MPI pós-doutorado bolsas para MB-C e TM; coreano NRF (R31-2008-000-10008-0) para HHB. Graças a Karl Beykirch, Michael Kerger &amp; Joachim Tesch de assistência técnica e discussão científica.

1. KUKA Roboter GmbH <ol><li> O simulador de CyberMotion MPI consiste de um robô de seis conjunta de série numa configuração 3-2-1 (Figura 1). Baseia-se o comercial KUKA Robocoaster (um modificado KR-500 robô industrial com uma carga de 500 kg). As modificações físicas e da estrutura de controlo de software necessários para ter uma configuração flexível e segura experimental foram anteriormente descritas, incluindo a velocidade do simulador de movimento e as limitações de aceleração, e os atrasos e função de transferência do sistema 9. Modificações a partir desta configuração anterior estão definidos abaixo. </li></ol><img alt="A Figura 1" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig1.jpg" /> Figura 1. Representação gráfica da CyberMotion MPI atual espaço de trabalho Simulator. <ol start="2"><li> Perfis de movimento complexos que combinam movimentos laterais com rotações são possíveis com o Simulador CyberMotion MPI. Eixos 1, 4 e 6 ca<html> n rodar continuamente. 4 pares de hardware final de pára limite eixo 2, 3 e 5 em ambas as direcções. O alcance máximo de movimentos lineares é fortemente dependente da posição a partir da qual o movimento começa. O hardware corrente final de pára do Simulador CyberMotion MPI são mostrados na Tabela 1. <table border="1"><tbody><tr><td> Eixo </td><td> Faixa de [graus] </td><td> Max. velocidade [graus / s] </td></tr><tr><td> Eixo 1 </td><td> Contínuo </td><td> 69 </td></tr><tr><td> Eixo 2 </td><td> -128 A -48 </td><td> 57 </td></tr><tr><td> Eixo 3 </td><td> -45 A 92 </td><td> 69 </td></tr><tr><td> Eixo 4 </td><td> Contínuo </td><td> 76 </td></tr><tr><td> Eixo 5 </td><td> -58 A +58 </td><td> 76 </td></tr><tr><td> Eixo 6 </td><td> Contínuo </td><td> 120 </td></tr></tbody></table></li></ol>NT &quot;&gt; Tabela 1. atuais especificações técnicas do Simulator CyberMotion MPI. <ol start="3"><li> Antes de qualquer experiência é realizada na Simulator CyberMotion MPI, cada trajetória de movimento experimental passa por uma fase de testes em um PC simulação KUKA (PC Office). O &quot;PC Office&quot; é um produto especial vendido por KUKA que simula o braço do robô real e inclui o sistema operacional idênticos e layout da tela de controle como o robô real. Uma visão geral esquemática do sistema de controlo do Simulador CyberMotion MPI para uma configuração de malha aberta é mostrado na Figura 2. </li></ol><img alt="A Figura 2" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig2.jpg" /> Figura 2. Visão esquemática do sistema de controle em malha aberta do Simulador CyberMotion MPI. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3436/3436fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ampliar a figura</a> . <ol start="4"><li> Os detalhes do s controlotrutura pode ser encontrada aqui 9. Em resumo, para uma configuração de malha aberta, tais como a utilizada na experiência de corrente, as trajectórias são pré-programado através da conversão de trajectórias de entrada em coordenadas cartesianas para ângulos espaciais conjuntos através cinemática inversa (Figura 2). </li><li> O sistema de controlo MPI lê nestes desejados incrementos angulares das articulações e envia-os para o sistema de controlo KUKA para executar movimentos de eixo por meio de correntes do motor. Resolvedor valores comuns são enviados para o sistema de controle KUKA que determina as atuais posições angulares conjuntas a uma taxa interna de 12ms, o que por sua vez, acionar o próximo incremento conjunta a ser lidas no arquivo, o sistema de controle MPI, bem como escrever o conjunto atual posições angulares para o disco. A comunicação entre o IPM e controle de sistemas de KUKA é por uma conexão Ethernet usando o protocolo KUKA-RSI. </li><li> Um assento de carro de corrida (RECARO Pole Position) equipado com um 5-ponto sistema de cinto de segurança (Schroth) é anexado a um chassis which inclui um apoio para os pés. O chassis é montado na flange do braço de robô (Figura 3a). As experiências são também possível pelos participantes de assento dentro de uma cabine fechada (Figura 3b). </li></ol><img alt="A Figura 3" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig3.jpg" /> Figura 3. MPI configuração Simulator