著者らは、この研究に参加することによって使用されるソケットの製造氏ハンスオッペルとオットーボックヘルスケア製品GmbHの彼の補綴技術者に感謝したいです。この研究は、財政的にERCアドバンスト・グラントDEMOVE（番号267888）、研究・技術開発のためのオーストリアの協議会、及び科学のオーストリア連邦省、研究経済を経由して欧州研究評議会（ERC）によってサポートされていました。

ローカル研究倫理委員会によって承認されたこの研究は、ヘルシンキ宣言に従って行われました。研究は、参加者に自主的に研究に参加する決定を計量​​し、情報に基づいた、書面による同意によって彼の参加を確認する時間をできるように、開始前に参加者に完全な詳細に説明しました。 注：27歳の一人の男は、研究に参加しました。参加者が正常なビジョンを持っていた、左下記肘切断者で、経験のあるユーザー（4年総プロテーゼ使用）でした。この研究に彼が日常的に使用されるプロテーゼを開始する前には、15ヶ月一日あたり12〜15時間、手首の回転に4チャンネル筋電義手でした。参加者の右手には、以前に外科的に再構築されたが、他の物理的または神経学的障害を持っていたされていませんでした。 1.研究デザイン<ol><li> 2セッションで研究を分割：NA39;使用しまして、構造化されたトレーニング、以下を使用します。 注意：これは、前とそれぞれのトレーニング後の被検体内の比較を可能にすることです。 </li><li>互いに独立したものとして扱われるように、これらの2つのセッションが、少なくとも3ヶ月離れていることを確認してください。 </li><li>両方のセッションの開始時に、参加者にカスタマイズされたソケットとプロテーゼをフィット。補綴ハードウェアと制御アルゴリズムは、このプロトコルの材料セクションで詳述したものと一致していることを確認してください。参加者はセッションの間に介在する時間にカスタマイズされた補綴物を使用することができないことを確認してください。 </li><li>ナイーブセッションで説明する手順と、このプロトコルの構造化トレーニングセッションのセクションに従って患者を訓練。これらの各セッションの開始時に、補綴ハードウェアキャリブレーションを行います。リアルタイム補綴制御のために収集したキャリブレーションデータを使用してください。 </li><li>ナイーブセッションと構造化されたトレーニングセッションが完了したら、PAを評価しますサウサンプトンハンド評価手順（SHAP）アウトカム指標を使用してrticipantのパフォーマンス。23は、（いずれかのトレーニングセッションの前に取得した）参加者の標準的なプロテーゼを用いて、ベースラインの測定にSHAPスコアを比較してください。 </li></ol> 2.材料<ol><li>特注のソケットに参加者を合わせます。製造元の指示に従って市販のプロテーゼを取り付けます。作動手首の屈曲、伸長および回転を可能プロトタイプのコンポーネントで義手を装備。これは自由の3.5度（自由度）（ 表1）と手を制御するために、参加を可能にします。 注：この実験ではミケランジェロの手（参照物質一覧）を使用しました。一緒に標準のグリップ機能を備えた、手首の回転、屈曲と伸展することができる他の端末装置も適切であろう。 </li><li>切り株の周りに8等間隔に配置された生の信号電極を使用して記録したEMG信号、10ビットの深さ1,000ヘルツ及びデジタル化のサンプリングレートで、オンボードの復号化システム。ベンダーの仕様に従って、電極自身の中に初期のフィルタリングと増幅を行います。集録ハードウェアと通信し、無線接続を介して人工関節を制御するメイン処理を、実施するパーソナルコンピュータ（PC）を使用します。 注：この研究では、表面筋電図電極および使用するオンボードのデコードシステム（AxonBus）はオットーボックからでした。同様のデバイスの他のメーカーも適切であろう。無線接続は、ブルートゥースを介した、同様に他のモダリティを適用することができます。 </li></ol> 3.制御アルゴリズム<ol><li>複数の自由度を越え同時比例補綴制御を提供し、制御アルゴリズムを使用してください。本研究で用いた21のアルゴリズムは、パラダイムを作る二段階の決定だったので、そのコンテキスト依存の動き推定が可能でした。 </li><li>すべての制御可能な単一自由度の動きを含むシステムの訓練、時には、入ってくる電（EMG）を記録。 </li><li>第一段階では、学習データから新たに算出されたEMGの特徴ベクトルのマハラノビス距離に基づいて、意図された運動の固有の次元情報を評価します。ユーザの意図がうまく1自由度または粗い同時2自由度の運動を行うことであったかどうかの決定を行います。 