로봇 형 조작기와 모터 스킬 학습 과정 조사
Summary
패러다임은 쥐의 자동 숙련 된 도달 작업의 훈련과 분석을 위해 제공됩니다. 당기 시도의 분석은 운동 학습의 고유 한 하위 프로세스를 보여준다.
Abstract
숙련 된 도달 작업은 일반적으로 건강하고 병적 인 조건에서 모터 기술 학습 및 운동 기능의 연구에 사용되지만, 시간이 많이와 모호한 간단한 성공률을 넘어 정량화 할 수있다. 여기서 우리는 ETH Pattus, 기록이 당겨 쥐에서 손의 회전 운동을하는 것이 훈련에 도달 자동 앞다리를위한 로봇 플랫폼 범위 및 풀 작업을위한 교육 과정을 설명합니다. 수행 된 인상 시도 학적 정량은 정중선 속도 견인 궤적의 공간 변동 편차 당기는 물론 성공 당기는 등의 움직임 파라미터 별개 시간 정보의 존재를 보여준다. 우리는 교육 패러다임에서 약간의 조정이 어려움, 일반적으로 운동 기능 또는 숙련 된 작업 실행을 작업하기 위해 자신의 관계를 드러내는 이러한 매개 변수의 변화가 발생하는 방법을 보여줍니다. , 전기 생리 약리 및 optogenetic 기술과 결합하여,이 패러다임을 사용할 수 있습니다(뇌졸중 후 예) 모터 학습과 기억 형성뿐만 아니라 손실과 기능의 회복을 기본 메커니즘을 탐구합니다.
Introduction
모터 작업은 널리 신경 학적 또는 약리학 동물 모델에서 운동 기능의 변화 운동 학습 또는 관련 행동 및 신경의 변화를 평가하는 데 사용됩니다. 미세 운동 기능하지만, 설치류 정량화하기 어렵다. 이러한 시리얼 1의 조작, 파스타 2, 해바라기 씨 3과 손재주를 필요로하는 작업은 민감하고 동물의 광범위한 교육이 필요하지 않습니다. 그들의 주요 단점은 이러한 작업은 대부분 질적 결과를 산출하고 명확하게 점수 어려울 수 있다는 것입니다.
이러한 태스크에 이르는 단일 펠릿 변형 숙련 도달 작업, 4, 5를 정량화하는 것이 더 간단하다. 그러나, 이러한 작업의 성공적인 실행을 기초 학적 요인 제한된 정도로 추정하고 노동 집약적 프레임 별 영상 A를 필요로 할 수있다nalysis.
로봇 장치 앞다리 기능과 모터의 기술을 양태를 정량화 수단으로 인기를 얻고있다. 여러 자동화 도달 작업이 가능합니다. 이러한 리니어 가이드를 따라 핸들 6, 7, 간단한 말단 사지 운동 앞발 9 8 또는 내전 및 외전 당기는 등의 앞다리 이동 한 측면에 다수의 초점. 이러한 장치는 모터의 기능 분석을위한 약속을 보여주는 반면, 단지 복합 모터 동작 연장을 제한에 도달하는 단일 펠릿 실행 중에 반영한다.
여기서는 쥐 10, 11, 다양한 모터 작업 훈련 및 평가를 위해 개발 된 3 자유도의 로봇 장치, ETH Pattus의 사용을 입증한다. 그것은 평면과 손, 파악에 쥐의 앞다리 운동의 회전 운동 및 기록수평면에서 수행 작업 당기는. (밀고 당기고 수평면으로 이동 쥐 시험 케이지 (45cm : 15cm, 길이 : 40cm, 높이 폭)의 창을 통해 도달 할 수있는 6mm 직경의 구형 핸들을 통해 로봇과 상호 작용 운동)과 회전 (내전 – 회 외전 운동). 따라서, 종래의 단일 펠릿 도달 태스크 실행 중에 그 근사 동작을 수행하는 래트 수있다. 창은 10mm 폭 케이지 바닥에서 50mm에 위치해 있습니다. 핸들은 바닥에서 55mm에 위치해 있습니다. 미닫이 블록 시험 도달 로봇이 시작 위치에 도달하고, 시험 완료 후 닫힐 때 열리는 사이 핸들에 접근. 올바르게 실행 운동 후 쥐 테스트 케이지의 반대쪽에 음식 보상을받을 수 있습니다.
