Os autores gostariam de agradecer ao senhor deputado Hans Oppel e seus técnicos protéticos de Otto Bock Healthcare Products GmbH para fabricar o soquete usado pelo participante neste estudo. Este estudo foi financiado pelo Conselho Europeu de Investigação (CEI), através da ERC Avançada Grant DEMOVE (No. 267888), a austríaca do Conselho para a Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico e do Ministério Federal Austríaco da Ciência, Pesquisa e Economia.

Este estudo foi realizado em conformidade com a Declaração de Helsinque, tal como foi aprovado pelo comitê de ética em pesquisa da instituição. O estudo foi explicado detalhadamente ao participante antes do início, permitindo ao participante o tempo para ponderar a decisão de tomar voluntariamente participar do estudo e confirmar a sua participação informada, o consentimento escrito. Nota: Um homem, com idades entre 27 anos, participaram do estudo. O participante teve a visão normal, foi um abaixo-cotovelo amputado esquerda, e era um usuário experiente (uso de prótese total de 4 anos). Antes de iniciar este estudo a prótese que ele usou em uma base diária era uma prótese mioelétrica 4 mão canal com rotação de pulso para 12-15 horas por dia, durante 15 meses. A mão direita do participante já tinha sido reconstruído cirurgicamente, mas não tinha outra deficiência física ou neurológica. 1. Projeto de Estudo <ol><li> Dividir o estudo em duas sessões: na39; ve uso, e usar seguinte formação estruturada. Nota: Isto é para permitir a comparação intra-sujeito, antes e após o treinamento, respectivamente. </li><li> Assegure-se que estas duas sessões são, pelo menos, três meses de intervalo, de modo a ser tratado como independentes um do outro. </li><li> No início de ambas as sessões, encaixar uma tomada de personalização e prótese ao participante. Certifique-se de que os algoritmos de hardware e controle de próteses coincidir com os descritos na seção Materiais do presente protocolo. Assegure-se que o participante não é capaz de utilizar a prótese personalizado no intervalo de tempo entre sessões. </li><li> Treinar o paciente de acordo com as etapas descritas na Sessão Naïve e seções de sessão de formação estruturada deste protocolo. No início de cada uma destas sessões, calibrar o hardware protético. Use os dados de calibração recolhidos para o controle da prótese em tempo real. </li><li> Assim que a sessão Naïve e Sessão de Treinamento Structured estão completos, avaliar o padesempenho do rticipant usando o desfecho Southampton Mão Procedimento de Avaliação (SHAP). 23 Comparar os escores Shap a uma medida de linha de base usando prótese padrão do participante (obtido antes das sessões de formação, quer). </li></ol> 2. Materiais <ol><li> Montar o participante com uma tomada de custom-built. Anexar uma prótese disponível comercialmente de acordo com as instruções do fabricante. Equipar a mão protética com componentes protótipo que permitem atuado flexão, extensão e rotação. Isto permite que o participante para controlar a mão com 3,5 graus de liberdade (dofs) (Tabela 1). Nota: Neste experimento foi usada uma mão Michaelangelo (Veja Lista de Materiais). Outros dispositivos terminais capazes de pulso rotação, flexão e extensão, em conjunto com as funções padrão de aderência também seria apropriado. </li><li> Sinais EMG registro usando oito equidistante colocados eletrodos sinal bruto em torno do coto,e um sistema de bordo de descodificação na taxa de amostragem de 1000 Hz e digitalizado com a profundidade de 10 bits. Executar a filtragem inicial e amplificação dentro dos próprios eléctrodos de acordo com as especificações do fornecedor. Usar um computador pessoal (PC) para realizar o processamento principal, que comunica com o hardware de aquisição e controla a prótese através de uma ligação sem fios. Nota: Neste estudo os eletrodos EMG de superfície e sistema de bordo de decodificação (AxonBus) utilizados eram da Otto Bock. Outros fabricantes de dispositivos semelhantes também seria apropriado. A ligação sem fios foi via Bluetooth, e do mesmo modo outras modalidades poderia ser aplicada. </li></ol> 3. Algoritmo de Controle <ol><li> Use um algoritmo de controle que fornece controle protético simultânea e proporcional em vários dofs 21. O algoritmo utilizado neste estudo foi a de dois estágios fazendo paradigma decisão, de modo que a estimativa movimento dependente do contexto era possível. </li><li>Após a formação do sistema, que contém todos os movimentos DoF individuais controláveis, gravar um eletromiograma de entrada (EMG). </li><li> Na primeira etapa, avaliar a informação dimensional intrínseca do movimento pretendido com base na distância