almeno 10 mm senza interruzione per una prova di successo. Non ci sono restrizioni laterali sul movimento tirando in questa fase. <ol><li> Classificare un processo come guaste quando il manico non è stato spostato per 180 s dopo l&#39;apertura della finestra, quando la maniglia viene spostata al di fuori dell&#39;area di lavoro raggiungibile (più di 12 mm dalla linea mediana), o quando il ratto ha tirato inferiore a 10 mm all&#39;interno è stato rilevato 5 s dopo il primo tocco. </li></ol></li><li> Prendere nota del numero di volte in cui viene utilizzata la zampa sinistra e destra durante le prime 20 prove della prima sessione FP. La zampa che viene utilizzato in almeno l&#39;80% delle prove è considerata la zampa preferito. NOTA: La zampa preferenza potrebbe essere già chiaro nella ricompensasessioni -Touch. </li><li> Spostare la maniglia lateralmente finché non è allineata con il bordo della finestra per facilitare tirando con la zampa preferita (cioè spostare il robot di 5 mm verso sinistra della finestra per ratti destri e viceversa). NOTA: Posizionare la maniglia in questa stessa identica posizione rispetto alla gabbia per tutte le seguenti sessioni di formazione per questo topo. Assicurare posizionamento esatto da segni sulla parete della gabbia e sul robot. </li><li> Mettere il topo nella gabbia formazione e treno fino a 100 prove sono stati completati o fino a 60 minuti sono passati, quello che viene prima. NOTA: se il ratto non raggiunge fuori abbastanza lontano, si chiederà facendolo afferrare in un pellet tenuto vicino al manico. I ratti possono smettere di cercare di tirare dopo ripetuti tentativi falliti. Toccare sulla gabbia, lasciarli afferrare pellet tenute con un paio di pinze o di dispensare un pellet di ripristinare la loro motivazione. </li><li> Per gli esperimenti che coinvolgono solo la formazione FP, continuare la formazione come descritto in 2.4. NOTE: In genere, sono necessarie 1-2 sedute di FP per aiutare la transizione dal tocco ricompensa a SP (Straight Pull) di formazione. L&#39;obiettivo di queste sessioni FP è quello di abituarsi ratti di raggiungere, afferrare e tirare la maniglia, piuttosto che solo toccarlo. Come ricompensa-touch di formazione, è importante non a un eccesso di treno se l&#39;obiettivo è quello di passare ad una fase di formazione successiva. </li></ol></li><li> Tirare dritto (SP): Treno i ratti per tirare la maniglia senza deviare più di 2 mm dalla linea mediana. NOTA: La linea mediana è definita rispetto alla posizione iniziale del robot, non al punto medio della finestra gabbia. Così, un tentativo tirando termina nel punto centrale della finestra gabbia si tradurrà in una traiettoria di trazione che si discosta di più di 2 mm dalla linea mediana. <ol><li> Regolare le impostazioni del software in modo che solo i processi in cui il movimento di trazione non si discosti più di 2 mm dalla linea mediana su entrambi i lati sono ricompensati da un tono e una pallina. Tenere tutti gli altri parametri come descritto al punto 2.4. </li><li> Mettere il topo nella gabbia formazione e treno fino a 100 prove sono stati completati o fino a 60 minuti sono passati, quello che viene prima. NOTA: I ratti possono diventare estremamente agitato e smettere di cercare di tirare dopo ripetuti tentativi falliti. Toccare la gabbia per reindirizzare la loro attenzione al compito di raggiungere, far loro afferrare pellet tenute con un paio di pinze o di dispensare un pellet di ripristinare la loro motivazione. </li><li> Continuare la formazione fino a quando i ratti raggiungono prestazioni plateau, o adattare il periodo di formazione in base al l&#39;obiettivo di un esperimento. </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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare

Compiti che raggiungono qualificati sono comunemente utilizzati per studiare l&#39;acquisizione delle capacità motorie, nonché compromissione della funzione motoria in condizioni patologiche 6. analisi affidabile e inequivocabile di raggiungere comportamento è essenziale per lo studio dei meccanismi cellulari alla base acquisizione delle capacità motorie, nonché processi neurofisiologici coinvolti nella perdita e successivo recupero della funzione in modelli animali di malattia neurologica. ...

