MPIポスドクは、MB-CおよびTMに奨学金、韓国のNRF（R31-2008-000から10008-0）HHBに。カールBeykirchのおかげで、技術支援と科学的な議論のためにマイケルKerger＆ヨアヒムテシュ。

1。 KUKAロボット社<ol><li> MPIのCyberMotionシミュレータは3-2-1の構成（ 図1）の6つの関節シリアルロボットで構成されています。それは、商業KUKAロボコースター（500 kgのペイロードで変更されたKR-500産業用ロボット）に基づいています。柔軟かつ安全な実験のセットアップを持っているために必要な物理的な変更や、ソフトウェアの制御構造は、以前のモーションシミュレータの速度と加速度の制限、遅延やシステム9の伝達関数を含め、記載されている。この前の設定からの変更は以下のように定義されています。 </li></ol><img alt="図1" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig1.jpg" /> 図1現在のMPI CyberMotionシミュレータのワークスペースをグラフィカルに表現。 <ol start="2"><li>回転して横方向の動きを組み合わせた複雑なモーションプロファイルは、MPIのCyber​​Motionシミュレータで可能です。軸1、4、6、CA<html> n個連続して回転させます。ハードウェアの4ペアが両方の方向に制限は2軸、3と5を終了停止します。直線運動の最大範囲は運動が始まり、そこからの位置に強く依存している。現在のハードウェアのMPI CyberMotionシミュレータのエンドを停止し、 表1に示されています。 <table border="1"><tbody><tr><td> 軸 </td><td> 範囲[deg]の </td><td> マックス。速度[deg / s]で </td></tr><tr><td> 1軸</td><td>連続的な</td><td> 69 </td></tr><tr><td> 2軸</td><td> -128〜-48 </td><td> 57 </td></tr><tr><td> 3軸</td><td> -45〜92 </td><td> 69 </td></tr><tr><td>第4軸</td><td>連続的な</td><td> 76 </td></tr><tr><td> 5軸</td><td> -58〜+58 </td><td> 76 </td></tr><tr><td> 6軸</td><td>連続的な</td><td> 120 </td></tr></tbody></table></li></ol>MPIのCyberMotionシミュレータのNT &quot;&gt; 表1。現在の技術仕様。 <ol start="3"><li>すべての実験はMPIのCyber​​Motionシミュレータ上で実行される前に、各実験の運動軌跡は、KUKAのシミュレーションPC（事務所PC）上のテスト段階を経る。 &quot;オフィスのPCは&quot;本物のロボットアームをシミュレートし、実ロボットと同じオペレーティングシステムおよび制御画面レイアウトが含まれていますKUKAが販売する特別な製品です。オープン·ループ構成のためのMPI CyberMotionシミュレータの制御システムの概略を図2に示します。 </li></ol><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig2.jpg" /> 図2 MPI CyberMotionシミュレータの開ループ制御システムの回路図の概要。 <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3436/3436fig2large.jpg" target="_blank">拡大図はここをクリック</a> 。 <ol start="4"><li>コントロールsの詳細tructureここでは9見つけることができます。簡単に言えば、そのような現在の実験で使用されているような開ループ構成では、軌道はインバースキネマティクス（ 図2）を介して関節裂隙角にデカルト座標での入力軌跡を変換することにより、あらかじめプログラムされています。 </li><li> MPIの制御システムは、これらの所望の関節角度の単位で読み込み、モータ電流を介して軸の動きを実行するためにKUKA制御システムにこれらを送信します。ジョイントリゾルバの値が順番にMPI制御システムによってファイルから読み込まれる次のジョイント増加を引き起こすだけでなく、現在のジョイントを作成する12msの内部収益率、少なくとも現在の関節角度の位置を決定するKUKAコントロールシステムに送信されます。ディスクへの角度の位置。 MPIとKUKA制御システム間の通信は、KUKA-RSIプロトコルを使用してイーサネット接続によるものである。 </li><li> 5点シートベルトシステム（シュロス）を搭載したレースカーシート（RECAROポールポジション）は、シャーシWHIに接続されているchはフットレストが含まれています。シャーシは、ロボットアーム（ 図3a）のフランジに取り付けられている。実験は、密閉キャビン（ 図3b）内の座席の参加者によっても可能です。 </li></ol><img alt="図3" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig3.jpg" /> 図3：MPIのCyberMotionシミュレータのセットアップ。 LCDディスプレイで現在の実験のために1）の構成。前面投影ステレオディスプレイで囲まれたキャビンを必要とする実験のためのb）の構成。 c）のフロントプロジェクションモノが表示されます。 d）のヘッドマウントディスプレイ。 <ol start="7"><li>実験は暗闇の中で行われているように、赤外線カメラは、制御室からの視覚監視を可能にします。 </li></ol> 2。可視化<ol><li>複数の可視化構成では、LCD、ステレオまたはモノラルのフロントプロジェクション、ヘッドマウントディスプレイ（ 図3）を含むMPI CyberMotionシミュレータで可能です。電流の自己運 ​​動の実験視覚的な手がかりは、特に暗所でテストされたオブザーバーの前面に50センチメートルを置か液晶ディスプレイ（ 図3a）によって提供されます。 </li><li>視覚的なプレゼンテーションは、Virtoolsの4.1ソフトウェアを使用して生成され、ランダム、限られた人生の時間のドットフィールドから成っていた。参加者の視点（すなわち、16×16のサイズ×8台）から正面、右、左、上方と下方に8つの仮想ユニットを拡張する直方体は、白丸の0.02台からなる20万同じサイズの粒子を充填した黒い背景の前に直径インチドットがランダムにスペース（空間内の均一な確率分布）に分散された。仮想ユニットの動きは、物理的な動き（1仮想ユニット= 1物理メートル）と1対1で対応するようにスケーリングされました。 </li><li>各粒子が消失する前に、2秒間表示され、すぐに空間内のランダムな場所に再び表示されました。したがって、ドットの半分は、変更され、その1秒以内に位置。 