Bu araştırma İsviçre Ulusal Bilim Vakfı, Betty ve David Koetser Vakfı Beyin Araştırmaları ve ETH Vakfı tarafından desteklenmiştir.

Burada sunulan deneyler Zürih, İsviçre Kanton Veteriner Dairesi tarafından onaylanmış ve ulusal ve kurumsal düzenlemelere göre yapılmıştır. 1. Besleme Koşulları NOT: Tüm eğitim oturumları planlanmış bir beslenme protokolü altında yapılmaktadır. <ol><li> Eğitim tamamlandıktan sonra, günde bir kez sıçanlar standart yem 50 gr / kg besleyin. Gıda Bu miktar (vücut ağırlığı serbest besleme ağırlığının&gt;% 90 olan) büyük kilo kaybını önlemek için yeterli olduğunu, ancak tekrarlanabilir davranış klima sağlamak için yeterince küçük. kendi vücut ağırlığı stabil kalmasını sağlamak için günlük sıçan tartılır. NOT: Ek bir gecede (10-12 saat) gıda yoksunluğu ilk ödül dokunmatik oturumunda (adım 2.3) öncesinde yararlı olabilir. </li></ol> Bir Reach-ve-çekme Görev 2. Eğitim Prosedürü <ol><li> Hazırlanışı: fareler lea de onların yeni ev kafeslerde alışmakta izin verst hayvan barınağında geldikten sonra bir hafta. Bu süre zarfında düzenli olarak sıçan işlemek ve yeni gıda sıçan alıştırmak için evde kafes içinde tozsuz hassas pelet verir. Bu topaklar bir eğitim protokolü boyunca ödülleri olarak kullanılacaktır. </li><li> Alışma: 30-45 dakika süreyle test kafeste sıçan yerleştirin ve toz yem ile karıştırılarak besleme kapta 30-50 pelet sağlamak. Açın ve kafes penceresini kapatmak ve ses sıçan alıştırmak için bazen pelet dağıtıcı çalıştırın. <ol><li> 2-3 gün için bu işlemi tekrarlayın. </li></ol></li><li> Dokunmatik ödüllendirin: kafes pencereden küresel kolu dokunmak sıçan Tren ve daha sonra bir gıda ödül almak için kafesin zıt tarafına geçmek için. <ol><li> sap, her deneme başında sadece test kafes pencere dışında yer alır, böylece yazılım ayarlarını yapın ve kafes pencerenin merkezi ile kolunu aynı hizaya getirin. Ne zaman denemeler, yani başarılı &lt;/ Em&gt;, en kısa sürede tespit edildiğini sap (herhangi bir yönde 0.25 mm deplasman) hafif bir dokunuş olarak, bir ses duyulur ve bir ödül dağıtılır. penceresi açılır sonra hiçbir dokunuş 180 s için tespit edildiğinde başarısız olarak denemeler sınıflandırır. </li><li> Eğitim kafeste sıçan yerleştirin. o sap yakınında düzenlenen bir topak de kapmak izin vererek ulaşmak için sıçan istemi. kafes dokunarak sap ve gıda kase için sıçan dikkatini yönlendirin. </li><li> Sıçan bağımsız kafes pencereden ulaşır ve gıda pelet alırken isteyen durdurun. </li><li> 100 denemeler (dokunur) tamamlanıncaya kadar devam edin ya da 60 dakika geçene kadar, hangisi önce gelirse. </li><li> 3-4 gün eğitim devam edin ve fareler 2 gün üst üste 30 dakika içinde 100 denemeler ulaşmak zaman eğitim (adım 2.4) sonraki aşamada başlar. NOT: Bu adımı aşırı eğitmek etmeyin. Bu davranış, şekillendirilebilir, böylece ödül dokunma amacı, sıçan ve robot arasında güvenilir bir etkileşim elde etmektirsonraki eğitim. </li></ol></li><li> Ücretsiz çekme (FP): uzanmak ve robot kolu çekmek için fareler eğitin. <ol><li> sap, her deneme başında penceresinden 18 mm bulunur ve başarılı bir deneme için kesintisiz en az 10 mm çekilmeli, böylece yazılım ayarlarını yapın. Bu aşamada çekerek hareketi hiçbir yan kısıtlama yoktur. <ol><li> sap penceresi açılır sonra 180 sn boyunca hareketsiz kaldığında zaman başarısız bir deneme sınıflandırmak sap ulaşılabilir çalışma alanı (orta hattan fazla 12 mm) dışında hareket ettirildiğinde, ya da sıçan içinde en az 10 mm çekti zaman ilk dokunuş sonra 5 s tespit edildi. </li></ol></li><li> İlk FP seansın ilk 20 çalışmalar sırasında sol ve sağ pençe kullanılan kez numarasını not alın. çalışmaların en az% 80 kullanılan ayak tercih edilen ayak olarak kabul edilir. NOT: pençe tercihi zaten ödül açık olabilirDokunmatik oturumları. </li><li> O Tercih pençe çekme kolaylaştırmak için pencerenin kenarına aynı hizaya gelene kadar (sağ elini sıçan ve tersi için pencerenin sol tarafında robot 5 mm hareket yani) yanal kolu hareket ettirin. NOT: Bu sıçan için aşağıdaki eğitim oturumları için kafese tam bu aynı konuma kolu yerleştirin. kafes duvara ve robot üzerinde işaretleri kesin yerleşim sağlamak. </li><li> 100 denemeler tamamlanıncaya kadar eğitim kafes ve tren sıçan koymak ya da 60 dakika geçene kadar, hangisi önce gelirse. NOT: Sıçan yeterince dışarı ulaşamazsa, o sap yakınında düzenlenen bir topak de kapmak izin vererek bunu isteyecektir. Sıçanlar tekrarlanan başarısız girişimden sonra çekmeye çalışırken vermeyebilir. Kafesteki dokunun onları forseps bir çift ile yapılan pelet kapmak ya da motivasyon geri yüklemek için bir pelet dağıtmak edelim. </li><li> 2.4 anlatıldığı gibi sadece FP eğitimi içeren deneyler için, eğitim devam ediyor. YOK HAYIRTE: Genellikle, 1-2 FP oturumları SP (Düz