de Mahalanobis do vector característico EMG recém-calculado a partir dos dados de formação. Tomar uma decisão quanto a saber se a intenção do usuário foi realizar uma multa de 1 DoF ou um movimento simultâneo de 2 DoF grosseira. Nota: a distância de Mahalanobis de um recurso de vetor x para a classe i com a média da classe vector μ i e matriz de covariância Σ i é calculado como: <img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/52968/52968eq1.jpg" /> Tal como descrito em Amsuess et ai, o vector característico recentemente calculada é mapeado para o espaço dimensional elevada e a distância do ponto de Mahalanobis transformada com qualquer dos pontos de classe treinados é tomado como a medida de novidade. 21 Uma empiricamentedeterminado limiar a distância que dá a decisão de novidade (2-DOF) ou não (1-DOF). </li><li> Na segunda fase, com base na decisão anterior, use um dos dois avaliadores paralelas - uma lidar com os movimentos seqüenciais (SEQ-E) e os outros movimentos simultâneos manuseamento (SIM-E) - para fornecer os sinais de controle para a prótese. Nota: SEQ-E é em essência um estimador proporcional (isto é, a força das contracções musculares) com base em padrões espaciais comuns (CSP) 21, enquanto que SIM-E é um regressor linear, que dirige simultaneamente 2 dofs do pulso. </li></ol> 4. Software Framework Nota: A estrutura de software utilizado no presente estudo permitiu a manipulação de a comunicação entre o hardware e o protético algoritmo de controlo incorporado. Ele também ofereceu ferramentas de treinamento visual de apoio necessários para maximizar a formação participante. <ol><li> Mostrar a raiz quadrada da média (RMS) da EMG sinais recolhidos a partir dos eléctrodos 8 equidistantemente colocados sob a forma de um diagrama polar da amplitude EMG como uma função da localização do eléctrodo. Este feedback visual permite a monitorização fácil da distribuição espacial da EMG no plano transversal do antebraço. Usando tal configuração, cada um dos movimentos do utilizador podem assim obter um padrão distinto 22 na trama polar, que podem então ser guardados e utilizados para treinar para a repetibilidade do gesto específico. Nota: O quadro permite a recolha de dados de EMG da forma padrão de reconhecimento de padrão 23 para cada um dos canais de EMG do RMS mais de 40 ms é calculado como. <img alt="Equação 2" src="/files/ftp_upload/52968/52968eq2.jpg" /> resultando em observações para cada janela ensemble. </li><li> Para a calibração inicial recolher os valores máximos a longo prazo de contração voluntária (MLVC) para cada destina movimento. Solicitar ao participante, utilizando a mão do manifestante para executaro movimento desejado, dando instruções vocais e visuais por 5 s. </li><li> Após a calibração, apresentar o participante com um conjunto de pistas trapezoidais. Estes perfis de força conter set platôs em 30%, 60% e 90% do máximo calibrado. </li><li> Dentro de cada julgamento, instruir o participante para dirigir o ponteiro vermelho ao longo da pista, modulando o nível de força do movimento solicitado (Figura 1). A posição vertical do ponteiro corresponde ao RMS valores somados em todos os oito canais. Definir a duração do ensaio a 5 segundos com um intervalo de planalto que corresponde à média de 3 seg. </li></ol> 5. Naïve Sessão Nota: Durante a sessão de treinamento naïve, o participante não tinha experiência prévia do esquema de controle da prótese utilizada neste estudo. <ol><li> Não dê o participante qualquer formação clínica formal, mas apenas instruir que 8 ações do membro residual, dos quais um é um estado de repouso,permitirá o controle de um alvo visual na tela do computador. Essas tarefas são semelhantes aos utilizados no reconhecimento de padrões clássico abordagens para controle protético 23, e para esses métodos o participante neste estudo tinham aproximadamente 60 horas de experiência anterior. </li><li> Mostrar os movimentos necessários na tela em termos de texto e uma imagem estática enquanto segue uma sugestão visual (Figura 1). </li><li> Mostrar o participante seus padrões de ativação EMG, que correspondem a oito parcelas polares específicas e únicas (Figura 2). </li><li> Use instruções audíveis para incentivar o participante a seguir a sugestão visual. Estas instruções audíveis deve ser idêntico se for utilizado na sessão de treinamento estruturado. </li><li> Repita as tarefas três vezes com diferentes posições do braço (relaxou, chegando na frente, alcançando em todo) para melhorar a formação do sistema. Tenha em mente que existem 8 ações diferentes e três níveis de força, uma vez que todas as posições do braço são cobertos,entrada treinamento do