0.085と4単位の距離の間にドットが参加者（13°と0.3°に対応する視覚的な角度）に表示されていました。 </li><li>ドットフィールド内の移動は、UDPプロトコルを使用してEthernet接続によって送信されたMPIの制御コンピュータからの動きの軌跡を受信することによって、物理的な動きと同期されていました。ドットフィールドを介して移動する際のドット数の平均はすべての動きに一定とどまった。このディスプレイには絶対的な大きさのスケールを提供しませんが、ドットのように光の流れと運動視差は、固定サイズの球体であった。観察者に相対的な距離に応じて、小さい方を探して。 </li></ol> 3。実験計画<ol><li>著者の一人（MB-C）を除いて、実験にナイーブであった16人の参加者は、実験者との双方向通信を可能にするためにマイクを搭載したノイズキャンセリングヘッドフォンを身に着けていた。追加の聴覚ノイズが連続してheadphoを通して演奏された<html>ロボットによって生成され、さらにマスクノイズのファミコン。 </li><li>参加者は、UDPプロトコルを使用してEthernet接続によって送信されるデータと応答ボタンを搭載したカスタム構築されたジョイスティックを使用していました。 </li><li> 2運動のセグメントの角度は45°または90°のどちらかでした。水平、矢状面と前頭面の動きは、から成っていた：前方右（FR）または右フォワード（RF）、下向きのフォワード（DF）または（FD）前方下向きにし、下向きの右（DR）または右 - それぞれ下方（RD）の動き（ 図4a）。 </li></ol><img alt="図4" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig4.jpg" /> 図4の手順。実験に用いた軌跡の1）模式図。 b）の感覚情報がテストされた各軌跡タイプのために提供した。 c）の参加者がどこから移動したと思ったどこの起源を示すために使用するタスクを指す。rge.jpg &quot;ターゲット=&quot; _blank &quot;&gt;拡大図はここをクリックしてください。 <ol start="4"><li>感覚情報は、視覚（光の流れ、限られた寿命のスターフィールド）、（目を閉じパッシブ自己運 ​​動）前庭- kinaesthetic、または視覚と前庭-kinaesthetic運動の手がかり（ 図4b）を提供することによって操作された。 </li><li>運動の軌跡は、2つのセグメントの長さ（;±0.24 m / s 2でピーク加速度、 図4bに 1メートル：0.4メートル、2月1日）から成っていた。軌跡は、翻訳から成っていた。参加者のない回転は発生しませんでした。前に、各裁判の動きから可能な干渉を低減し、前庭系が定常状態からテストされたことを確認するには、15秒休止は、それぞれの軌道を先行していた。 </li><li>オブザーバーは、画面（ 図4c）に提示アバターに重畳された矢印を移動することによって、その起源に戻って指摘した。矢印の動きが軌道の平面に拘束し、tによって制御された彼はジョイスティック。アバターは、正面の矢と水平方向の視点から発表されました。オブザーバーは答えるようにいずれか、またはすべての視点を使用することができました。矢印の始点の向きは、試験全体のランダム化された。 </li><li>ポインティングタスクが参加者が精神的に外心の表現に自己中心的な視点から自分のポインティングを変換するために、必要に応じて、参加者は事前練習や実験的な試験にアバターを参照して、彼らの原点に戻って指すようにする方法について説明を与えられた。参加者はアバターが自分の身体であるかのようにポインティングが行われるべきであると言われました。参加者はその後、外心、測定技術を用いて自己との相対的なターゲットを指すように指示されました。たとえば、参加者は自分自身と参加者はアバターからの相対前方および下向きの矢印を指すようにするために必要な画面の間に彼らのラップハーフウェイで休んでジョイスティックを指すように指示されました。すべての参加者はこれらを実行することができました混乱を表現せずにタスクを実行します。 </li><li>各実験条件を3回繰り返し、ランダムな順序で提示された。署名されたエラーメッセージと応答時間は、2つの独立した3（平面）* 2（角度）* 3（モダリティ）は測定ANOVAを繰り返すの従属変数として分析した。極端な外れ値の参加者からの応答時間は、分析から削除されました。 </li></ol> 4。代表的な結果有意な主効果はこれらの要因のために認められなかったとして署名したエラーの結果は、モダリティとの角度を越えて折りたたまれています。 図5aは、オブザーバーは角度サイズを過小評価して運動面の有意な主効果（F（2,30）= 7.0、P = 0.003）（示しています水平面内の運動のために0℃未満の平均データ）（-8.9°、SE 1.8）。矢状面ではそのようなバイアス（-0.7°、SE 3.7）が存在しなかった間、前頭面のオブザーバーでは、角のサイズを過大評価するまでの平均（5.3°、SE 2.6）でより高かった。 WH角度とモダリティのILE主効果は、角度が大幅に前頭面で過大評価は、45°（7.9°までの動きのために大きかったような平面（F（2,30）= 11.1、P &lt;0.001）と対話するために重要な発見されませんでした、90を介してよりSE 2.6）°（2.8°、SE 2.7）、そのような不一致は、他の飛行機のために不在であった。さらに、モダリティが大幅に単独で90°の動きのための前庭情報からの過小評価は、に比べて（-4.3°、SE 2.1）有意に大きかったような角度（F（2,30）= 4.7、P = 0.017）と相互作用することが発見されたそのような不一致は、45°までの動きのために欠席した中に視覚（-2.0°、SE 2.4）と前庭と視覚情報は、（2.3°、SE 2.2）の条件を組み合わせました。被験者効果との間に有意に署名しているエラー（F（1,15）= 0.7、P = 0.432）がありませんでした。 図5b応答時間の結果を示しています。の有意な主効果があった単独で前庭-kinaesthetic情報に基づいて応答するときにオブザーバーが遅いと答えたモダリティ（F（2,28）= 22.6、P &lt;0.001）（11.0秒、SE 1.0）（9.3秒、SE 0.8）視覚的に比較および結合（9.0 S、SE 0.8）の条件。水平面（10.4秒、SE 1.0）に移動したときに、オブザーバーはサジタル（9.4秒、SE 0.8に比べて遅いと答えた平面の有意な主効果（F（2,28）= 7.5、P = 0.002）もあった）と正面（9.4秒、SE 0.9）飛行機。セグメント角度の有意な主効果または相互作用はありませんでした。被験者間に有意な効果は、応答時間（F（1,14）= 129.1、P &lt;0.001）に発見されました。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig5.jpg" /> 図5の結果。 ）署名されたエラーがテストプレーンにモダリティを越えて崩壊した。 b）の応答時間は、モダリティの移動平面を越えて崩壊したテストされています。 1 SEM - エラーバーは+ /です。