compiti motori sono ampiamente utilizzati per valutare i cambiamenti comportamentali e neurali legati all&#39;apprendimento motore o ad alterazioni nella funzione motoria nei modelli animali neurologici o farmacologici. funzione motoria fine può essere difficile da quantificare nei roditori, però. Compiti che richiedono destrezza manuale, come la manipolazione di cereali 1, pasta 2 o 3 semi di girasole sono sensibili e non richiedono una formazione completa dell&#39;animale. Il loro principale svantaggio è che questi compiti producono risultati prevalentemente qualitativi e può essere difficile segnare ambiguità. Compiti che raggiungono specializzati, come ad esempio le variazioni del singolo pellet raggiungendo compito sono più semplici da quantificare 4, 5. Tuttavia, i fattori che stanno alla base cinematici esecuzione di successo di queste attività possono essere dedotte solo in misura limitata e richiedono alta intensità di lavoro fotogramma per fotogramma video di unANALISI. dispositivi robotici hanno guadagnato popolarità come mezzo di quantificare aspetti della funzione degli arti anteriori e abilità motorie. Diverse le attività che raggiungono automatizzato sono disponibili. L&#39;attenzione maggioranza su un singolo aspetto di un movimento zampa anteriore, come tirare una maniglia lungo una guida lineare 6, 7, semplici movimenti distali 8 o pronazione e supinazione della zampa 9. Mentre questi dispositivi sono promettenti per l&#39;analisi della funzione motoria in, riflettono solo le azioni motorie complesse eseguite durante singolo pellet arrivando a un numero limitato di estendere. Qui, dimostriamo l&#39;uso di un dispositivo a tre gradi di libertà robotica, ETH Pattus, sviluppato per la formazione e la valutazione delle varie attività motorie nei ratti 10, 11. Si registra planare e movimento di rotazione dei movimenti degli arti anteriori ratto a portata di mano, afferrare, etirando compiti svolti nel piano orizzontale. Ratti interagiscono con il robot tramite 6 mm di diametro impugnatura sferica che può essere raggiunto attraverso una finestra nella gabbia test (larghezza: 15 cm, lunghezza 40 cm, altezza 45 cm) e spostato nel piano orizzontale (spinta e trazione movimenti) e ruotati movimenti di pronazione-supinazione (). Così, consente il ratto di effettuare movimenti che approssimano quelli eseguiti durante convenzionali singoli compiti pellet raggiungere. La finestra è largo 10 mm e situato a 50 mm al di sopra del pavimento della gabbia. La maniglia si trova a 55 mm dal pavimento. A scorrevole blocchi porta di accesso al manico tra il raggiungimento prove e si apre quando il robot raggiunge la sua posizione di partenza e si chiude dopo un processo è completato. Dopo un movimento eseguito correttamente, ratti ricevono un premio cibo sul lato opposto della gabbia test. Il robot è controllato via software e registra uscita da 3 encoder rotativi a 1000 Hz, con conseguente informazioni sulla posizione of la maniglia nel piano orizzontale, così come il suo angolo di rotazione (per dettagli vedi riferimento 11). Le condizioni necessarie per l&#39;esecuzione compito successo sono definiti nel software prima di ogni sessione di formazione (es minimo richiesto tirando distanza e massima deviazione dalla linea mediana in un compito portata-e-pull). Una posizione iniziale riferimento standardizzato del manico è registrato con un supporto fisso all&#39;inizio di ogni sessione di addestramento. Questo riferimento viene utilizzato per tutte le prove all&#39;interno di una sessione, assicurando una posizione di partenza costante della maniglia per ogni prova. Posizionamento costante del manico rispetto alla finestra gabbia è assicurata da allineamento dei segni sulla gabbia e robot (Figura 1). Registrazioni video dei movimenti che raggiungono sono registrati utilizzando una piccola macchina fotografica ad alta velocità (120 fotogrammi / s, risoluzione 640 x 480). Un piccolo display nella visualizzazione della telecamera mostra il numero di identificazione del ratto, ALLENAMENTO,il numero di prova e il risultato di prova (successo o fallito). Questi video vengono utilizzati per verificare i risultati registrati e per valutare gli effetti di raggiungere movimenti che precedono il toccare, tirare o rotazione della maniglia. Qui, dimostriamo l&#39;uso di questa piattaforma robotica in variazioni di un&#39;attività portata-and-pull. Questo compito può essere addestrato entro un periodo di tempo che è paragonabile ad altri paradigmi raggiungendo qualificati e produce risultati riproducibili. Descriviamo un tipico protocollo di formazione, così come alcuni dei parametri di uscita principali. Inoltre, si mostra come piccole modifiche nel protocollo di allenamento utilizzato può portare a corsi a tempo alterati di risultati comportamentali che possono rappresentare sottoprocessi indipendenti nell&#39;ambito del processo di apprendimento di abilità motoria.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="679">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">ETH Pattus</td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:191px;">ETH Pattus was made by the Rehabilitation Engineering Laboratory of Prof. Gassert at ETH Zurich.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Training cage&#160;</td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>The plexiglass training cage was made in-house.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:247px;">Pellet dispenser</td>
			<td style="width:105px;">Campden Instruments</td>
			<td align="right" style="width:136px;">80209</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">45-mg dustless precision pellets</td>
			<td style="width:105px;">Bio-Serv</td>
			<td style="width:136px;">F0021-J</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">GoPro Hero 3+ Silver Edition&#160;</td>
			<td style="width:105px;">digitec.ch</td>
			<td align="right">284528</td>
			<td>Small highspeed camera&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:247px;">Small display</td>
			<td style="width:105px;">Adafruit Industries</td>
			<td style="width:136px;">#50, #661</td>
			<td>128x32 SPI Oled display controlled via an Arduino Uno microcontroller and Labview software</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:247px;">Labview 2012</td>
			<td style="width:105px;">National Instruments</td>
			<td style="width:136px;">776678-3513</td>
			<td>ETH Pattus is compatible with more recent Labview versions.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:247px;">Matlab 2014b</td>
			<td style="width:105px;">The Mathworks</td>
			<td style="width:136px;">MLALL</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