CyberMotion. a) Configuração de experiência atual com visor LCD. b) Configuração para experimentos que necessitam de uma cabine fechada com visor frontal de projeção estéreo. c) Frente visor mono de projeção. d) Head Mounted Display. <ol start="7"><li> Como o experimento é realizado em trevas, câmeras infravermelhas permitem o acompanhamento visual da sala de controle. </li></ol> 2. Visualização <ol><li> Várias configurações de visualização são possíveis com o Simulador CyberMotion MPI incluindo LCD, estéreo ou mono projeção frontal, e exibe cabeça montado (Figura 3). Para a correntepistas experimentais visuais para a auto-movimento são fornecidos por um visor LCD (Figura 3a) colocada 50 cm em frente dos observadores que foram testados em contrário, no escuro. </li><li> A apresentação visual foi gerada usando software Virtools 4.1 e consistiu de uma amostra aleatória de vida limitada, campo dot-tempo. Um cubóide estendendo oito unidades virtuais para a frente, direita, esquerda, para cima e para baixo a partir do ponto de vista do participante (isto é, 16 x 16 x 8 unidades de tamanho) foi preenchido com partículas de tamanho 200.000 iguais constituídos por círculos brancos 0,02 unidades de diâmetro na frente de um fundo preto. Os pontos foram aleatoriamente distribuídos por todo o espaço (distribuição de probabilidade homogénea dentro do espaço). Movimento em unidades virtuais foi dimensionado para corresponder 1 para 1 com o movimento físico (1 unidade virtual = 1 metro físico). </li><li> Cada partícula foi mostrado por dois segundos antes de fuga e imediatamente a exibir-se novamente numa localização aleatória no interior do espaço. Assim metade dos pontos mudado o seuposição dentro de um segundo. Pontos entre uma distância de 0,085 e 4 unidades foram exibidos para os participantes (correspondentes ângulos visuais: 13 ° e 0,3 °). </li><li> Movimento dentro do campo ponto foi sincronizado com o movimento físico, recebendo trajetórias de movimento a partir do computador de controle MPI transmitida por uma conexão Ethernet usando o protocolo UDP. Quando se deslocam através do ponto de campo-o número médio de pontos permaneceu constante para todos os movimentos. Esta exposição não forneceu escala de tamanho absoluto, mas o fluxo óptico e paralaxe de movimento como pontos eram esferas com um tamanho fixo; procura menor de acordo com sua distância em relação ao observador. </li></ol> 3. Projeto Experimental <ol><li> 16 participantes, que nunca tinham estado expostos à experiência com a exceção de um autor (MB-C), usavam fones de ouvido com cancelamento de ruído equipados com um microfone para permitir comunicação bidirecional com o experimentador. Ruído auditivo adicional foi continuamente jogado através do headpho<html> nes ao ruído máscara produzidos posteriormente pelo robô. </li><li> Os participantes usaram um joystick personalizado construído equipado com botões de resposta com os dados transmitidos por uma conexão Ethernet usando o protocolo UDP. </li><li> O ângulo dos dois segmentos de circulação era ou 45 ° ou 90 °. Movimentos na horizontal, planos sagital e frontal consistiu em: frente-direita (FR) ou para a direita para a frente (RF), baixo-frente (DF) ou encaminhar-descendente (FD), e para baixo-direita (DR) ou para a direita- para baixo (RD) movimentos respectivamente (Figura 4a). </li></ol><img alt="A Figura 4" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig4.jpg" /> Figura 4. Processo. a) Representação esquemática de trajetórias utilizadas no experimento. b) A informação sensorial fornecida para cada tipo de trajetória testado. c) Apontar tarefa utilizado para indicar a origem de onde os participantes pensavam que havia se mudado de.rge.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Clique aqui para ampliar a figura. <ol start="4"><li> A informação sensorial foi manipulado, proporcionando visual (fluxo óptico, campo de estrelas limitado tempo de vida), vestibular, cinestésica (movimento auto-passiva com os olhos fechados), ou sinais de movimento visual e vestibular-cinestésica (Figura 4B). </li><li> Trajectórias de circulação consistia de dois comprimentos de segmento (1: 0,4 m, 2: 1 m; ± 0,24 m / s aceleração de pico 2; Figura 4b). Trajetórias consistiu da tradução apenas. Sem rotações dos participantes ocorreu. Para reduzir a interferência possível a partir de movimento, antes de cada ensaio e assegurar que