注：このクラスを持つクラスに特徴ベクトルxのマハラノビス距離私は次のように計算され 、ベクトルμiと共分散行列 Σ を意味します ： <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/52968/52968eq1.jpg" /> Amsuess らに記載されるように、新たに算出された特徴ベクトルは、高次元空間と訓練されたクラスのポイントのいずれかに変換された点のマハラノビス距離にマッピングされる新規性の尺度とした。21経験的その距離に決定された閾値は、（1-DOF）（2自由度）新規性のための意思決定を提供しますか。 </li><li> 1シーケンシャル運動（SEQ-E）、および他の処理を同時に動作（SIM-E）を扱う - - 第二段階では、前の決定に基づいて、二つの平行な推定のいずれかを使用するプロテーゼのための制御信号を提供します。 注意：配列-Eは本質的に比例推定量である（ すなわち、筋肉の収縮の強さ）共通の空間パターン（CSP）21に基づいて、SIM-Eが同時に手首の2自由度を操縦する線形回帰は、あるとき。 </li></ol> 4.ソフトウェアフレームワーク注：この研究で使用したソフトウェアフレームワークは、補綴のハードウェアと組み込み制御アルゴリズムとの間の通信を取り扱うことができました。また、参加者のトレーニングを最大化するために必要な視覚的に支持するトレーニングツールを提供しました。 <ol><li>ルートを表示Eの二乗平均（rms）MG信号は、電極位置の関数としてのEMG振幅の極プロットの形で8等間隔に配置された電極から収集。この視覚的なフィードバックは、前腕の横断面における筋電図の空間分布の監視を簡単に行うことができます。このような設定を使用して、ユーザの動作のそれぞれは、それによって、次に保存し、特定のジェスチャの再現性のために訓練するために使用することができる極座標に異なるパターン22を引き出すことができます。 注：フレームワークは、標準的なパターン認識方法でEMGデータの収集を可能とEMGチャネルの各40ミリ秒を超えるRMS 23は次のように計算されます。 <img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/52968/52968eq2.jpg" /> すべてのアンサンブルウィンドウの観測で得られました。 </li><li>初期校正のために意図された各運動のための最大の長期随意収縮（MLVC）値を収集。実行するためにデモの手を使って、参加者にプロンプ​​トを表示5秒間ボーカルと視覚的な指示を与えながら、所望の運動。 </li><li>キャリブレーション後、台形手がかりのセットで参加者を提示します。これらの力プロファイルは、30％、60％、およびキャリブレーション最大の90％でプラトーのセットが含まれています。 </li><li>各試行の中では、プロンプトが表示された動き（ 図1）の力レベルを調節することにより、キューに沿って赤いポインタを操縦するために、参加者に指示します。ポインタの垂直位置は、8つのすべてのチャンネル間で加算されたRMS値に対応しています。真ん中の3秒に対応するプラトー間隔で5秒にトライアルの期間を設定します。 </li></ol> 5.ナイーブセッション注：ナイーブトレーニングセッション中、参加者は、本研究で用いた補綴制御方式のない経験を有していませんでした。 <ol><li> 、参加者に正式な臨床研修を与えるが、一方だけが静止状態となっている残留肢の8アクションを指示していませんコンピュータ画面上のビジュアルターゲットを制御できるようになります。これらのタスクは、補綴コントロール23に近づき、それらの方法のために、本 ​​研究の参加者は、以前の経験の約60時間を持っていた古典的なパターン認識で使用されるものと同様です。 </li><li>視覚的合図（ 図1）は、次ながらテキストと静止画の面で、画面上の必要な動きを表示します。 </li><li>参加者に8の特定とユニークな極プロット（ 図2）に対応して彼のEMGの活性化パターンを、表示します。 </li><li>視覚的な合図に従うことを、参加者を奨励するために可聴指示に従ってください。構造化されたトレーニングセッションで使用される場合、これらの可聴の命令は同一でなければなりません。 </li><li>システムのトレーニングを強化するために（全体の到達、正面に達し、リラックスした）別の腕の位置で作業を3回繰り返します。 、一度すべてのアーム位置が覆われて、8つの異なるアクションと3力のレベルがあることに注意してくださいシステムのトレーニング入力は、72個々のサンプルの合計にまとめています。 </li><li>完了したら、参加者にSHAPのアウトカム評価を完了する前にリアルタイム制御を練習する機会を可能にします。 </li><li>参加者はナイーブセッションの終わりを超えてカスタマイズされた補綴物と制御アルゴリズムへのアクセス権を持っていないことを確認してください。 </li></ol> 6.構造化トレーニングセッション<ol><li>ナイーブセッション3ヶ月後には、構造化されたトレーニングセッションを行います。 </li><li>次の順序のステップ（ 図3）でセッションを構造： <ol><li>偽物の場合は、参加者に指示するために直接必要な8の動作を模倣リアルタイムでデモンストレータによって実行（ 表1）。 3秒間の各アクションを実行します。 </li><li>繰り返しは、10回を模倣しているので、各アクションが30秒間行われたアク​​ションを繰り返すように、参加者に依頼してください。 </li><li>強化＆コンピュータSYSのTEMトレーニング、今ナイーブセッションとまったく同じ設定であるコンピュータの視覚的なフィードバック、と係合するように、参加者に依頼してください。これら二つのセクションの間に差がないことを確認してください。 </li><li>補綴制御のために、結果の評価を完了する前に、カスタマイズされた人工器官のリアルタイム制御を練習する参加者に依頼してください。 </li></ol></li><li>模造の間に、デモンストレータから45°の角度で参加者を収容し、すべてのアクション（ 図4）の間に参加者の影響を受けた側のマッチングデモンストレータの手の完全かつ遮るもののない景色を提供しています。コンピュータ画面からの視覚的な手がかりは、この時点で参加者に利用可能であってはなりません。 </li><li>繰り返しのために、参加者の行動の間に、各運動の極プロット（ 図4）で表されるようにデモンストレーターは、対応するEMG活動を観察しています。デモンストレータはparticipanと判断したらtは任意の視覚的な手がかりなしで30秒のアクションを繰り返して、参加者に依頼し、それぞれの運動のためにユニークかつ再現EMGの活性化パターンを生成することができます。 注：あり8ユニークなアクションの合計です - 筋肉の活性化を必要とするそれらの7（手首回内/回外、手首の屈曲/伸展、手、オープン、キーグリップと細かいピンチ）は、第8のは、安定したリラックスした状態を表して何も実行されません。 </li><li>補強＆コンピュータシステム訓練の後、コンピュータ画面上の8つのユニークな、特定の極プロットに対応ナイーブセッション、（ 図3）に見られたとおりに、彼の8アクションの視覚的なフィードバックを参加者に提示します。パフォーマンスを調整するには、それぞれの動きのための2-4の試みの間、通常、学習を強化するために記録されたモーション・オーバーレイでリアルタイム極プロットを見ながらアクションを実行するために、参加者に依頼してください。参加者はその後、PERFたまったく同じタスクを完了することができたら、自信を持って<html>ナイーブセッションでormed。 </li></ol> 7.補綴コントロール<ol><li>較正とリアルタイム制御のためのプロテーゼを調整するために各セッションからのトレーニングデータセットを使用します。 </li><li>当初、唯一の参加者は、順次、比例制御、筋肉の収縮のレベルに比例したデバイスの速度を持つ時には、すなわち、1の動き、によって補綴物を制御することができます。 </li><li> 8の各アクションが反復し、信頼性の高い方法で実行されると、一度に手首の複数の動きを可能に比例し、同時制御する制御方式を切り替えます。 </li><li>参加者は、このようなボトルを拾って、その側で、それを敷設などの単純なタスクを、（2試みは十分です）練習があります。アウトカム評価が実行される前に、残りの期間を許可します。この研究では、ナイーブセッションの残りの2時間、および構造化されたセッションの残りの24時間の場合。 </li></ol>itle &quot;&gt; 8。成果の測定<ol><li>手と密接に日常生活の活動に関連した上肢機能（ADLS）を監視SHAPを使用して、ナイーブおよびストラクチャードトレーニングセッションの両方でグローバル上肢機能を評価します。 SHAPで実行されるタスクは、操作光や重い物、ならびにそのようなナイフや元に戻すボタンでオブジェクトをカットとしてADLのタスクが含まれています。 SHAPは、病理学的および義手機能の評価のために確認されています。24 注：この研究では、参加者が日常的に彼の臨床チームにより、このアウトカム指標をフォローしていたように、この測定は、選択されまし​​た。 </li></ol>