çekin) eğitime ödül dokunmatik geçiş yardımcı olmak için gereklidir. Bu FP oturumların hedefi yerine yalnızca bir dokunuşla ona göre, kolu uzanmak, kapmak ve çekme sıçan alıştırmak etmektir. ödül-touch eğitimi olduğu gibi, aşırı-treni değil amaç bir sonraki eğitim aşamasına geçiş ise önemlidir. </li></ol></li><li> Düz çekme (SP): orta hattan en fazla 2 mm sapmadan kolu çekmek için fareler eğitin. NOT: orta hat değil kafes penceresinin orta noktasına, robotun başlangıç ​​pozisyonuna göre tanımlanır. Bu durumda, kafes penceresinin orta noktasında sona eren bir çekme girişiminde orta hat 2 mm&#39;den daha fazla sapma bir çekme yörünge neden olur. <ol><li> çekme hareketi her iki tarafta orta hattan en fazla 2 mm sapma değil sadece denemeler bir tonda ve pelet tarafından ödüllendirilir, böylece yazılım ayarlarını yapın. Adım 2.4 açıklandığı gibi diğer tüm parametreleri tutun. </li><li> 100 denemeler tamamlanıncaya kadar eğitim kafes ve tren sıçan koymak ya da 60 dakika geçene kadar, hangisi önce gelirse. NOT: Sıçanlar son derece heyecanlı olmak ve tekrarlanan başarısız girişimden sonra çekmeye çalışırken vermeyebilir. Ulaşan görev dikkatlerini yönlendirmek, onları forseps bir çift ile yapılan pelet kapmak ya da motivasyon geri yüklemek için bir pelet dağıtım izin kafesin üzerine dokunun. </li><li> Sıçanlar plato performansını ulaşana kadar eğitim devam ya da bir deney amaca göre antrenman dönemi adapte. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Irvine, K. -. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+method+for+assessing+proximal+and+distal+forelimb+function+in+the+rat:+the+Irvine,+Beatties+and+Bresnahan+(IBB)+forelimb+scale.">A novel method for assessing proximal and distal forelimb function in the rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) forelimb scale.</a> JoVE. (46), (2010).</li><li>Ballermann, M., Metz, G. A., McKenna, J. E., Klassen, F., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pasta+matrix+reaching+task:+a+simple+test+for+measuring+skilled+reaching+distance,+direction,+and+dexterity+in+rats.">The pasta matrix reaching task: a simple test for measuring skilled reaching distance, direction, and dexterity in rats.</a> J Neurosci Meth. 106 (1), 39-45 (2001).</li><li>Kemble, E. D., Wimmer, S. C., Konkler, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+varied+prior+manipulatory+or+consummatory+behaviours+on+nut+opening,+predation,+novel+foods+consumption,+nest+building,+and+food+tablet+grasping+in+rats.">Effects of varied prior manipulatory or consummatory behaviours on nut opening, predation, novel foods consumption, nest building, and food tablet grasping in rats.</a> Behav Proc. 8 (1), 33-44 (1983).</li><li>Buitrago, M. M., Ringer, T., Schulz, J. B., Dichgans, J., Luft, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+motor+skill+and+instrumental+learning+time+scales+in+a+skilled+reaching+task+in+rat.">Characterization of motor skill and instrumental learning time scales in a skilled reaching task in rat.</a> Behav Brain Res. 155 (2), 249-256 (2004).</li><li>Whishaw, I. Q., Pellis, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat:+A+proximally+driven+movement+with+a+single+distal+rotatory+component.">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: A proximally driven movement with a single distal rotatory component.</a> Behav Brain Res. 41 (1), 49-59 (1990).</li><li>Hays, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+isometric+pull+task:+a+novel+automated+method+for+quantifying+forelimb+force+generation+in+rats.">The isometric pull task: a novel automated method for quantifying forelimb force generation in rats.</a> J Neurosci Meth. 212 (2), 329-337 (2013).</li><li>Sharp, K. G., Duarte, J. E., Gebrekristos, B., Perez, S., Steward, O., Reinkensmeyer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+Rehabilitator+of+the+Rodent+Upper+Extremity:+A+System+and+Method+for+Assessing+and+Training+Forelimb+Force+Production+after+Neurological+Injury.">Robotic Rehabilitator of the Rodent Upper Extremity: A System and Method for Assessing and Training Forelimb Force Production after Neurological Injury.</a> J Neurotrauma. 33 (5), 460-467 (2016).</li><li>Hays, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+bradykinesia+assessment+task:+an+automated+method+to+measure+forelimb+speed+in+rodents.">The bradykinesia assessment task: an automated method to measure forelimb speed in rodents.</a> J Neurosci Meth. 214 (1), 52-61 (2013).</li><li>Meyers, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+supination+assessment+task:+an+automated+method+for+quantifying+forelimb+rotational+function+in+rats.">The supination assessment task: an automated method for quantifying forelimb rotational function in rats.