investigating motor skill learning processes with a robotic manipulandum

compiti che raggiungono qualificati sono comunemente utilizzati negli studi di apprendimento delle capacità motorie e la funzione motoria in condizioni sane e patologiche, ma possono essere ambigue e ad alta intensità di tempo per quantificare al di là di semplici percentuali di successo. Qui, descriviamo la procedura di formazione per le attività di portata e trazione con ETH Pattus, una piattaforma robotica per zampa anteriore automatizzato raggiungere formazione che i record di trazione e movimenti di rotazione della mano nei ratti. quantificazione cinematica dei tentativi effettuati tirando rivela la presenza di profili temporali distinti di parametri movimento come tirando velocità, variabilità spaziale della traiettoria tirando, deviazione dalla linea mediana, e tirando successo. Mostriamo come piccoli aggiustamenti nel paradigma di formazione si traducono in alterazioni di questi parametri, rivelando la loro relazione al compito difficoltà, funzione generale del motore o l&#39;esecuzione dell&#39;attività qualificato. In combinazione con tecniche elettrofisiologiche, farmacologiche e optogenetic, questo paradigma può essere utilizzatoper esplorare i meccanismi alla base dell&#39;apprendimento motorio e la formazione della memoria, così come la perdita e il recupero della funzione (ad esempio, dopo l&#39;ictus).

Qui vi mostriamo 3 varianti di un&#39;attività portata e tirare utilizzando ratti maschi a lungo Evans (10-12 settimane). Nel gruppo libero-pull (FP) (n = 6), i ratti sono stati addestrati a tirare la maniglia del robot per un periodo di 22 giorni senza limitazioni laterali. Animali in rettilineo-tirano 1 gruppo (SP1) (n = 12) sono stati addestrati a tirare la maniglia senza deviare più di 2 mm dalla linea mediana. Questi animali transizione direttamente dal premio-touch (passo 2,3) al...