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E., Panayiotou, A., Crewther, D., Puce, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Common+and+distinct+brain+activation+to+viewing+dynamic+sequences+of+face+and+hand+movements.">Common and distinct brain activation to viewing dynamic sequences of face and hand movements.</a> NeuroImage. 37 (3), 966-973 (2007).</li><li>Binkofski, F., 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+fronto-parietal+circuit+for+object+manipulation+in+man:+Evidence+from+an+fMRI-study.">A fronto-parietal circuit for object manipulation in man: Evidence from an fMRI-study.</a> European Journal of Neuroscience. 11 (9), 3276-3286 (1999).</li><li>Iacoboni, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+Mechanisms+of+Human+Imitation.">Cortical Mechanisms of Human Imitation.</a> Science. 286 (5449), 2526-2528 (1999).</li></ol>

著者は全く競合する金融利益を宣言しません。

我々の調査結果は、構造化されたトレーニングは1つのセッション中に多機能義手の制御を改善に役立っていることを、この研究に参加するために示唆しています。ここで使用される構造化プログラムは、参加者が自分の伝統的な義手を完了することができませんでした手の動きの模倣、繰り返し補強の組み合わせでした。 参加者がSHAPテストで彼の伝統的な補綴物で高い...

切断者に手の機能を置き換えることは難しい努力です。高度に熟練した手の動きをコーディネートする生来の能力ではなく、開発するために学習の人間の何年もかかる。1-5手の外傷性の損失の後、補綴手段でこの機能を複製することは簡単な作業ではなく、持続的な学習の時間を必要とするかもしれません。 補綴設計とその制御のためのインターフェースの方法は、自然な方法で多機能コントロールを目標に、急速な技術革新の対象となっている。これらの制御システムの複雑さは、切断者のためのより多くの機能を提供するために、実質的に増加させる6。これらのシステムの正確な制御を確実にするために、新技術の放棄を低減するために、適切な訓練を確立する必要があります。これは、切断者「固有の学習戦略に基づいている場合は、より成功する可能性があります。 ビジョンは、ル時に重要な役割を再生することができます手の動きのarning。行動研究は他人7の行動を観察するか、視覚的な手がかり8を使用することにより、健常個人が新たな動きを学び、調整することを示しています。観測された行動の観察、理解と実行のプロセスを経て、個人が他人の行動を模倣することができます。ミラーニューロンシステム（MNS）を含むことができる具体的な皮質ネットワークは、この機能の基礎と考えられている、と義肢を制御する役割を有することができる。9-11 偽物の役割は、単に既に見られているアクションを実行することに限定されるものではなく、一緒にMNSで、まだ観測されたが、観察者の運動repetoireから推定されていない動きの実行を許可されない場合があります。12実際、模倣は必ずしもないかもしれません経験豊富で洗練されたアクションにつながる生得的能力が、時間をかけて運動能力のaccruementになる。13世紀は、単にそれらを想像上で、行動を観察するrengthは、新しいタスクを学習改善することが示されている。14はこのように、模倣がトレーニング切断者への実際的なアプローチであってもよいし、証拠がリハビリの設定でターゲットに、ゴール向かうプロセス15それを示唆するように有用義手の機能を有効にします。 リハビリテーション研究は別に、このような義手の仮想シミュレーションなどの視覚的な手がかりは、リハビリ訓練中に切断者を奨励することを示した。また16、ブロックされたパラダイムで行われ、繰り返しの使用が上肢の補綴の急速な学習を可能にすることが示されていますコントロール。17の仮想シミュレーションは筋電デバイスを制御するために、セーブルボディユーザーを有効に補綴の手の実際の制御と同等に有効であることが証明されているが、標準化されたアウトカム指標を用いて、切断者の18それらの効果は明らかではありません。最後に、ここで、上肢ampuのためのプロトコルテーションのトレーニングは、補綴制御の学習における模倣の役割を明示的に議論されていない、存在します。19,20 模倣の使用は、反復と強化との組み合わせで、構造化されたトレーニングプログラムの一環として、多機能補綴制御の学習にプラスの影響を持っている場合は、この研究では、理解することを目指しています。 本明細書に提示は多機能義手を使用するように訓練された橈骨動脈切断患者の症例報告です。参加者は、これまでの伝統的な筋電義肢を操作に慣れていました。