sistema resume o total de 72 amostras individuais. </li><li> Uma vez concluído, permitirá ao participante a oportunidade de praticar o controle em tempo real antes de completar a avaliação do resultado SHAP. </li><li> Assegurar que o participante não tem acesso aos algoritmos de controlo de prótese e personalizadas para além do fim da sessão ingénuos. </li></ol> 6. Estruturado Sessão de Treinamento <ol><li> Três meses após a sessão naïve, realizar uma sessão de treinamento estruturado. </li><li> Estruturar a sessão nos seguintes passos ordenados (Figura 3): <ol><li> Para imitação, instruir o participante diretamente imitar os desejados oito acções (Tabela 1), realizado pelo manifestante em tempo real. Executar cada ação por 3 s. </li><li> Por repetição, peça ao participante para repetir a ação que foi imitado 10 vezes, de modo que cada ação é executada por 30 s. </li><li> Para reforço &amp; computador sysformação tem, peça ao participante para agora se envolver com feedback visual do computador, que é exatamente a mesma configuração como a sessão Naïve. Assegure-se que não existe qualquer diferença entre estas duas secções. </li><li> Para o controle da prótese, peça ao participante para a prática de controle em tempo real da prótese personalizado antes de concluir a avaliação dos resultados. </li></ol></li><li> Durante imitação, assentar o participante em um ângulo de 45 ° a manifestante e fornecer com uma visão completa e desobstruída da mão do demonstrador combinando o lado afetado do participante durante todas as ações (Figura 4). Não há pistas visuais a partir de uma tela de computador deve estar disponível para o participante neste momento. </li><li> Por repetição, durante ações do participante, tem o manifestante observar a atividade EMG correspondente representada pelos gráficos polares de cada movimento (Figura 4). Uma vez que o manifestante determinou que o PARTICIPANt pode produzir padrões únicos e repetíveis de ativação EMG para cada movimento, peça ao participante para repetir as ações de 30 segundos sem pistas visuais. Nota: Há um total de 8 ações exclusivas - sete deles (pulso pronação / supinação, punho em flexão / extensão, mão aberta, aperto chave e pitada fina) que necessitam de ativação muscular, ea oitava vez que nenhuma ação que representa um estado de relaxamento constante. </li><li> Após o treinamento de reforço &amp; sistema de computador, apresentar o participante com feedback visual de seus oito ações, exatamente como foi visto na sessão naïve, que correspondem às oito parcelas polares únicas e específicas na tela do computador (Figura 3). Para ajustar o desempenho, peça ao participante para executar as ações durante a visualização em tempo real das parcelas polares com sobreposições de vídeo gravadas para reforçar o aprendizado, tipicamente entre 2-4 tentativas para cada movimento. Uma vez confiante o participante pode então completar as mesmas tarefas exatas que foram perf<html> ORMED na sessão ingênuo. </li></ol> 7. Controle Prosthetic <ol><li> Use os conjuntos de dados de cada sessão de treinamento para calibrar e ajustar a prótese para controle em tempo real. </li><li> Inicialmente, apenas permitir que o participante para controlar as próteses por controlo proporcional sequencial, ou seja, um movimento de cada vez, com a velocidade do dispositivo proporcional aos níveis de contracções musculares. </li><li> Uma vez que cada uma das oito acções são realizadas de uma maneira fiável e reproduzível, mudar o esquema de controlo para controlo proporcional e simultânea, permitindo mais do que um movimento do punho de cada vez. </li><li> Têm as tarefas simples prática participante, como pegar uma garrafa e colocando-o no seu lado (2 tentativas é suficiente). Permitir um período de descanso antes da avaliação dos resultados é realizada. No caso do presente estudo, 2 horas de repouso para a sessão naïve, e 24 horas de repouso para a sessão estruturada. </li></ol>itle &quot;&gt; 8 medição de resultados. <ol><li> Avaliar a função da extremidade superior global, tanto nas sessões de treinamento ingênuos e estruturados usando o SHAP, que monitora função da extremidade superior mão e estreitamente relacionada com as actividades da vida diária (AVD). As tarefas executadas no SHAP incluem luz manipulação e objetos pesados, bem como tarefas de ADL como cortar um objeto com uma faca ou desfazer botões. O SHAP foi validado para avaliação da função da mão patológica e protético 24. Nota: Esta medida foi escolhido como o participante neste estudo tinha sido rotineiramente acompanhados com este desfecho por sua equipe clínica. </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>

Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

Nossos resultados sugerem que o participante neste estudo que o treinamento estruturado ajudou a melhorar o controle de uma prótese de mão multifuncional durante uma única sessão. O programa estruturado usado aqui foi uma combinação de imitação, repetição e reforço dos movimentos da mão que o participante não foi capaz de concluir com a mão protética tradicional. Embora o participante pontuaram mais alto com sua prótese tradicional no teste SHAP, vale a pena notar que ele nor...

Substituir a função da mão em amputados é uma tarefa difícil. Coordenando os movimentos das mãos altamente qualificados não é uma habilidade inata, e leva os seres humanos anos de aprender a desenvolver. 1-5 Após a perda traumática de um lado, replicar essa capacidade por meio de prótese não é uma tarefa trivial e pode exigir um período de aprendizagem sustentado . Desenho protético e métodos de interface para seu controle estão sujeitos a rápidas inovações tecnológicas, com o objetivo de controle multifuncional de uma maneira natural. 6 A complexidade desses sistemas de controle aumenta substancialmente para fornecer mais funções para amputados. Para garantir um controle preciso desses sistemas, e para reduzir o abandono das novas tecnologias, a formação adequada precisa ser estabelecido. Esta é susceptível de ser mais bem sucedida se baseia em estratégias dos amputados de aprendizagem inerentes. Visão pode desempenhar um papel importante durante a leArning de movimentos da mão. Estudos comportamentais mostraram que, observando as ações dos outros 7 ou usar pistas visuais 8, indivíduos sãos aprender e coordenar novos movimentos. Através de um processo de observação, compreensão e execução de uma ação observada, os indivíduos são capazes de imitar as ações dos outros. Redes corticais específicas, que podem incluir um sistema de neurônios-espelho (MNS), acredita-se que fundamentam essa capacidade, e pode ter um papel no controle de próteses. 9-11 O papel da imitação não pode apenas limitar-se a execução de ações que já foram vistas, mas em conjunto com os MNS, permitir a execução de movimentos que ainda não tenham sido observados, mas extrapolados a partir repetoire motor do observador. 12 De fato, a imitação não necessariamente ser uma habilidade inata, mas uma accruement de habilidades motoras ao longo do tempo que levam a ações experientes e sofisticados. 13 O strength de observar as ações, mais simplesmente imaginá-los, foi mostrado para melhorar o aprendizado de novas tarefas. 14 Assim, a imitação pode ser uma abordagem pragmática para amputados de formação, como a evidência sugere que um processo dirigido meta 15, com a meta no cenário de reabilitação de permitir função útil mão protética. Estudos de recuperação têm mostrado separadamente que pistas visuais, como simulações virtuais de uma prótese, incentivar amputados durante a formação de reabilitação. 16 Além disso, a utilização de repetição quando conduzida num paradigma bloqueado foi mostrado para permitir a formação rápida de prótese de membro superior controle. 17 Embora as simulações virtuais têm sido comprovada para ser tão eficaz como controle real de mãos protéticas para permitir que os usuários abled-corpo para controlar dispositivos mioelétricos, 18 seu efeito sobre amputados que utilizam medidas de resultados padronizadas não é clara. Finalmente, onde os protocolos para AMPU membro superiorexistem formação tação, o papel da imitação na aprendizagem do controle da prótese não é explicitamente discutida 19,20. Este estudo visa compreender se o uso de imitação, em combinação com a repetição e reforço, tem um impacto positivo na aprendizagem de controle da prótese multifuncional, como parte de um programa de treinamento estruturado. Aqui apresentado é um relato de caso de um paciente amputado transradial que foi treinado para usar uma prótese de mão multifuncional. O participante já havia se acostumado a operar prótese mioelétrica tradicionais. Usando pistas visuais, tanto na forma de imitação de um manifestante saudável e computador feedback visual tão simples, o amputado rapidamente melhorias no processamento de seu novo dispositivo.