</a> J Neurosci Meth. 266, 11-20 (2016).</li><li>Lambercy, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-processes+of+motor+learning+revealed+by+a+robotic+manipulandum+for+rodents.">Sub-processes of motor learning revealed by a robotic manipulandum for rodents.</a> Behav Brain Res. 278, 569-576 (2015).</li><li>Vigaru, B. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+robotic+platform+to+assess,+guide+and+perturb+rat+forelimb+movements.">A robotic platform to assess, guide and perturb rat forelimb movements.</a> IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 21 (5), 796-805 (2013).</li><li>Klein, A., Sacrey, L. -. A. R., Whishaw, I. Q., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+rodent+skilled+reaching+as+a+translational+model+for+investigating+brain+damage+and+disease.">The use of rodent skilled reaching as a translational model for investigating brain damage and disease.</a> Neurosci Biobehav Rev. 36 (3), 1030-1042 (2012).</li><li>Gharbawie, O. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+stages+of+learning+and+recovery+of+skilled+reaching+after+motor+cortex+stroke:+&amp;#34;Oppositions&amp;#34;+organize+normal+and+compensatory+movements.">Parallel stages of learning and recovery of skilled reaching after motor cortex stroke: &amp;#34;Oppositions&amp;#34; organize normal and compensatory movements.</a> Behav Brain Res. 175 (2), 249-262 (2006).</li><li>Palm&#233;r, T., Tamt&#232;, M., Halje, P., Enqvist, O., Petersson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+system+for+automated+tracking+of+motor+components+in+neurophysiological+research.">A system for automated tracking of motor components in neurophysiological research.</a> J Neurosci Meth. 205 (2), 334-344 (2012).</li><li>Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+behavioral+method+for+identifying+recovery+and+compensation:+Hand+use+in+a+preclinical+stroke+model+using+the+single+pellet+reaching+task.">A behavioral method for identifying recovery and compensation: Hand use in a preclinical stroke model using the single pellet reaching task.</a> Neurosci Biobehav Rev. 37 (5), 950-967 (2013).</li><li>Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compensation+aids+skilled+reaching+in+aging+and+in+recovery+from+forelimb+motor+cortex+stroke+in+the+rat.">Compensation aids skilled reaching in aging and in recovery from forelimb motor cortex stroke in the rat.</a> Neurosci. 167 (1), 21-30 (2010).</li><li>Molina-Luna, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dopamine+in+motor+cortex+is+necessary+for+skill+learning+and+synaptic+plasticity.">Dopamine in motor cortex is necessary for skill learning and synaptic plasticity.</a> PloS one. 4 (9), (2009).</li><li>VandenBerg, P. M., Hogg, T. M., Kleim, J. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Evans+rats+have+a+larger+cortical+topographic+representation+of+movement+than+Fischer-344+rats:+A+microstimulation+study+of+motor+cortex+in+na&#305;&#776;ve+and+skilled+reaching-trained+rats.">Long-Evans rats have a larger cortical topographic representation of movement than Fischer-344 rats: A microstimulation study of motor cortex in na&#305;&#776;ve and skilled reaching-trained rats.</a> Brain Res Bull. 59 (3), 197-203 (2002).</li><li>Whishaw, I. Q., Gorny, B., Foroud, A., Kleim, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Evans+and+Sprague-Dawley+rats+have+similar+skilled+reaching+success+and+limb+representations+in+motor+cortex+but+different+movements:+some+cautionary+insights+into+the+selection+of+rat+strains+for+neurobiological+motor+research.">Long-Evans and Sprague-Dawley rats have similar skilled reaching success and limb representations in motor cortex but different movements: some cautionary insights into the selection of rat strains for neurobiological motor research.</a> Behav Brain Res. 145 (1-2), 221-232 (2003).</li><li>Harms, K. J., Rioult-Pedotti, M. S., Carter, D. R., Dunaevsky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+Spine+Expansion+and+Learning-Induced+Plasticity+in+Layer+1+Primary+Motor+Cortex.">Transient Spine Expansion and Learning-Induced Plasticity in Layer 1 Primary Motor Cortex.</a> J Neurosci. 28 (22), 5686-5690 (2008).</li><li>Metz, G. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skilled+reaching+an+action+pattern:+stability+in+rat+(Rattus+norvegicus)+grasping+movements+as+a+function+of+changing+food+pellet+size.">Skilled reaching an action pattern: stability in rat (Rattus norvegicus) grasping movements as a function of changing food pellet size.</a> Behav Brain Res. 116 (2), 111-122 (2000).</li></ol>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok