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	<li>Loomis, J. M., Klatzky, R. L., Golledge, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Navigating+without+vision:+Basic+and+applied+research.">Navigating without vision: Basic and applied research.</a> Optometry and Vision Science. 78, 282-289 (2001).</li><li>Vidal, M., Amorim, M. A., Berthoz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Navigating+in+a+virtual+three-dimensional+maze:+how+do+egocentric+and+allocentric+reference+frames+interact.">Navigating in a virtual three-dimensional maze: how do egocentric and allocentric reference frames interact.</a> Cognitive Brain Research. 19, 244-258 (2004).</li><li>Vidal, M., Amorim, M. A., McIntyre, J., Berthoz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+perception+of+visually+presented+yaw+and+pitch+turns:+Assessing+the+contribution+of+motion,+static,+and+cognitive+cues.">The perception of visually presented yaw and pitch turns: Assessing the contribution of motion, static, and cognitive cues.</a> Perception &#38; Psychophysics. 68, 1338-1350 (2006).</li><li>Loomis, J. M., Klatzky, R. K., Philbeck, J. W., Golledge, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+auditory+distance+perception+using+perceptually+directed+action.">Assessing auditory distance perception using perceptually directed action.</a> Perception &#38; Psychophysics. 60, 966-980 (1998).</li><li>Loomis, J. M., Klatzky, R. L., Golledge, R. G., Cicinelli, J. G., Pellegrino, J. W., Fry, P. 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R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perceived+timing+of+vestibular+stimulation+relative+to+touch,+light+and+sound.">Perceived timing of vestibular stimulation relative to touch, light and sound.</a> Experimental Brain Research. 198, 221-231 (2009).</li><li>Barnett-Cowan, M., Harris, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+processing+of+active+and+passive+head+movement.">Temporal processing of active and passive head movement.</a> Experimental Brain Research. 214, 27-35 (2011).</li><li>Sanders, M. C., Chang, N. N., Hiss, M. M., Uchanski, R. M., Hullar, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+binding+of+auditory+and+rotational+stimuli.">Temporal binding of auditory and rotational stimuli.</a> Experimental Brain Research. 210, 539-547 (2011).</li><li>Barnett-Cowan, M., Raeder, S. M., Bulthoff, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Persistent+perceptual+delay+for+head+movement+onset+relative+to+auditory+stimuli+of+different+duration+and+rise+times.">Persistent perceptual delay for head movement onset relative to auditory stimuli of different duration and rise times.</a> Experimental Brain Research. , (2012).</li></ol>