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Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Un paradigma è presentato per la formazione e l&#39;analisi di un compito di raggiungere abile automatizzata nei ratti. L&#39;analisi dei tentativi tirando rivela sottoprocessi distinti di apprendimento motorio.

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 ...

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

Research

JoVE Journal

Behavior

8.6K Views.  University Hospital Zurich.  Un paradigma è presentato per la formazione e l'analisi di un compito di raggiungere abile automatizzata nei ratti. L'analisi dei tentativi tirando rivela sottoprocessi distinti di apprendimento motorio. 

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;

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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Methods to Explore the Influence of Top-down Visual Processes on Motor Behavior

Kinesthetic awareness is important to successfully navigate the environment. When we interact with our daily surroundings, some aspects of movement are deliberately planned, while others spontaneously occur below conscious awareness. The deliberate component of this dichotomy has been studied extensively in several contexts, while the spontaneous component remains largely under-explored. Moreover, how perceptual processes modulate these movement classes is still unclear. In particular, a currently debated issue is whether the visuomotor system is governed by the spatial percept produced by a visual illusion or whether it is not affected by the illusion and is governed instead by the veridical percept. Bistable percepts such as 3D depth inversion illusions (DIIs) provide an excellent context to study such interactions and balance, particularly when used in combination with reach-to-grasp movements. In this study, a methodology is developed that uses a DII to clarify the role of top-down processes on motor action, particularly exploring how reaches toward a target on a DII are affected in both deliberate and spontaneous movement domains.

It is unclear how top-down signals from the ventral visual stream affect movement. We developed a paradigm to test motor behavior towards a target on a 3D depth inversion illusion. Significant differences are reported in both deliberate, goal-directed movements and automatic actions under illusory and veridical viewing conditions.

Metodi per Esplora l&#39;influenza di Top-down processi visivi sul comportamento motorio

Kinesthetic awareness is important to successfully navigate the environment. When we interact with our daily surroundings, some aspects of movement are ...

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 ...

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. Researchers have used single-pulse and repetitive TMS to stimulate the lip representation in the motor cortex. The excitability of the lip motor representation can be investigated by applying single TMS pulses over this cortical area and recording TMS-induced motor evoked potentials (MEPs) via electrodes attached to the lip muscles (electromyography; EMG). Larger MEPs reflect increased cortical excitability. Studies have shown that excitability increases during listening to speech as well as during&#160;viewing speech-related movements. TMS can be used also to disrupt the lip motor representation. A 15-min train of low-frequency sub-threshold repetitive stimulation has been shown to suppress motor excitability for a further 15-20 min. This TMS-induced disruption of the motor lip representation impairs subsequent performance in demanding speech perception tasks and modulates auditory-cortex responses to speech sounds. These findings are consistent with the suggestion that the motor cortex contributes to speech perception. This article describes how to localize the lip representation in the motor cortex and how to define the appropriate stimulation intensity for carrying out both single-pulse and repetitive TMS experiments.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception.&#160; This article describes how to record motor evoked potentials (MEPs) from the lip muscles and how to disrupt the motor lip representation using repetitive TMS.

Stimolare il Lip Motor Cortex con la Stimolazione Magnetica Transcranica

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Quantifying Learning in Young Infants: Tracking Leg Actions During a Discovery-learning Task

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning process. Here a method is described in which 3-4 month old infants learn a task by discovery and their leg movements are captured to quantify the learning process. This discovery-learning task uses an infant activated mobile that rotates and plays music based on specified leg action of infants. Supine infants activate the mobile by moving their feet vertically across a virtual threshold. This paradigm is unique in that as infants independently discover that their leg actions activate the mobile, the infants&#8217; leg movements are tracked using a motion capture system allowing for the quantification of the learning process. Specifically, learning is quantified in terms of the duration of mobile activation, the position variance of the end effectors (feet) that activate the mobile, changes in hip-knee coordination patterns, and changes in hip and knee muscle torque. This information describes infant exploration and exploitation at the interplay of person and environmental constraints that support task-specific action. Subsequent research using this method can investigate how specific impairments of different populations of infants at risk for movement disorders influence the discovery-learning process for task-specific action.