健康デモの模倣と簡単なコンピュータ視覚的なフィードバックの形態の両方で、視覚的な手がかりを使用して、切断者はすぐに彼の新しいデバイスの取り扱いを改善しました。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Michelangelo Hand</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>8E500=L-M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxonRotation</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>9S503</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wrist Flexor</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AxonMaster</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>13E500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>13E200=50AC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ScissorFenceElectrodeCarrier</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acquisition Software</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon shaft</td>
			<td>Otto Bock Healthcare Products GmbH, A</td>
			<td>&#160;--</td>
			<td>prototype unit</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a structured rehabilitation protocol for improved multifunctional prosthetic control: a case study

ロボットシステムの進歩により、多機能な動きを生成することができ上肢用補綴物をもたらしています。しかし、これらの洗練されたシステムは、複雑な制御方式を学ぶために上肢切断者を必要とします。人間は模倣と他の学習戦略を通じて新たな動きを学習する能力を持っています。このプロトコルは、模倣、繰り返し、および強化学習を含み、この方法は、多機能補綴コントロール性を向上させることができるかどうかを評価することを目的と構造化されたリハビリ方法について説明します。補綴使用の経験4年で、肘切断者の下、左、このケーススタディに参加しました。使用プロテーゼは、手首の回転にミケランジェロの手で、手の動きの複数の組み合わせを許可された手首の屈曲と伸展の追加機能します、。参加者のサウサンプトンハンド評価手順のスコアは、構造化されたトレーニング、次の58から71に改善しました。このことはimitの構造化されたトレーニングプロトコルエーション、反復と強化は新しい義手を制御するために学ぶことに役割を有することができます。大きな臨床研究は、しかし、これらの知見をサポートする必要があります。

8ヶ月、試験前に臨床スタッフにより測定したとき、彼の毎日の補綴物との参加者のベースラインSHAP性能は81でした。 100のSHAPのスコアが健常手の機能を表します。24参加者は、より高度な人工器官の制御システムとナイーブセッション中に58の全体的なSHAPスコアを獲得しています。しかし、3ヶ月後、新しいシステムとなし、さらに相互作用して、脇に構造化されたトレーニングから?...

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

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

改良された多機能人工制御のための構造化リハビリテーションプロトコル：ケーススタディ

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

a-structured-rehabilitation-protocol-for-improved-multifunctional

Research

JoVE Journal

Behavior

9.3K ビュー.  Christian Doppler Laboratory for Restoration of Extremity Function. As prosthetic development moves towards the goal of natural control, harnessing amputees’ inherent ability to learn new motor skills may enable proficiency. This manuscript describes a structured rehabilitation protocol, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning strategies, for improved multifunctional prosthetic control.