Nitelikli ulaşan görevler genellikle patolojik durumlar 6 altında motor beceri edinimi yanı sıra motor fonksiyon bozukluğunu incelemek için kullanılır. davranışı ulaşma güvenilir ve kesin analizi motor beceri kazanımı, hem de kayıp ve nörolojik hastalığın hayvan modellerinde fonksiyonunun geri kazanılması yer nörofizyolojik işlemleri altında yatan hücresel mekanizmaları üzerinde çalışılması için gereklidir. Burada sunulan sonuçlar çekerek hareketin mekansal ve...

Motor görevleri yaygın nörolojik ya da farmakolojik hayvan modellerinde motor fonksiyon değişikliklere motor öğrenme veya ilgili davranışsal ve nöral değişiklikleri değerlendirmek için kullanılır. Ince motor fonksiyon, ancak kemirgenlerde ölçmek zor olabilir. Bu tür tahıl 1 manipülasyon, makarna 2 veya ayçiçeği tohumu 3 olarak el becerisi gerektiren görevler, duyarlı ve hayvan kapsamlı bir eğitim gerektirmez. Onların büyük dezavantajı bu görevleri çoğunlukla nitel sonuçlar ve net bir şekilde skor zor olabilir olmasıdır. Böyle bir görevi ulaşan tek pelet varyasyonları olarak Nitelikli ulaşan görevleri, 4, 5 ölçmek için daha basittir. Ancak, bu görevlerin başarılı bir şekilde yürütülmesini altında yatan kinematik faktörler yalnızca sınırlı ölçüde olayla ve emek-yoğun kare-kare, video a gerektirir edilebilirnalysis. Robotik cihazlar ön ayakları fonksiyonu ve motor beceri yönlerini miktarının aracı olarak popülerlik kazanmıştır. Çeşitli otomatik ulaşan görevler mevcuttur. Böyle bir doğrusal kılavuz boyunca bir sapın 6, 7, basit distal ekstremite hareketleri pençe 9 8 veya pronasyonu ve supinasyon çekerek bir ön ayakları hareketinin tek yönü üzerinde çoğunluk odak. bu cihazlar içinde motor fonksiyon analizi için umut vaat ederken, onlar sadece karmaşık motor eylemleri uzatmak sınırlı ulaşan tek pelet sırasında idam yansıtmaktadır. Burada, sıçanlarda 10, 11 çeşitli motorlu görevleri eğitim ve değerlendirilmesi için geliştirilmiş bir üç derecelik serbestlik robotik cihaz, ETH Pattus, kullanımını göstermektedir. Bu düzlemsel ve erişim, kavramak sıçan ön ayakları hareketleri dönme hareketini ve kaydederyatay düzlemde yürütülen görevler çekerek. (Itme ve çekme ve yatay düzlemde hareket fareler test kafesine (45 cm x 15 cm, uzunluk: 40 cm, yükseklik genişlik) bir pencereden ulaşılabilir 6 mm çaplı, küresel kolu ile robot ile etkileşime hareketleri) ve döndürülmüş (pronasyon-supinasyon hareketleri). Bu nedenle, geleneksel tek pelet ulaşan görevler sırasında idam benzeşmekte hareketleri yürütmek için sıçan sağlar. Pencere 10 mm genişliğinde ve kafes yerden 50 mm yer almaktadır. sap yerden 55 mm yer almaktadır. Bir sürgülü kapı blokları deneme ulaşan ve robot başlangıç ​​konumuna ulaştığında ve deneme tamamlandıktan sonra kapandığında açılır arasındaki sapa erişir. düzgün bir şekilde yürütülür hareket sonra, sıçanlar test kafesine karşı tarafında bir gıda ödül almak. Robot yazılım üzerinden kontrol ve pozisyon o hakkında bilgi sonuçlanan 1000 Hz de 3 döner enkoderler çıktı kayıtları olduğuyatay bir düzlemde, hem de kendi dönme açısı sapa F (Daha fazla bilgi için, 11 referans bakınız). Başarılı bir görev yürütülmesi için gerekli koşullar (örneğin asgari bir erişim-ve-çekme görevi orta hat mesafe ve maksimum sapmayı çekerek gerekli) her antrenmandan önce yazılımda tanımlanır. sapın bir başlangıç ​​standart referans konumu her eğitim oturumunun başında sabit tutucu ile kaydedilir. Bu referans her deneme için sapın sabit başlama pozisyonu güvence, bir oturum içinde tüm çalışmalar için kullanılır. Kafes penceresine tanıtıcı göreceli sabit konumlandırma kafes ve robot (Şekil 1) işaretleri uyum ile güvence altına alınmıştır. ulaşan hareketlerin Video kayıtları, küçük bir yüksek hızlı kamera (120 kare / sn, 640 x 480 çözünürlük) kullanılarak kaydedilir. Kameranın görünümünde küçük bir ekran oturumu eğitim, sıçan kimlik numarasını gösterir,deneme numarası ve deneme sonucu (başarı ya da başarısız). Bu videolar kaydedilen sonuçları doğrulamak ve dokunma önce hareketleri ulaşan sapı çekerek veya rotasyon etkilerini değerlendirmek için kullanılır. Burada, bir erişim-ve-çekme görevi varyasyonları bu robot platformunun kullanımını göstermektedir. Bu görev, diğer yetenekli ulaşan paradigmalar karşılaştırılabilir ve tekrarlanabilir sonuçlar verir bir süre içinde eğitilmiş olabilir. Biz tipik bir eğitim protokolü, yanı sıra bazı temel çıkış parametreleri açıklar. Ayrıca, biz kullanılan eğitim protokolü küçük değişiklikler motor beceri öğrenme süreci içinde bağımsız subprocesses temsil edebilir davranışsal sonuçlar değişmiş zamanlı kurslar neden olabilir nasıl gösterir.