利害の衝突が宣言されません。

パスの統合がうまくオブザーバは元の場所を解決するために使用されることを意味しますが、角度1の過小評価の傾向があるとして確立されてから5まで移動しました。我々の結果は、並進運動のためだけ水平面内でこれを示しています。垂直面での参加者は、角度が通り抜け過大評価または全く偏見を持たない可能性が高くなります。標高地形横断オーバーの推定値が10を誇張する傾向があり、また、なぜ建物のフロア間の空間的ナビゲーションは、11乏しい理由これらの結果は、説明することがあります。これらの結果は、受容体（〜0.58）12 utriculeする球形嚢の相対的な割合での既知の非対称性に関係するかもしれません。視覚情報が存在する場合に比べて前庭-kinaesthetic情報のみに基づいて応答時間が遅く単独で慣性手がかりに基づいて、自分の原点を決定しようとして関連付けられた追加の遅延があるかもしれないことを示唆している前庭知覚が遅く、他の感覚13から16に比べていることを示す最近の研究に関連する可能性があります。全体的な我々の結果は、主に水平面内で実際、人間の経験の動きに関連する可能性がある垂直に移動するときに自分の起源を決定するための代替戦略を使用することができることを示唆している。逐次翻訳はめったに経験している間にさらに、彼らは矢状面で最も頻繁に発生した - そのような我々に向かって歩き、エスカレーターで移動する場合など - エラーが最小である場所。後の実験のインタビューは飛行機の中で異なる戦略を反映するものではありませんでしたが、実験では、この可能性を探るべきである。さらなる自由度を用いた軌道を用いた実験では、もはや重力に身体が異なる配向相対のパスと同様に、MPIのCyber​​Motionシミュレータで可能になりましたビューの大きなフィールドを使用して、さらに三次元のパスの統合パフォーマンスを調査するために計画されています。

<a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/industrial_robots/heavy/kr500_2/start.htm" target="_blank">KUKA KR 500ヘビーデューティ産業用ロボット</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kcp/start.htm" target="_blank">KUKA KCP KUKAコントロールパネル</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kr_c2_ed05/start.htm" target="_blank">KUKA KR C2 edition2005</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kmc/start.htm" target="_blank">KUKA KUKAモーションコントロール</a> <a href="http://www.motorsportseats.com/recaro/pole_position.html" target="_blank">RECAROポールポジションシート</a> <a href="http://www.schrothracing.com/store/Competition/profi/profi-II" target="_blank">SCHROTHエンデューロベルト</a> Dellの24 &quot;1920×1200 LCDディスプレイ（効果的なフィールドのビューには）1200×1200にマスク <a href="http://www.virtools.com" target="_blank">Virtoolsの4.1</a> UDP通信を使用してカスタム構築されたジョイスティック

mpi cybermotion simulator: implementation of a novel motion simulator to investigate multisensory path integration in three dimensions

パスの統合は、出発点1に対して1の現在位置の推定値を得るために時間をかけて統合された自己運 ​​動プロセスである。人間は視覚2-3、聴覚4、または慣性合図5に排他的に基づいてパスの統合を行うことができます。しかし、現在の複数のキューで、慣性手がかり-特にkinaestheticは- 6-7を支配するように見える。ビジョンの不在で、人間は5短距離（&lt;5メートル）と回転角度（&lt;30°）を過大評価するが、長いものを過小評価する傾向にある。物理的な空間での移動は、したがって、正確に脳で表されていないようです。 大規模な作業は、水平面内でパスの統合を評価する上で行われていますが、少し縦の動き（ビジョン単独でから仮想移動のために3を参照）について知られている。この理由の1つは、従来のモーションシミュレータは、モーションrestricの狭い範囲を持っていることです主に水平面にテッド。ここでは、パスの統合は、水平と垂直面の間に類似しているかどうかを評価する動きの大きい範囲でモーションシミュレータ8-9を活用しています。パスのナビゲーションのための慣性力と視覚的な手がかりの相対的な寄与も評価した。 16オブザーバーは変更されたKUKA関節ロボットアームのフランジに取り付けられた座席に直立座っていた。感覚情報は、視覚（光の流れ、限られた寿命のスターフィールド）、（目を閉じパッシブ自己運動）前庭 - kinaesthetic、または視覚と前庭-kinaesthetic運動の手がかりを提供することによって操作された。水平、矢状面と前頭面内の運動の軌跡は、2つのセグメントの長さ（;±0.24 m / s 2でピーク時の加速度1メートル：0.4メートル、2月1日）から成っていた。 2つのセグメントの角度は45°または90°のどちらかでした。オブザーバーは、screに提示アバターに重畳された矢印を移動することによって、その起源に戻って指摘したEN。 オブザーバは、垂直面に比べて水平面内で移動のための角度のサイズを過小評価する傾向があった。矢状面ではそのようなバイアスがなかった間、前頭面のオブザーバーの角度サイズを過大評価する傾向があった。単独で前庭-kinaesthetic情報に基づいて応答するときに最後に、オブザーバーが遅く答えた。前庭-kinaesthetic情報のみに基づいてヒトの経路の統合は、このように視覚情報が存在しているときよりも時間がかかります。ポインティングは、それぞれの角度一つ水平方向および垂直方向の面に貫通移動して過小評価と過大評価と一致している内にほとんど事実、人間の経験の動きに関連する可能性がある空間を介して自己運動の神経表現が非対称的であることを示唆している水平面。