<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

Avanços em sistemas robóticos resultaram em próteses para o membro superior que pode produzir movimentos multifuncionais. No entanto, estes sistemas sofisticados exigem amputados de membros superiores para aprender sistemas de controle complexos. Os seres humanos têm a capacidade de aprender novos movimentos através de outras estratégias de aprendizagem e imitação. Este protocolo descreve um método de reabilitação estruturado, que inclui imitação, repetição e aprendizado por reforço, e tem como objetivo avaliar se este método pode melhorar o controle da prótese multifuncional. A esquerda abaixo amputado cotovelo, com 4 anos de experiência no uso de prótese, participaram neste estudo de caso. A prótese utilizada foi a mão Michelangelo com rotação punho, e os recursos adicionais de flexão e extensão do punho, o que permitiu mais combinações de movimentos da mão. O participante Procedimento de Avaliação Southampton Mão pontuação melhorou 58-71 seguinte formação estruturada. Isto sugere que um protocolo de formação estruturada de imitção, repetição e reforço pode ter um papel na aprendizagem para controlar uma nova prótese de mão. Um estudo clínico maior, porém, é necessário para suportar esses achados.

O desempenho SHAP linha de base do participante com a sua prótese diariamente foi de 81, quando medido pela equipe clínica 8 meses antes do teste. A pontuação SHAP de 100 representa a função da mão sãos. 24 O participante teve uma pontuação global de 58 SHAP durante a sessão ingênuo com o sistema de controle de prótese mais avançada. No entanto, 3 meses mais tarde e sem qualquer interação com o novo sistema, além da formação estruturada, o participante alcançou uma pontuação de 71 SHAP c...

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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.

Um protocolo de reabilitação Estruturada para Melhoria da Multifuncional Prosthetic Controle: Um Estudo de Caso

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 visualizações.  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.

Vídeo: 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.

Um totalmente automatizada Roedor Condicionado Protocolo para Sensorimotor Integração e Experimentos controle cognitivo

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

Comportamento

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.

A reação de série 5-Choice Tempo Tarefa: A tarefa de atenção e controle de impulso para Roedores

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.

Um protocolo para alojar ratos em um ambiente enriquecido

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.

Setup Multifuncional de Estudos de Controle Motor Humano Utilizando Estimulação Magnética Transcraniana, Eletromiografia, Captura de Movimento, e Realidade Virtual

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.

Potenciais relacionados a eventos durante tarefas Alvo de resposta para estudar processos cognitivos de Membro Superior uso em crianças com paralisia cerebral unilateral

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.

Protocolo para Recolha de Dados e Análise Aplicada à Tecnologia Análise Expressão Facial automatizada e Análise Temporal de Avaliação Sensorial

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.

Cócegas, uma técnica para induzir o efeito positivo ao manusear ratos

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.

Uma romance única Animal motricidade sistema usando simples, prontamente disponível Software de rastreamento

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.

Um túnel de vento para Odor mediada insetos ensaios comportamentais

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.

Usando o conjunto de ferramentas de animação de FishSim para investigar o comportamento dos peixes: um estudo de caso na escolha do companheiro copiando em Mollies Sailfin