<table><tbody><tr><td>ETH Pattus</td><td></td><td></td><td>ETH Pattus was made by the Rehabilitation Engineering Laboratory of Prof. Gassert at ETH Zurich.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Training cage&amp;nbsp;</td><td></td><td></td><td>The plexiglass training cage was made in-house.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Pellet dispenser</td><td>Campden Instruments</td><td>80209</td><td></td></tr><tr><td>45-mg dustless precision pellets</td><td>Bio-Serv</td><td>F0021-J</td><td></td></tr><tr><td>GoPro Hero 3+ Silver Edition&amp;nbsp;</td><td>digitec.ch</td><td>284528</td><td>Small highspeed camera&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Small display</td><td>Adafruit Industries</td><td>#50, #661</td><td>128 x 32 SPI OLED display controlled via an Arduino Uno microcontroller and Labview software</td></tr><tr><td>LabVIEW 2012</td><td>National Instruments</td><td>776678-3513</td><td>ETH Pattus is compatible with more recent Labview versions.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Matlab 2014b</td><td>The Mathworks</td><td>MLALL</td><td></td></tr></tbody></table>

investigating motor skill learning processes with a robotic manipulandum

Nitelikli ulaşan görevler genellikle sağlıklı ve patolojik koşullar altında motor beceri öğrenme ve motor fonksiyon çalışmalarında kullanılır, ancak zaman yoğun ve belirsiz basit başarı oranları ötesinde ölçmek için olabilir. Burada, ETH Pattus, kayıtları çekme ve sıçanlarda el rotasyon hareketleri o eğitimi ulaşan otomatik ön ayakları için bir robot platformu ile erişim-ve-çekme görevler için eğitim prosedürü açıklar. gerçekleştirilen çekme girişimleri kinematik ölçümü gibi orta hattan hızı, çekme yörünge mekansal değişkenlik, sapma çekerek, yanı sıra başarıyı çekerek olarak hareket parametrelerinin farklı zamansal profilleri varlığını ortaya koymaktadır. Biz eğitim paradigmasında küçük ayarlamalar zorluk, genel motor fonksiyon veya yetenekli görev yürütme görev onların ilişkisini ifşa bu parametrelerdeki değişiklikler neden göstermek. Elektrofizyolojik, farmakolojik ve optogenetic teknikleri ile birleştiğinde, bu paradigma kullanılabilir(inme sonrası örneğin) Motor öğrenme ve hafıza oluşumunun yanı sıra kaybı ve fonksiyon kurtarma altında yatan mekanizmaları keşfetmek için.

Burada, erkek Long-Evans sıçanları (10-12 haftalık) kullanarak erişim-ve çekme görevi 3 farklılıklar göstermektedir. serbest-pull (FP) grubunda (N = 6), fareler yanal kısıtlama olmadan bir 22 günlük süre için robotun kolu çekin eğitilmiştir. Hayvanlar orta hattan en fazla 2 mm sapmadan kolu çekmek için eğitilmiştir (N = 12) 1 (SP1) grubu düz çekin. Bu hayvanlar ödül-touch düz çekme eğitimi (adım 2.3) (adım 2.5) doğrudan geçiş. Her iki FP ve SP1 hayvanla...