A method is described in which 3-4 month old infants learn a task by discovery and their leg movements are captured to quantify the learning process.

Quantificare l&#39;apprendimento nei bambini piccoli: azioni di monitoraggio gamba durante una task-Discovery apprendimento

Task-specific actions emerge from spontaneous movement during infancy. It has been proposed that task-specific actions emerge through a discovery-learning ...

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 ...

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. ...

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 ...

The "Motor" in Implicit Motor Sequence Learning: A Foot-stepping Serial Reaction Time Task

This protocol describes a modified serial reaction time (SRT) task used to study implicit motor sequence learning. Unlike the classic SRT task that involves finger-pressing movements while sitting, the modified SRT task requires participants to step with both feet while maintaining a standing posture. This stepping task necessitates whole body actions that impose postural challenges. The foot-stepping task complements the classic SRT task in several ways. The foot-stepping SRT task is a better proxy for the daily activities that require ongoing postural control, and thus may help us better understand sequence learning in real-life situations. In addition, response time serves as an indicator of sequence learning in the classic SRT task, but it is unclear whether response time, reaction time (RT) representing mental process, or movement time (MT) reflecting the movement itself, is a key player in motor sequence learning. The foot-stepping SRT task allows researchers to disentangle response time into RT and MT, which may clarify how motor planning and movement execution are involved in sequence learning. Lastly, postural control and cognition are interactively related, but little is known about how postural control interacts with learning motor sequences. With a motion capture system, the movement of the whole body (e.g., the center of mass (COM)) can be recorded. Such measures allow us to reveal the dynamic processes underlying discrete responses measured by RT and MT, and may aid in elucidating the relationship between postural control and the explicit and implicit processes involved in sequence learning. Details of the experimental set-up, procedure, and data processing are described. The representative data are adopted from one of our previous studies. Results are related to response time, RT, and MT, as well as the relationship between the anticipatory postural response and the explicit processes involved in implicit motor sequence learning.

We introduce the foot-stepping serial reaction time (SRT) task. This modified SRT task, complementing the classic SRT task that involves only finger-pressing movement, better approximates daily sequenced activities and allows researchers to study the dynamic processes underlying discrete response measures and disentangle the explicit process operating in implicit sequence learning.

Il "motore" a motore implicito sequenza di apprendimento: una reazione seriale un passo piede volta compito

This protocol describes a modified serial reaction time (SRT) task used to study implicit motor sequence learning. Unlike the classic SRT task that ...

Modeling Verbal Behavior Deficits with the Stimulus Control Ratio Equation, SCoRE

Verbal operant analyses are the extension of functional analysis technology to the field of verbal behavior, of particular relevance to autism spectrum disorders and associated developmental disabilities. Similarly, a verbal operant analysis carefully controls specific environmental factors that influence language, and measures strength of responding across four verbal operant classes: tact, mand, echoic, and sequelic. The frequency of each independent verbal operant is then measured against one another using the stimulus control ratio equation (SCoRE) to summarize the relative strength of the speaker&#8217;s repertoire. The verbal behavior SCoRE yields a statistic that can be compared against itself (e.g., for the purposes of pre/post testing) or against others (e.g., for the purposes of randomized controlled trials). The results of this evaluation provide an individualized hierarchy for diverging stimulus control across the verbal operants, from which a treatment plan for errorless language learning may be prescribed.

This article describes the procedures for conducting a verbal operant analysis (VOA), calculating the stimulus control ratio equation (SCoRE), and developing individualized verbal behavior treatment plans, specifically significant to address the deficits characteristic of autism.

Modellazione di Deficit di Comportamento Verbale con l'Equazione del Rapporto di Controllo Stimolo, SCoRE

Verbal operant analyses are the extension of functional analysis technology to the field of verbal behavior, of particular relevance to autism spectrum ...