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MPI CyberMotion Simulator: Implementation of a Novel Motion Simulator to Investigate Multisensory Path Integration in Three Dimensions

人間は三次元で自分自身を移動する方法への洞察を得るための効率的な方法が記載されている。方法は、従来のシミュレータによって実現不可能な方法でオブザーバーを移動させることができるモーションシミュレータを利用しています。結果は、垂直方向の動きが過大評価されている間、水平面での動きが、過小評価されていることを確認します。

MPI Cyber​​Motionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装

Path integration is a process in which self-motion is integrated over time to obtain an estimate of one's current position relative to a starting point 1. ...

mpi-cybermotion-simulator-implementation-novel-motion-simulator-to

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.5K ビュー.  Max Planck Institute for Biological Cybernetics. 人間は三次元で自分自身を移動する方法への洞察を得るための効率的な方法が記載されている。方法は、従来のシミュレータによって実現不可能な方法でオブザーバーを移動させることができるモーションシミュレータを利用しています。結果は、垂直方向の動きが過大評価されている間、水平面での動きが、過小評価されていることを確認します。

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Using a Comparative Species Approach to Investigate the Neurobiology of Paternal Responses

A goal of behavioral neuroscience is to identify underlying neurobiological factors that regulate specific behaviors. Using animal models to accomplish this goal, many methodological strategies require invasive techniques to manipulate the intensity of the behavior of interest (e.g., lesion methods, pharmacological manipulations, microdialysis techniques, genetically-engineered animal models). The utilization of a comparative species approach allows researchers to take advantage of naturally occurring differences in response strategies existing in closely related species. In our lab, we use two species of the Peromyscus genus that differ in paternal responses. The male California deer mouse (Peromyscus californicus) exhibits the same parental responses as the female whereas its cousin, the common deer mouse (Peromyscus maniculatus) exhibits virtually no nurturing/parental responses in the presence of pups. Of specific interest in this article is an exploration of the neurobiological factors associated with the affiliative social responses exhibited by the paternal California deer mouse. Because the behavioral neuroscience approach is multifaceted, the following key components of the study will be briefly addressed: the identification of appropriate species for this type of research; data collection for behavioral analysis; preparation and sectioning of the brains; basic steps involved in immunocytochemistry for the quantification of vasopressin-immunoreactivity; the use of neuroimaging software to quantify the brain tissue; the use of a microsequencing video analysis to score behavior and, finally, the appropriate statistical analyses to provide the most informed interpretations of the research findings.

The comparative species approach allows behavioral neuroscientists to explore various neurobiological factors associated with specific behaviors viewed as characteristic of a specific animal model. Taking advantage of naturally occurring differences in behavior between closely related species, this technique doesn&#x2019;t require invasive techniques to manipulate the expression of the behavior.

父親の応答の神経生物学を調査するための比較種のアプローチを使用する

A goal of behavioral neuroscience is to identify underlying neurobiological factors that regulate specific behaviors.  Using animal models to accomplish ...

神経科学

Three Dimensional Vestibular Ocular Reflex Testing Using a Six Degrees of Freedom Motion Platform

The vestibular organ is a sensor that measures angular and linear accelerations with six degrees of freedom (6DF). Complete or partial defects in the vestibular organ results in mild to severe equilibrium problems, such as vertigo, dizziness, oscillopsia, gait unsteadiness nausea and/or vomiting. A good and frequently used measure to quantify gaze stabilization is the gain, which is defined as the magnitude of compensatory eye movements with respect to imposed head movements. To test vestibular function more fully one has to realize that 3D VOR ideally generates compensatory ocular rotations not only with a magnitude (gain) equal and opposite to the head rotation but also about an axis that is co-linear with the head rotation axis (alignment). Abnormal vestibular function thus results in changes in gain and changes in alignment of the 3D VOR response.
Here we describe a method to measure 3D VOR using whole body rotation on a 6DF motion platform. Although the method also allows testing translation VOR responses 1, we limit ourselves to a discussion of the method to measure 3D angular VOR. In addition, we restrict ourselves here to description of data collected in healthy subjects in response to angular sinusoidal and impulse stimulation.
Subjects are sitting upright and receive whole-body small amplitude sinusoidal and constant acceleration impulses. Sinusoidal stimuli (f = 1 Hz, A = 4&deg;) were delivered about the vertical axis and about axes in the horizontal plane varying between roll and pitch at increments of 22.5&deg; in azimuth. Impulses were delivered in yaw, roll and pitch and in the vertical canal planes. Eye movements were measured using the scleral search coil technique 2. Search coil signals were sampled at a frequency of 1 kHz.
The input-output ratio (gain) and misalignment (co-linearity) of the 3D VOR were calculated from the eye coil signals 3.
Gain and co-linearity of 3D VOR depended on the orientation of the stimulus axis. Systematic deviations were found in particular during horizontal axis stimulation. In the light the eye rotation axis was properly aligned with the stimulus axis at orientations 0&deg; and 90&deg; azimuth, but gradually deviated more and more towards 45&deg; azimuth.
The systematic deviations in misalignment for intermediate axes can be explained by a low gain for torsion (X-axis or roll-axis rotation) and a high gain for vertical eye movements (Y-axis or pitch-axis rotation (see Figure 2). Because intermediate axis stimulation leads a compensatory response based on vector summation of the individual eye rotation components, the net response axis will deviate because the gain for X- and Y-axis are different.
In darkness the gain of all eye rotation components had lower values. The result was that the misalignment in darkness and for impulses had different peaks and troughs than in the light: its minimum value was reached for pitch axis stimulation and its maximum for roll axis stimulation.
Case Presentation
Nine subjects participated in the experiment. All subjects gave their informed consent. The experimental procedure was approved by the Medical Ethics Committee of Erasmus University Medical Center and adhered to the Declaration of Helsinki for research involving human subjects.
Six subjects served as controls. Three subjects had a unilateral vestibular impairment due to a vestibular schwannoma. The age of control subjects (six males and three females) ranged from 22 to 55 years. None of the controls had visual or vestibular complaints due to neurological, cardio vascular and ophthalmic disorders.
The age of the patients with schwannoma varied between 44 and 64 years (two males and one female). All schwannoma subjects were under medical surveillance and/or had received treatment by a multidisciplinary team consisting of an othorhinolaryngologist and a neurosurgeon of the Erasmus University Medical Center. Tested patients all had a right side vestibular schwannoma and underwent a wait and watch policy (Table 1; subjects N1-N3) after being diagnosed with vestibular schwannoma. Their tumors had been stabile for over 8-10 years on magnetic resonance imaging.