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

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. Higher cognitive functions that require precise control over sensorimotor responses such as decision-making and attentional modulation, however, are typically assessed in nonhuman primates. Despite the richness of primate behavior that allows multiple variants of these functions to be studied, the rodent model remains an attractive, cost-effective alternative to primate models. Furthermore, the ability to fully automate operant conditioning in rodents adds unique advantages over the labor intensive training of nonhuman primates while studying a broad range of these complex functions.
Here, we introduce a protocol for operantly conditioning rats on performing working memory tasks. During critical epochs of the task, the protocol ensures that the animal's overt movement is minimized by requiring the animal to 'fixate' until a Go cue is delivered, akin to nonhuman primate experimental design. A simple two alternative forced choice task is implemented to demonstrate the performance. We discuss the application of this paradigm to other tasks.

A fully automated protocol for rodent operant conditioning is proposed. The protocol relies on precise temporal control of behavioral events to investigate the extent to which this control influences neural activity underlying sensorimotor integration and cognitive control experiments.

感覚統合と認知制御実験のための完全に自動化されたげっ歯類エアコンプロトコル

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

行動学

The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, modifications to the standard task, can be used to systematically tax the neural systems controlling either attention or impulse control. Importantly, these challenges have consistent effects on behavior across laboratories in intact animals and can reveal either enhancements or deficits in cognitive function that are not apparent when rats are only tested on the standard task. The variety of behavioral measures that are collected can be used to determine if other factors (i.e., sedation, motivation deficits, locomotor impairments) are contributing to changes in performance. The versatility of the 5CSRTT is further enhanced because it is amenable to combination with pharmacological, molecular, and genetic techniques.

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, which are modifications of the standard task, increase flexibility of the task and can be combined with other manipulations to more fully characterize behavior.

5  - 選択肢シリアル反応時間タスク：げっ歯類のための注意のタスクや衝動調節

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. ...

A Protocol for Housing Mice in an Enriched Environment

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent studies demonstrate that environmental enrichment decreases adiposity, increases energy expenditure, resists diet induced obesity, and causes cancer remission and inhibition in mice. EE typically consists of larger living space, a variety of &#8216;toys&#8217; to interact with, running wheels, and can include a number of other novel environmental changes. All of this fosters a more complex social engagement, cognitive and physical stimulations. Importantly, the toy location and type of toy is changed regularly, which encourages the mice to adapt to a frequently changing and novel environment. Many variables can be manipulated in EE to promote health effects in mice. Thus these approaches are difficult to control and must be properly managed to successfully replicate the associated phenotypes. Therefore, the goal of this video is to demonstrate how EE is properly set up and maintained to assure a complex, challenging, and controlled environment so that other researchers can easily reproduce the protective effects of EE against obesity and cancer.

Environmental enrichment for mice requires a complex and challenging setup, as well as comprehensive husbandry and handling techniques to assure robust metabolic and anti-cancer effects in the mice. This protocol provides detailed procedures to reproduce the above mentioned effects in mice.

豊かな環境の住宅マウス用のプロトコル

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular function include transcranial magnetic stimulation, electromyography, and three-dimensional motion capture. The advent of readily available and cost-effective virtual reality solutions has expanded the capabilities of researchers in recreating &#8220;real-world&#8221; environments and movements in a laboratory setting. Naturalistic movement analysis will not only garner a greater understanding of motor control in healthy individuals, but also permit the design of experiments and rehabilitation strategies that target specific motor impairments (e.g. stroke). The combined use of these tools will lead to increasingly deeper understanding of neural mechanisms of motor control. A key requirement when combining these data acquisition systems is fine temporal correspondence between the various data streams. This protocol describes a multifunctional system&#8217;s overall connectivity, intersystem signaling, and the temporal synchronization of recorded data. Synchronization of the component systems is primarily accomplished through the use of a customizable circuit, readily made with off the shelf components and minimal electronics assembly skills.