Watch this Scientific Journal Video about Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum at JoVE.com

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Bir paradigma sıçanlarda otomatik yetenekli ulaşan görevin eğitim ve analizi için sunulmuştur. çekme girişimlerinin analizi, motor öğrenme farklı subprocesses ortaya koymaktadır.

Bir Robotik Manipulandum ile motor Beceri Öğrenme Süreçlerinin İncelenmesi

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

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

Research

JoVE Journal

Behavior

8.7K Görüntüleme.  University Hospital Zurich.  Bir paradigma sıçanlarda otomatik yetenekli ulaşan görevin eğitim ve analizi için sunulmuştur. çekme girişimlerinin analizi, motor öğrenme farklı subprocesses ortaya koymaktadır. 

Video: Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and retrieve food rewards positioned at a specific location, their motor performance (defined as accuracy and speed) improves progressively over time, and plateaus after persistent training. Once such reaching skill is mastered, its further maintenance does not require constant practice. Here we introduce a single-pellet reaching task to study the acquisition and maintenance of skilled forelimb movements in mice. In this video, we first describe the behaviors of mice that are commonly encountered in this learning and memory paradigm, and then discuss how to categorize these behaviors and quantify the observed results. Combined with mouse genetics, this paradigm can be utilized as a behavioral platform to explore the anatomical underpinnings, physiological properties, and molecular mechanisms of learning and memory.

Persistent practice improves the precision of coordinated movements.&#160;Here we introduce a single-pellet reaching task, which is designed to assess the learning and memory of forelimb skill in mice.&#160;

Farelerde Tek pelet ulaşan Görevleri ile öğrenme Çalışması Motor Beceri

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

Davranış

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

Advances in robotic systems have resulted in prostheses for the upper limb that can produce multifunctional movements. However, these sophisticated systems require upper limb amputees to learn complex control schemes. Humans have the ability to learn new movements through imitation and other learning strategies. This protocol describes a structured rehabilitation method, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning, and aims to assess if this method can improve multifunctional prosthetic control. A left below elbow amputee, with 4 years of experience in prosthetic use, took part in this case study. The prosthesis used was a Michelangelo hand with wrist rotation, and the added features of wrist flexion and extension, which allowed more combinations of hand movements. The participant&#8217;s Southampton Hand Assessment Procedure score improved from 58 to 71 following structured training. This suggests that a structured training protocol of imitation, repetition and reinforcement may have a role in learning to control a new prosthetic hand. A larger clinical study is however required to support these findings.

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.

Geliştirilmiş Çok Fonksiyonlu Protez Kontrolü için Yapılandırılmış Rehabilitasyon Protokolü: Bir Olgu Sunumu

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

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.

A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

Nitelikli ön ayakları Sıçanlarda Görev ulaşan bir Yüksek hassasiyet Edinme

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by observation or passive movement of trainee&#39;s hands by a robotic device). This obviously presents a major challenge in the rehabilitation of a paretic limb since voluntary control of physical movement is limited. Here, we describe a novel training scheme we have developed that has the potential to circumvent this major challenge. We exploited the voluntary control of one hand and provided real-time movement-based manipulated sensory feedback as if the other hand is moving. Visual manipulation through virtual reality (VR) was combined with a device that yokes left-hand fingers to passively follow right-hand voluntary finger movements. In healthy subjects, we demonstrate enhanced within-session performance gains of a limb in the absence of voluntary physical training. Results in healthy subjects suggest that training with the unique VR setup might also be beneficial for patients with upper limb hemiparesis by exploiting the voluntary control of their healthy hand to improve rehabilitation of their affected hand.

We describe a novel virtual-reality based setup which exploits voluntary control of one hand to improve motor-skill performance in the other (non-trained) hand. This is achieved by providing real-time movement-based sensory feedback as if the non-trained hand is moving. This new approach may be used to enhance rehabilitation of patients with unilateral hemiparesis.

Sanal gerçeklik bir yandan Motor beceri bilgi aktarmak için kullanma

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ultrasound. However, limited numbers of robots designed for extra-corporeal ultrasound have been successfully translated into clinical use. In this study, we aim to build a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination, which is lightweight and has a small footprint. The robot is formed by five specially shaped links and custom-made joint mechanisms for probe manipulation, to cover the necessary range of motion with redundant degrees of freedom to ensure the patient&#39;s safety. The mechanical safety is emphasized with a clutch mechanism, to limit the force applied to patients. As a result of the design, the total weight of the manipulator is less than 2 kg and the length of the manipulator is about 25 cm. The design has been implemented, and simulation, phantom, and volunteer studies have been performed, to validate the range of motion, the ability to make fine adjustments, mechanical reliability, and the safe operation of the clutch. This paper details the design and implementation of the bespoke robotic ultrasound manipulator, with the design and assembly methods illustrated. Testing results to demonstrate the design features and clinical experience of using the system are presented. It is concluded that the current proposed robotic manipulator meets the requirements as a bespoke system for extra-corporeal ultrasound examination and has great potential to be translated into clinical use.