A method is described to measure three-dimensional vestibulo ocular reflexes (3D VOR) in humans using a six degrees of freedom (6DF) motion simulator. The gain and misalignment of the 3D angular VOR provide a direct measure of the quality of vestibular function. Representative data on healthy subjects are provided

フリーダムモーションプラットフォーム度6を使用した三次元前庭眼反射テスト

The vestibular organ is a sensor that measures angular and linear accelerations with six degrees of freedom (6DF). Complete or partial defects in the ...

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

An experimental method has been developed to investigate the cellular responses to central nervous system (CNS) injury using the fruit-fly Drosophila. Understanding repair and regeneration in animals is a key question in biology. The damaged human CNS does not regenerate, and understanding how to promote the regeneration is one of main goals of medical neuroscience. The powerful genetic toolkit of Drosophila can be used to tackle the problem of CNS regeneration.
A lesion to the CNS ventral nerve cord (VNC, equivalent to the vertebrate spinal cord) is applied manually with a tungsten needle. The VNC can subsequently be filmed in time-lapse using laser scanning confocal microscopy for up to 24 hr to follow the development of the lesion over time. Alternatively, it can be cultured, then fixed and stained using immunofluorescence to visualize neuron and glial cells with confocal microscopy. Using appropriate markers, changes in cell morphology and cell state as a result of injury can be visualized. With ImageJ and purposely developed plug-ins, quantitative and statistical analyses can be carried out to measure changes in wound size over time and the effects of injury in cell proliferation and cell death. These methods allow the analysis of large sample sizes. They can be combined with the powerful genetics of Drosophila to investigate the molecular mechanisms underlying CNS regeneration and repair.

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

An injury paradigm using the Drosophila larval ventral nerve cord to investigate central nervous system regeneration and repair is described. Stabbing followed by laser scanning confocal microscopy in time-lapse and fixed specimens, combined with quantitative analysis with purposefully developed software and genetics, are used to investigate the molecular mechanisms of CNS regeneration and repair.

中枢神経系の修復を調査するために傷害パラダイム<em&gt;ショウジョウバエ</em

An experimental method has been developed to investigate the cellular responses to central nervous system (CNS) injury using the fruit-fly Drosophila. ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of the dendritic tree, which eventually leads to neuronal output of action potentials at the axon. The influence of diverse spatial and temporal parameters of specific synaptic input on neuronal output is currently under investigation, e.g. the distance-dependent attenuation of dendritic inputs, the location-dependent interaction of spatially segregated inputs, the influence of GABAergig inhibition on excitatory integration, linear and non-linear integration modes, and many more.
With fast micro-iontophoresis of glutamate and GABA it is possible to precisely investigate the spatial and temporal integration of glutamatergic excitation and GABAergic inhibition. Critical technical requirements are either a triggered fluorescent lamp, light-emitting diode (LED), or a two-photon scanning microscope to visualize dendritic branches without introducing significant photo-damage of the tissue. Furthermore, it is very important to have a micro-iontophoresis amplifier that allows for fast capacitance compensation of high resistance pipettes. Another crucial point is that no transmitter is involuntarily released by the pipette during the experiment.
Once established, this technique will give reliable and reproducible signals with a high neurotransmitter and location specificity. Compared to glutamate and GABA uncaging, fast iontophoresis allows using both transmitters at the same time but at very distant locations without limitation to the field of view. There are also advantages compared to focal electrical stimulation of axons: with micro-iontophoresis the location of the input site is definitely known and it is sure that only the neurotransmitter of interest is released. However it has to be considered that with micro-iontophoresis only the postsynapse is activated and presynaptic aspects of neurotransmitter release are not resolved. In this article we demonstrate how to set up micro-iontophoresis in brain slice experiments.