Transcranial magnetic stimulation, electromyography, and 3D motion capture are commonly used non-invasive techniques for investigating neuromuscular function in humans. In this paper, we describe a protocol that synchronously samples data generated by all three of these tools along with the unique addition of virtual reality stimulus presentation and feedback.

経頭蓋磁気刺激、電、モーションキャプチャ、およびバーチャルリアリティを用いたヒトモータ制御研究のための多機能のセットアップ

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

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.

ターゲット応答の作業中に事象関連電位片側脳性麻痺児の上肢利用の認知プロセスを研究するために

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

Protocol for Data Collection and Analysis Applied to Automated Facial Expression Analysis Technology and Temporal Analysis for Sensory Evaluation

We demonstrate a method for capturing emotional response to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial expression analysis (AFEA) software. Additionally, we demonstrate a method for extracting relevant emotional data output and plotting the emotional response of a population over a specified time frame. By time pairing each participant's treatment response to a control stimulus (baseline), the overall emotional response over time and across multiple participants can be quantified. AFEA is a prospective analytical tool for assessing unbiased response to food and beverages. At present, most research has mainly focused on beverages. Methodologies and analyses have not yet been standardized for the application of AFEA to beverages and foods; however, a consistent standard methodology is needed. Optimizing video capture procedures and resulting video quality aids in a successful collection of emotional response to foods. Furthermore, the methodology of data analysis is novel for extracting the pertinent data relevant to the emotional response. The combinations of video capture optimization and data analysis will aid in standardizing the protocol for automated facial expression analysis and interpretation of emotional response data.

A protocol for capturing and statistically analyzing emotional response of a population to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial expression analysis software is described.

官能評価のための自動化された表情解析技術と時間的分析へのデータの収集と分析応用のためのプロトコル

We demonstrate a method for capturing emotional response to beverages and liquefied foods in a sensory evaluation laboratory using automated facial ...

Tickling, a Technique for Inducing Positive Affect When Handling Rats

Handling small animals such as rats can lead to several adverse effects. These include the fear of humans, resistance to handling, increased injury risk for both the animals and the hands of their handlers, decreased animal welfare, and less valid research data. To minimize negative effects on experimental results and human-animal relationships, research animals are often habituated to being handled. However, the methods of habituation are highly variable and often of limited effectiveness. More potently, it is possible for humans to mimic aspects of the animals&#39; playful rough-and-tumble behavior during handling. When applied to laboratory rats in a systematic manner, this playful handling, referred to as tickling, consistently gives rise to positive behavioral responses. This article provides a detailed description of a standardized rat tickling technique. This method can contribute to future investigations into positive affective states in animals, make it easier to handle rats for common husbandry activities such as cage changing or medical/research procedures such as injection, and be implemented as a source of social enrichment. It is concluded that this method can be used to efficiently and practicably reduce rats&#39; fearfulness of humans and improve their welfare, as well as reliably model positive affective states.

This article demonstrates the standardized application of playful handling, a tickling technique designed to mimic rat rough-and-tumble play. This technique is effective at reducing fearful reactions to humans and generating positive affect when rats are handled for common husbandry activities and medical and research procedures such as injection.

くすぐり、ラットを処理するときに肯定的な影響を誘発するためのテクニック

Handling small animals such as rats can lead to several adverse effects. These include the fear of humans, resistance to handling, increased injury risk ...

A Novel Single Animal Motor Function Tracking System Using Simple, Readily Available Software

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor deficits. Motor impairments were manually quantified through an open field grid test to measure the gross motor function and through a ladder test to measure the fine motor function. Here, we discuss a technique for the automated quantification of the video-recorded tests using our custom Capadona Behavioral Video Analysis System: Grid and Ladder Test, or BVAS. Leveraging simple and readily available coding software (see the Table of Materials), this program allows for the tracking of a single animal on both the open field grid and the ladder tests. In open field grid tracking, the code thresholds the video for intensity, tracks the position of the rat over the 3 min duration of the grid test, and analyzes the path. It then computes and returns measurements for the total distance traveled, the maximum velocity achieved, the number of left- and right-handed turns, and the total number of grid lines crossed by the rat. In ladder tracking, the code again thresholds the video for intensity, tracks the movement of the rat across the ladder, and returns calculated measurements including the time it took the rat to cross the ladder, the number of paw slips occurring below the plane of the ladder rungs, and the incidence of failures due to stagnation or reversals. We envision that the BVAS developed here can be employed for the analysis of motor function in a variety of applications, including many injury or disease models.