This paper introduces the design and implementation of a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination. The system has five degrees of freedom with lightweight joints made by 3D printing and a mechanical clutch for safety management.

Tasarım ve ekstra cismani ultrason için ısmarlama bir robot manipülatör

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

Mühendislik

Robotic Mirror Therapy System for Functional Recovery of Hemiplegic Arms

Mirror therapy has been performed as effective occupational therapy in a clinical setting for functional recovery of a hemiplegic arm after stroke. It is conducted by eliciting an illusion through use of a mirror as if the hemiplegic arm is moving in real-time while moving the healthy arm. It can facilitate brain neuroplasticity through activation of the sensorimotor cortex. However, conventional mirror therapy has a critical limitation in that the hemiplegic arm is not actually moving. Thus, we developed a real-time 2-axis mirror robot system as a simple add-on module for conventional mirror therapy using a closed feedback mechanism, which enables real-time movement of the hemiplegic arm. We used 3 Attitude and Heading Reference System sensors, 2 brushless DC motors for elbow and wrist joints, and exoskeletal frames. In a feasibility study on 6 healthy subjects, robotic mirror therapy was safe and feasible. We further selected tasks useful for activities of daily living training through feedback from rehabilitation doctors. A chronic stroke patient showed improvement in the Fugl-Meyer assessment scale and elbow flexor spasticity after a 2-week application of the mirror robot system. Robotic mirror therapy may enhance proprioceptive input to the sensory cortex, which is considered to be important in neuroplasticity and functional recovery of hemiplegic arms. The mirror robot system presented herein can be easily developed and utilized effectively to advance occupational therapy.

We developed a real-time mirror robot system for functional recovery of hemiplegic arms using automatic control technology, conducted a clinical study on healthy subjects, and determined tasks through feedback from rehabilitation doctors. This simple mirror robot can be applied effectively to occupational therapy in stroke patients with a hemiplegic arm.

Hemiplejik Arms Fonksiyonel Kurtarma için Robotik Ayna Tedavi Sistemi

Mirror therapy has been performed as effective occupational therapy in a clinical setting for functional recovery of a hemiplegic arm after stroke. It is ...

Biyomühendislik

Isokinetic Robotic Device to Improve Test-Retest and Inter-Rater Reliability for Stretch Reflex Measurements in Stroke Patients with Spasticity

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has been shown to be limited in inter-rater reliability. One factor in this poor inter-rater reliability is the variability of passive motion while measuring the angle of catch (AoC) measurements. Therefore, an isokinetic device has been proposed to standardize the manual joint motion; however, the benefits of isokinetic motion for AoC measurements has not been tested in a standardized manner. This protocol investigates whether isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability for AoC measurements. For this purpose, a robotic isokinetic device was developed that is combined with surface electromyography (EMG). Two conditions, manual and isokinetic motions, are compared with the standardized method to measure the angle and subjective feeling of catch. It is shown that in 17 stroke patients with mild elbow flexor spasticity, isokinetic motion improved the intraclass correlation coefficient (ICC) for inter-rater reliability of AoC measurements to 0.890 [95% confidence interval (CI): 0.685&#8211;0.961] by the EMG criteria, and 0.931 (95% CI: 0.791&#8211;0.978) by the torque criteria, from 0.788 (95% CI: 0.493&#8211;0.920) by manual motion. In conclusion, isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability of AoC measurements in stroke patients with mild spasticity. Given that this system may provide greater standardized angle measurements and catch of feeling, it may be a good option for the evaluation of spasticity in a clinical setting.

Using a robotic isokinetic device with electromyography (EMG) measurements, this protocol illustrates that isokinetic motion itself can improve inter-rater reliability for the angle of catch measurements in stroke patients with mild elbow flexor spasticity.

Spasticity ile Inme hastalarda streç refleks ölçümleri için test-retest ve Inter-Rater güvenilirlik geliştirmek için isokinetic robotik cihaz

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has ...

The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of daily activities due to lower and upper limb impairments. Intensive physical and occupational therapy are still considered main treatments, but new adjunct therapies to standard rehabilitation that may optimize functional outcomes are being studied.
Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that polarizes underlying brain regions through the application of weak direct currents through electrodes on the scalp, modulating cortical excitability. Increased interest in this technique can be attributed to its low cost, ease of use, and effects on human neural plasticity. Recent research has been performed to determine the clinical potential of tDCS in diverse conditions such as depression, Parkinson&#39;s disease, and motor rehabilitation after stroke. tDCS helps enhance brain plasticity and seems to be a promising technique in rehabilitation programs.
A number of robotic devices have been developed to assist in the rehabilitation of upper limb function after stroke. The rehabilitation of motor deficits is often a long process requiring multidisciplinary approaches for a patient to achieve maximum independence. These devices do not intend to replace manual rehabilitation therapy; instead, they were designed as an additional tool to rehabilitation programs, allowing immediate perception of results and tracking of improvements, thus helping patients to stay motivated.
Both tDSC and robot-assisted therapy are promising add-ons to stroke rehabilitation and target the modulation of brain plasticity, with several reports describing their use to be associated with conventional therapy and the improvement of therapeutic outcomes. However, more recently, some small clinical trials have been developed that describe the associated use of tDCS and robot-assisted therapy in stroke rehabilitation. In this article, we describe the combined methods used in our institute for improving motor performance after stroke.