In this article we introduce fast micro-iontophoresis of neurotransmitters as a technique to investigate integration of postsynaptic signals with high spatial and temporal precision.

グルタミン酸とGABAの高速マイクロイオン導入：シナプス統合を調査するために便利なツール

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

Stab Wound Injury of the Zebrafish Adult Telencephalon: A Method to Investigate Vertebrate Brain Neurogenesis and Regeneration

Adult zebrafish have an amazing capacity to regenerate their central nervous system after injury. To investigate the cellular response and the molecular mechanisms involved in zebrafish adult central nervous system (CNS) regeneration and repair, we developed a zebrafish model of adult telencephalic injury.
In this approach, we manually generate an injury by pushing an insulin syringe needle into the zebrafish adult telencephalon. At different post injury days, fish are sacrificed, their brains are dissected out and stained by immunohistochemistry and/or in situ hybridization (ISH) with appropriate markers to observe cell proliferation, gliogenesis, and neurogenesis. The contralateral unlesioned hemisphere serves as an internal control. This method combined for example with RNA deep sequencing can help to screen for new genes with a role in zebrafish adult telencephalon neurogenesis, regeneration, and repair.

To shed light on the cellular and molecular mechanisms of zebrafish adult neurogenesis and regeneration, we developed a protocol for invasive surgery causing mechanical injuries in the zebrafish adult telencephalon and subsequent monitoring of changes in the stabbed hemisphere by immunohistochemistry or in situ hybridization.

ゼブラフィッシュ成体終脳の刺し傷傷害：脊椎動物の脳神経発生·再生を調査する方法

Adult zebrafish have an amazing capacity to regenerate their central nervous system after injury. To investigate the cellular response and the molecular ...

Protocol for Three-dimensional Confocal Morphometric Analysis of Astrocytes

As glial cells in the brain, astrocytes have diverse functional roles in the central nervous system. In the presence of harmful stimuli, astrocytes modify their functional and structural properties, a condition called reactive astrogliosis. Here, a protocol for assessment of the morphological properties of astrocytes is presented. This protocol includes quantification of 12 different parameters i.e. the surface area and volume of the tissue covered by an astrocyte (astrocyte territory), the entire astrocyte including branches, cell body, and nucleus, as well as total length and number of branches, the intensity of fluorescence immunoreactivity of antibodies used for astrocyte detection, and astrocyte density (number/1,000 &#181;m2). For this purpose three-dimensional (3D) confocal microscopic images were created, and 3D image analysis software such as Volocity 6.3 was used for measurements. Rat brain tissue exposed to amyloid beta1-40 (A&#946;1-40) with or without a therapeutic&#160;intervention was used to present the method. This protocol can also be used for 3D morphometric analysis of other cells from either in vivo or in vitro conditions.

Astrocytes in the CNS change their functional and structural properties in response to harmful stimuli. This report presents a protocol for assessment of three-dimensional astrocyte morphology in diseased conditions or after therapeutic interventions.

アストロサイトの三次元共焦点形態学的分析のためのプロトコル

As glial cells in the brain, astrocytes have diverse functional roles in the central nervous system. In the presence of harmful stimuli, astrocytes modify ...

Foraging Path-length Protocol for Drosophila melanogaster Larvae

The Drosophila melanogaster larval path-length phenotype is an established measure used to study the genetic and environmental contributions to behavioral variation. The larval path-length assay was developed to measure individual differences in foraging behavior that were later linked to the foraging gene. Larval path-length is an easily scored trait that facilitates the collection of large sample sizes, at minimal cost, for genetic screens. Here we provide a detailed description of the current protocol for the larval path-length assay first used by Sokolowski. The protocol details how to reproducibly handle test animals, perform the behavioral assay and analyze the data. An example of how the assay can be used to measure behavioral plasticity in response to environmental change, by manipulating feeding environment prior to performing the assay, is also provided. Finally, appropriate test design as well as environmental factors that can modify larval path-length such as food quality, developmental age and day effects are discussed.

Foraging Path-length Protocol for Drosophila melanogaster Larvae

We provide a detailed protocol for a Drosophila melanogaster foraging path-length assay. We discuss the preparation and handling of test animals, how to perform the assay and analyze the data.

パスの長さのプロトコルを採餌<em&gt;キイロショウジョウバエ</em&gt;幼虫

The Drosophila melanogaster larval path-length phenotype is an established measure used to study the genetic and environmental contributions to behavioral ...