로봇은 소프트웨어를 통해 제어되고 위치 (O)에 대한 정보의 결과로, 1000 Hz에서 3 로터리 인코더로부터 출력되는 기록수평면뿐만 아니라 그것의 회전 각도로 핸들 F (세부 사항은도 11을 참조하는 참조). 성공적인 작업 실행을 위해 요구되는 조건 (예를 들어 최소가 도달 및 풀 태스크의 중심선으로부터의 거리 및 최대 편차 당기는 필요) 각 트레이닝 세션 이전에 소프트웨어에서 정의된다. 핸들의 초기 표준화 기준 위치는 각 트레이닝 세션의 시작에서 고정 홀더가 기록된다. 이 참고 문헌은 각각의 시험에 대한 핸들의 일정한 시작 위치를 보장 세션 내의 모든 시험에 사용된다. 케이지 창 핸들 상대의 정수 위치는 케이지와 로봇 (그림 1)에 마크의 정렬에 의해 보장된다.
도달 운동의 비디오 녹화는 작은 고속 카메라 (120 프레임 / 초, 640 × 480 해상도)를 사용하여 기록됩니다. 카메라의 뷰에있는 작은 디스플레이는 세션을 훈련, 쥐의 식별 번호를 표시,시험 번호 및 시험 결과 (성공 또는 실패). 이러한 동영상이 기록 결과를 확인하고, 터칭 선행 움직임 도달 핸들 당김 또는 회전의 효과를 평가하기 위해 사용된다.
여기서, 우리는 도달 및 풀 작업의 변동이 로봇 플랫폼의 사용을 입증한다. 이 작업은 다른 당업자 도달 패러다임에 필적하고 재현성있는 결과를 얻을 수 시간 이내에 훈련 될 수있다. 우리는 전형적인 교육 프로토콜뿐만 아니라, 일부의 메인 출력 파라미터를 설명한다. 또한, 우리는 사용 훈련 프로토콜의 사소한 변경은 모터 기술 학습 프로세스 내에서 독립적 인 서브 프로세스를 나타낼 수있다 행동 결과의 변경된 시간 과정에서 발생할 수 방법을 보여줍니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
숙련 된 도달 작업은 일반적으로 병적 인 조건 (6)에서 모터 기술 습득뿐만 아니라 운동 기능의 장애를 연구하는 데 사용됩니다. 동작 도달 신뢰성 모호 분석 모터 습득뿐만 아니라, 손실 및 신경 질환의 동물 모델에서 이어지는 기능 회복에 관여하는 신경 생리 학적 과정을 기초 세포 메카니즘의 연구에 중요하다. 여기에 제시된 결과는 당기는 운동의 공간 및 시간 측면 모터 기?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 스위스 국립 과학 재단 (National Science Foundation), 베티와 데이비드 Koetser 재단 뇌 연구와 ETH 재단에 의해 지원되었다.
Materials
| ETH Pattus | ETH Pattus was made by the Rehabilitation Engineering Laboratory of Prof. Gassert at ETH Zurich. | ||
| Training cage | The plexiglass training cage was made in-house. | ||
| Pellet dispenser | Campden Instruments | 80209 | |
| 45-mg dustless precision pellets | Bio-Serv | F0021-J | |
| GoPro Hero 3+ Silver Edition | digitec.ch | 284528 | Small highspeed camera |
| Small display | Adafruit Industries | #50, #661 | 128×32 SPI Oled display controlled via an Arduino Uno microcontroller and Labview software |
| Labview 2012 | National Instruments | 776678-3513 | ETH Pattus is compatible with more recent Labview versions. |
| Matlab 2014b | The Mathworks | MLALL |
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