o sistema vestibular foi testado a partir de um estado estacionário, de uma pausa 15 s precedido cada trajectória. </li><li> Observadores apontam de volta para sua origem, movendo uma flecha que foi sobreposto um avatar apresentado na tela (Figura 4c). O movimento da seta foi restringido ao plano da trajectória e controlada por tele joystick. O avatar foi apresentado do ponto de vista frontal, sagital e horizontal. Os observadores foram autorizados a usar qualquer ou todos os pontos de vista para responder. A orientação inicial da seta foi randomizado entre os ensaios. </li><li> Como a tarefa apontando necessário que os participantes mentalmente transformar sua perspectiva apontando a partir de um egocêntrico para uma representação excêntrica, os participantes receberam instruções sobre como apontar de volta para sua origem com referência ao avatar antes da prática e ensaios experimentais. Os participantes foram informados de que apontando deve ser feita como se o avatar fosse o seu próprio corpo. Os participantes foram então instruídos a apontar para metas físicas em relação ao auto usando a técnica de medição excêntrica. Por exemplo, os participantes foram instruídos a apontar para o joystick descansa em seu colo a meio caminho entre si e com a tela, o que exigia que os participantes apontam a seta para frente e para baixo em relação ao avatar. Todos os participantes foram capazes de realizar estestarefas sem expressar confusão. </li><li> Cada condição experimental foi repetido 3 vezes e apresentados em ordem aleatória. Assinado erro e tempo de resposta foram analisados ​​como variáveis ​​dependentes em dois 3 separado (avião) * 2 (ângulo) * 3 (modalidade) de medidas repetidas ANOVA. Os tempos de resposta de um participante outlier extremo foram removidos a partir de análise. </li></ol> 4. Os resultados representativos Resultados de erro assinadas são recolhidos através de modalidades e ângulos como observaram efeitos significativos principais foram encontrados para esses fatores. Figura 5a mostra o efeito significativo do plano de movimento (F (2,30) = 7,0, p = 0,003) onde os observadores subestimaram o tamanho angular ( dados médios inferiores a 0 °) para o movimento no plano horizontal (-8,9 °, SE 1,8). Nos observadores no plano frontal eram mais propensos a superestimar, em média, tamanho do ângulo (5,3 °, SE 2,6), enquanto não houve viés no plano sagital (-0,7 °, SE 3,7). While efeitos principais de ângulo e modalidade não foram significativas, o ângulo foi encontrada para interagir com avião significativamente (F (2,30) = 11,1, p &lt;0,001) de tal forma que superestima no plano frontal foram maiores para os movimentos através de 45 ° (7,9 ° , SE 2,6) do que através de 90 ° (2,8 °, SE 2,7), enquanto tal discrepância foi ausente para os outros aviões. Além disso, foi encontrada a modalidade significativamente interagir com ângulo (F (2,30) = 4,7, p = 0,017) de tal modo que subestima a partir de informação vestibular sozinho por movimentos através de 90 ° eram significativamente maiores (-4,3 °, SE 2,1) em comparação com o visual (-2,0 °, SE 2,4) e informação vestibular e visual combinadas (2,3 °, SE 2,2) condições, enquanto tais discrepâncias estavam ausentes para os movimentos através de 45 °. N significativa entre o efeito sujeitos foi de erro assinado (F (1,15) = 0,7, p = 0,432). Figura 5b mostra os resultados de tempo de resposta. Houve um efeito significativo demodalidade (F (2,28) = 22,6, p &lt;0,001) onde os observadores mais lento respondeu ao responder com base no vestibular-cinestésica informações sozinho (11,0 s, SE 1,0) em comparação com o visual (9,3 s, SE 0,8) e combinado (9,0 S, Se 0,8) condições. Houve também um efeito significativo principal do plano (F (2,28) = 7,5, p = 0,002) onde os observadores mais lento reagiu quando movido no plano horizontal (10,4 S, Se 1,0) em comparação com o sagital (9,4 S, Se 0,8 ) e frontal (9,4 S, Se 0,9) aviões. Não houve efeito significativo do ângulo de segmento ou quaisquer interações. A significativa entre o efeito indivíduos foi encontrado para o tempo de resposta (F (1,14) = 129,1, p &lt;0,001). <img alt="A Figura 5" src="/files/ftp_upload/3436/3436fig5.jpg" /> Figura 5. Resultados. um erro) Assinado em colapso modalidade para os aviões testados. b) O tempo de resposta caiu em aviões de movimento para as modalidadestestado. As barras de erro são + / - 1 SEM