The combined use of transcranial direct current stimulation and robotic therapy as an add-on for conventional rehabilitation therapy may result in improved therapeutic outcomes due to modulation of brain plasticity. In this article, we describe the combined methods used in our institute for improving motor performance after stroke.

Transkraniyal doğrudan geçerli stimülasyon ve robotik tedavisi kombine kullanımı üst ekstremite için

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Nörobilim

Development of a Novel Task-oriented Rehabilitation Program using a Bimanual Exoskeleton Robotic Hand

A robot-assisted hand is used for the rehabilitation of patients with impaired upper limb function, particularly for stroke patients with a loss of motor control. However, it is unclear how conventional occupational training strategies can be applied to the use of rehabilitation robots. Novel robotic technologies and occupational therapy concepts are used to develop a protocol that allows patients with impaired upper limb function to grasp objects using their affected hand through a variety of pinching and grasping functions. To conduct this appropriately, we used five types of objects: a peg, a rectangular cube, a cube, a ball, and a cylindrical bar. We also equipped the patients with a robotic hand, the Mirror Hand, an exoskeleton&#160;hand that is fitted to the subject&#8217;s affected hand and follows the movement of the sensor glove fitted to their unaffected hand (bimanual movement training (BMT)). This study had two stages. Three healthy subjects were first recruited to test the feasibility and acceptability of the training program. Three patients with hand dysfunction caused by stroke were then recruited to confirm the feasibility and acceptability of the training program, which was conducted on 3 consecutive days. On each day, the patient was monitored during 5 min of movement in a passive range of motion, 5 min of robot-assisted bimanual movement, and task-oriented training using the five objects. The results showed that both healthy subjects and subjects who had suffered a stroke in conjunction with the robotic hand could successfully grasp the objects. Both healthy subjects and those who had suffered a stroke performed well with the robot-assisted task-oriented training program in terms of feasibility and acceptability.

This study reports the development of a novel robot-assisted task-oriented program for hand rehabilitation. The developmental process consists of experiments using both healthy subjects and subjects who have had a stroke and suffered from subsequent motor control dysfunction.

Bimanual Exoskeleton Robotik El Kullanarak Yeni Görev Odaklı Rehabilitasyon Programı Geliştirilmesi

A robot-assisted hand is used for the rehabilitation of patients with impaired upper limb function, particularly for stroke patients with a loss of motor ...

Tıp

İnme sonrası üst ekstremite iyileşmesi için entegre robotik ve konvansiyonel tedavi

Enhancing Upper Limb Function and Motor Skills Post-Stroke Through an Upper Limb Rehabilitation Robot

Cerebrovascular accidents, commonly known as strokes, represent a prevalent neurological event leading to significant upper limb disabilities, thereby profoundly affecting individuals' activities of daily living and diminishing their quality of life. Traditional rehabilitation methods for upper limb recovery post-stroke are often hindered by limitations, including therapist and patient fatigue, reliance on singular training methodologies, and lack of sustained motivation. Addressing these challenges, this study introduces an upper limb rehabilitation robot, which uses intelligent feedback motion control to improve therapeutic outcomes. The system is distinguished by its capability to adjust the direction and magnitude of force feedback dynamically, based on the detection of spastic movements during exercises, thereby offering a tailored therapeutic experience. This system is equipped with four distinct training modes, intelligent assessment of joint range of motion, and the ability to personalize training programs. Moreover, it provides an immersive interactive gaming experience coupled with comprehensive safety measures. This multifaceted approach not only elevates the engagement and interest of participants beyond traditional rehabilitation protocols but also demonstrates significant improvements in upper limb functionality and the activities of daily living among hemiplegic patients. The system exemplifies an advanced tool in upper limb rehabilitation, offering a synergistic blend of precision, personalization, and interactive engagement, thereby broadening the therapeutic options available to stroke survivors.

Yazar Spotlight: Daha İyi Motor Kurtarma ve Fonksiyonel Sonuçlar için Robotik Teknolojilerle İnme Sonrası Üst Ekstremite Rehabilitasyonunun Geliştirilmesi

This protocol describes an upper limb rehabilitation robot that provides intelligent feedback through four modes. These modes enhance upper limb function and flexibility, thereby improving patients' quality of life.

Bir Üst Ekstremite Rehabilitasyon Robotu ile İnme Sonrası Üst Ekstremite Fonksiyonunun ve Motor Becerilerin Geliştirilmesi

Cerebrovascular accidents, commonly known as strokes, represent a prevalent neurological event leading to significant upper limb disabilities, thereby ...