The current study aimed to automate the quantification of motor deficits in rats. The initial evaluation model assesses motor loss resulting from an intracortical microelectrode implantation in the motor cortex. We report on the development and use of a tracking algorithm using easily adaptable, simple, and readily available coding software.

トラッキング システムは、単純なすぐに利用できるソフトウェアを使用して新規の単一の動物の運動機能

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor ...

A Wind Tunnel for Odor Mediated Insect Behavioural Assays

Olfaction is the most important sensory mechanism by which many insects interact with their environment and a wind tunnel is an excellent tool to study insect chemical ecology. Insects can locate point sources in a three-dimensional environment through the sensory interaction and sophisticated behavior. The quantification of this behavior is a key element in the development of new tools for pest control and decision support. A wind tunnel with a suitable flight section with laminar air flow, visual cues for in-flight feedback and a variety of options for the application of odors can be used to measure complex behaviour which subsequently may allow the identification of attractive or repellent odors, insect flight characteristics, visual-odor interactions and interactions between attractants and odors lingering as background odors in the environment. A wind tunnel holds the advantage of studying the odor mediated behavioural repertoire of an insect in a laboratory setting. Behavioural measures in a controlled setting provide the link between the insect physiology and field application. A wind tunnel must be a flexible tool and should easily support the changes to setup and hardware to fit different research questions. The major disadvantage to the wind tunnel setup described here, is the clean odor background which necessitates special attention when developing a synthetic volatile blend for field application.

Here, we describe the construction and use of a wind tunnel for odor mediated behavioural assays with insects. The wind tunnel design facilitates the release of odor sources by several methods, with and without visual stimuli. Wind tunnel experiments are important methods to identify behaviorally active volatile chemicals.

においの風洞媒介昆虫行動アッセイ

Olfaction is the most important sensory mechanism by which many insects interact with their environment and a wind tunnel is an excellent tool to study ...

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Over the last decade, employing computer animations for animal behavior research has increased due to its ability to non-invasively manipulate the appearance and behavior of visual stimuli, compared to manipulating live animals. Here, we present the FishSim Animation Toolchain, a software framework developed to provide researchers with an easy-to-use method for implementing 3D computer animations in behavioral experiments with fish. The toolchain offers templates to create virtual 3D stimuli of five different fish species. Stimuli are customizable in both appearance and size, based on photographs taken of live fish. Multiple stimuli can be animated by recording swimming paths in a virtual environment using a video game controller. To increase standardization of the simulated behavior, the prerecorded swimming path may be replayed with different stimuli. Multiple animations can later be organized into playlists and presented on monitors during experiments with live fish.
In a case study with sailfin mollies (Poecilia latipinna), we provide a protocol on how to conduct a mate-choice copying experiment with FishSim. We utilized this method to create and animate virtual males and virtual model females, and then presented these to live focal females in a binary choice experiment. Our results demonstrate that computer animation may be used to simulate virtual fish in a mate-choice copying experiment to investigate the role of female gravid spots as an indication of quality for a model female in mate-choice copying.
Applying this method is not limited to mate-choice copying experiments but can be used in various experimental designs. Still, its usability depends on the visual capabilities of the study species and first needs validation. Overall, computer animations offer a high degree of control and standardization in experiments and bear the potential to &#39;reduce&#39; and &#39;replace&#39; live stimulus animals as well as to &#39;refine&#39; experimental procedures.

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Using the novel FishSim Animation Toolchain, we present a protocol for non-invasive visual manipulation of public information in the context of mate-choice copying in sailfin mollies. FishSim Animation Toolchain provides an easy-to-use framework for the design, animation and presentation of computer-animated fish stimuli for behavioral experiments with live test fish.