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Não há conflitos de interesse declarados.

Integração caminho foi bem estabelecido como um meio usado para resolver onde um observador originado mas é propenso a subestima a de um ângulo moveu-se a 5. Os nossos resultados mostram este para o movimento de translação, mas apenas no plano horizontal. Nos planos verticais participantes são mais propensos a superestimar o ângulo transitado ou não têm preconceito em tudo. Estes resultados podem explicar por que as estimativas de elevação atravessou-em terrenos tendem a ser exagerados 10 e também por isso que a navegação espacial entre diferentes andares de um edifício é pobre 11. Estes resultados podem também estar relacionado com as assimetrias conhecidos na proporção relativa de sáculo para utricule receptores (~ 0,58) 12. Tempo de resposta mais lento com base em vestibular-cinestésica informações sozinho quando comparado ao que a informação visual está presente sugere que pode haver atrasos adicionais associados com a tentativa de determinar a origem de uma base em sugestões de inércia por si só, quepodem dizer respeito a estudos recentes que mostram que a percepção vestibular é lento em comparação aos outros sentidos 13-16. Em geral os nossos resultados sugerem que as estratégias alternativas para determinação da origem de um pode ser utilizado quando se deslocam verticalmente, que podem estar relacionados com o facto de que o movimento experiência seres humanos principalmente dentro de um plano horizontal. Além disso, enquanto traduções seqüenciais são raramente experimentado eles ocorrem com mais freqüência no plano sagital - onde os erros são mínimos - como quando caminhamos em direção e se mover em uma escada rolante. Enquanto experiência pós-entrevistas não refletem diferentes estratégias entre os aviões, os experimentos devem explorar essa possibilidade. Experimentos com trajetórias usando graus adicionais de liberdade, os caminhos mais longos, com o corpo de maneira diferente em relação orientada para a gravidade, bem como o uso de campos de visão maiores, que são agora possíveis com o Simulador CyberMotion MPI estão planejados para investigar o desempenho de integração caminho em três dimensões.

<a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/industrial_robots/heavy/kr500_2/start.htm" target="_blank">KUKA KR 500 Heavy Duty Robô Industrial</a> <a href="http://www.kuka-robotics.com/en/products/controllers/kcp/start.htm" target="_blank">KUKA KCP KUKA Painel de Controle</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 Motion Control</a> <a href="http://www.motorsportseats.com/recaro/pole_position.html" target="_blank">Banco Recaro Pole Position</a> <a href="http://www.schrothracing.com/store/Competition/profi/profi-II" target="_blank">Schroth Enduro Belt</a> Dell 24 &quot;1920x1200 LCD (campo efetivode vista mascarados para 1200 x 1200) <a href="http://www.virtools.com" target="_blank">Virtools 4,1</a> Joystick construído sob encomenda com UDP comunicação