A Novel Behavioral Assay to Investigate Gustatory Responses of Individual, Freely-moving Bumble Bees (Bombus terrestris)

Generalist pollinators like the buff-tailed bumble bee, Bombus terrestris, encounter both nutrients and toxins in the floral nectar they collect from flowering plants. Only a few studies have described the gustatory responses of bees toward toxins in food, and these experiments have mainly used the proboscis extension response on restrained honey bees. Here, a new behavioral assay is presented for measuring the feeding responses of freely-moving, individual worker bumble bees to nutrients and toxins. This assay measures the amount of solution ingested by each bumble bee and identifies how tastants in food influence the microstructure of the feeding behavior.
The solutions are presented in a microcapillary tube to individual bumble bees that have been previously starved for 2-4 hr. The behavior is captured on digital video. The fine structure of the feeding behavior is analyzed by continuously scoring the position of the proboscis (mouthparts) from video recordings using event logging software. The position of the proboscis is defined by three different behavioral categories: (1) proboscis is extended and in contact with the solution, (2) proboscis is extended but not in contact with the solution and (3) proboscis is stowed under the head. Furthermore the speed of the proboscis retracting away from the solution is also estimated.
In the present assay the volume of solution consumed, the number of feeding bouts, the duration of the feeding bouts and the speed of the proboscis retraction after the first contact is used to evaluate the phagostimulatory or the deterrent activity of the compounds tested.
This new taste assay will allow researchers to measure how compounds found in nectar influence the feeding behavior of bees and will also be useful to pollination biologists, toxicologists and neuroethologists studying the bumble bee&#39;s taste system.

A Novel Behavioral Assay to Investigate Gustatory Responses of Individual, Freely-moving Bumble Bees Bombus terrestris

A novel behavioral assay is described for investigating the short term gustatory responses of the mouthparts of freely-moving bumble bees (Bombus terrestris) toward nutrients and toxins in solution.

小説行動アッセイ個人の味覚応答を調査するために、自由に移動バンブル蜂（<em&gt;セイヨウオオマルハナバチ</em&gt;）

Generalist pollinators like the buff-tailed bumble bee, Bombus terrestris, encounter both nutrients and toxins in the floral nectar they collect from ...

A Novel Method to Model Chronic Traumatic Encephalopathy in Drosophila

Chronic Traumatic Encephalopathy (CTE) is an established neurodegenerative disease that is closely associated with exposure to repetitive mild Traumatic Brain Injury (mTBI). The mechanisms responsible for its complex pathological changes remain largely elusive, despite a recent consensus to define the neuropathological criteria. Here, we describe a novel method to develop a model of CTE in Drosophila melanogaster&#160;(Drosophila&#160;)&#160;in an attempt to identify the key genes and pathways that lead to the characteristic hyperphosphorylated tau accumulation and neuronal death in the brain. Adjustable-strength impacts to inflict mild closed injury are delivered directly to the fly head, subjecting the head to rapid acceleration and deceleration. Our method eliminates the potential problems inherent with other Drosophila mTBI models (e.g.,animal death might be induced by damage to other parts of the body or to internal organs). The less labor- and cost-intensive animal care, short life span, and extensive genetic tools make the fruit fly ideal to study CTE pathogenesis and make it possible to perform large-scale, genome-wide forward genetic and pharmacological screens. We anticipate that the ongoing characterization of the model will generate important mechanistic insights on disease prevention and therapeutic approaches.

A Novel Method to Model Chronic Traumatic Encephalopathy in Drosophila

Here, we describe a new approach to inflict closed-head traumatic brain injury in Drosophila melanogaster. Our method has the advantage of directly delivering repetitive impacts with adjustable strength to the head alone. Further exploration of the invertebrate system will help to illuminate the pathogenesis of chronic traumatic encephalopathy.

慢性外傷性脳症モデルの新しい方法<em&gt;ショウジョウバエ</em

Chronic Traumatic Encephalopathy (CTE) is an established neurodegenerative disease that is closely associated with exposure to repetitive mild Traumatic ...

Assay Development for High Content Quantification of Sod1 Mutant Protein Aggregate Formation in Living Cells

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that can be caused by inherited mutations in the gene encoding copper-zinc superoxide dismutase 1 (SOD1). The structural instability of SOD1 and the detection of SOD1-positive inclusions in familial-ALS patients supports a potential causal role for misfolded and/or aggregated SOD1 in ALS pathology. In this study, we describe the development of a cell-based assay designed to quantify the dynamics of SOD1 aggregation in living cells by high content screening approaches. Using lentiviral vectors, we generated stable cell lines expressing wild-type and mutant A4V SOD1 tagged with yellow fluorescent protein and found that both proteins were expressed in the cytosol without any sign of aggregation. Interestingly, only SOD1 A4V stably expressed in HEK-293, but not in U2OS or SH-SY5Y cell lines, formed aggregates upon proteasome inhibitor treatment. We show that it is possible to quantify aggregation based on dose-response analysis of various proteasome inhibitors, and to track aggregate-formation kinetics by time-lapse microscopy. Our approach introduces the possibility of quantifying the effect of ALS mutations on the role of SOD1 in aggregate formation as well as screening for small molecules that prevent SOD1 A4V aggregation.

We describe a method to quantify the aggregation of misfolded proteins. Our protocol details lentiviral induced stable cell line generation, automated confocal imaging, and image analysis of protein aggregates. As an illustrative application, we studied the effect of small molecules in promoting SOD1 aggregation in a time- and dose-dependent manner.

Sod1 突然変異体蛋白質集計における細胞の高いコンテンツ定量化のための分析法の開発

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease that can be caused by inherited mutations in the gene encoding copper-zinc ...

MPI Cyber​​Motionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装

MPI CyberMotionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装