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

Integração caminho é um processo em que a auto-movimento é integrado com o tempo para obter uma estimativa da própria posição actual em relação a um ponto de partida 1. Os seres humanos podem fazer a integração caminho baseado exclusivamente no visual 2-3, auditiva 4 ou 5 pistas inerciais. No entanto, com pistas múltiplas presentes, sugestões inercial - particularmente cinestésica - parecem dominar 6-7. Na ausência de visão, os seres humanos tendem a superestimar distâncias curtas (&lt;5 m) e ângulos de giro (&lt;30 °), mas subestimar os mais longos 5. Movimento através do espaço físico, por conseguinte, não parece ser precisamente representado pelo cérebro. Extenso trabalho tem sido feito na avaliação integração caminho no plano horizontal, mas pouco se sabe sobre o movimento vertical (ver 3 para o movimento virtual de visão sozinho). Uma razão para isso é que os simuladores de movimento, tradicionais têm um pequeno intervalo de movimento restriçõested principalmente em relação ao plano horizontal. Aqui temos tirar proveito de um simulador de movimento 8-9 com uma grande gama de movimento para avaliar se a integração caminho é semelhante entre planos horizontal e vertical. As contribuições relativas de sinais de inércia e visuais para o caminho de navegação também foram avaliados. 16 observadores sentou em um assento montado na flange de um braço robô modificado KUKA antropomórfica. A informação sensorial foi manipulado por fornecer pistas visuais de movimento (fluxo óptico, campo de estrelas limitado tempo de vida), vestibular, cinestésica (movimento auto-passiva com os olhos fechados), ou visual e vestibular-cinestésica. Trajetórias de movimento na horizontal, planos sagital e frontal consistiu em dois comprimentos de segmento (1: 0,4 m, 2: 1 m; ± 0,24 m / s aceleração de pico 2). O ângulo dos dois segmentos ou era de 45 ° ou 90 °. Observadores apontam de volta para sua origem, movendo uma flecha que foi sobreposto um avatar apresentado no screen. Os observadores eram mais propensos a subestimar tamanho do ângulo para o movimento no plano horizontal em relação aos planos verticais. Nos observadores no plano frontal eram mais propensos a superestimar o tamanho ângulo enquanto não houve viés no plano sagital. Finalmente, os observadores responderam mais lento ao responder com base no vestibular-cinestésica informação só. Integração caminho humano com base em vestibular-cinestésica informação por si só, assim, leva mais tempo do que quando a informação visual está presente. Que é consistente com a apontar subestimando e superestimando a um ângulo moveu-se através nos planos horizontal e vertical, respectivamente, sugere que a representação neural de auto-movimento através do espaço é não-simétrico que podem estar relacionados com o facto de que o movimento experiência seres humanos principalmente dentro do plano horizontal.

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

Uma maneira eficiente para obter insights sobre como os seres humanos se navegar em três dimensões é descrito. O método tira proveito de um simulador de movimento capaz de mover os observadores de formas inatingíveis por simuladores tradicionais. Os resultados confirmam que o movimento no plano horizontal é subestimado, enquanto o movimento vertical é superestimado.

MPI Simulator CyberMotion: Implementação de um simulador de movimento Novela Caminho para Investigar Integração multisensorial em Três Dimensões

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 visualizações.  Max Planck Institute for Biological Cybernetics. Uma maneira eficiente para obter insights sobre como os seres humanos se navegar em três dimensões é descrito. O método tira proveito de um simulador de movimento capaz de mover os observadores de formas inatingíveis por simuladores tradicionais. Os resultados confirmam que o movimento no plano horizontal é subestimado, enquanto o movimento vertical é superestimado.

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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.

Usando uma abordagem comparativa de espécies para investigar o Neurobiology of Responses Paternal

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

Neurociência

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

Tridimensional Vestibular Ocular Teste Reflex Usando um Six Degrees of Platform Movimento Liberdade

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.

Um Paradigma para Investigar Lesão de reparação do sistema nervoso central em<em&gt; Drosophila</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.

Rápido Micro-iontoforese de glutamato e GABA: uma ferramenta útil para investigar Integração Synaptic

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.

Stab ferida ferimento do peixe-zebra adulto Telencéfalo: Um método para investigar Vertebrados Cérebro Neurogênese e Regeneração

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.

Protocolo para tridimensional confocal morfométrica Análise de astrócitos

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.

Forrageamento Protocolo Caminho de comprimento para<em&gt; Drosophila melanogaster</em&gt; Larvas

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.

A Novel Behavioral Ensaio investigar as gustativas de um indivíduo, livre-se deslocam Bumble abelhas (<em&gt; Terrestris do Bombus</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.

Um novo método para modelar a encefalopatia traumática crônica em<em&gt; Drosophila</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.

Desenvolvimento de ensaio para quantificação de conteúdo elevado de Sod1 proteína mutante formação agregada em células vivas

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