Diese Studie wurde unterstützt durch den Verdienst Review Award # B1495-R (zu Jeffrey R. Capadona) und die Presidential Early Career Award für Wissenschaftler und Ingenieure (PECASE) (zur Jeffrey R. Capadona) aus den Vereinigten Staaten von Veteranen Angelegenheiten Rehabilitation Forschung und Entwicklungsservice. Darüber hinaus wurde diese Arbeit vom Amt des Assistant Secretary Of Defense for Health Affairs durch das Peer überprüft medizinische Forschungsprogramm unter Award Nr. teilweise unterstützt. W81XWH-15-1-0608. Die Autoren erkennen Quelle für ihre Sommer-Forschung, die finanzielle Unterstützung. Den Inhalt repräsentieren nicht die Ansichten des United States Department of Veterans Affairs oder Regierung der Vereinigten Staaten. Die Autoren möchten Hiroyuki Arakawa in der Home-Nagetier Verhalten Kern für seine Führung im entwerfen und Testen von Nagetier Verhaltens Protokolle zu danken. Die Autoren möchten auch James Drake und Kevin Talbot vom Department of Mechanical Home- und Luft-und Raumfahrttechnik Danke für ihre Hilfe bei der Entwicklung und Herstellung von Nagetier Leiter Test.

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Der kritischste Teil des Protokolls zu eine starke Analyse zu gewährleisten ist die konsequente Dreharbeiten. Wenn die Videos gut beleuchtet und gefilmt an der richtigen Stelle sind, wie im ersten Abschnitt des Protokolls diskutiert, wird das System eine genaue Analyse durchführen können. Wie bei jedem Bildverarbeitungs-Problem wird die Arbeit in der Vorverarbeitung die Nachbearbeitung genauer und einfacher machen. Als solche bedeutet dafür sorgen, dass das Gerät und die Tiere während des Tests gut beleuchteten sind und keine Schatten oder andere Bewegung im Rahmen wird auf ein Minimum gehalten, dass der BVAS auf einer höheren Ebene der Genauigkeit funktionieren kann.
Die hier vorgestellten Protokoll lässt sich effizient und reproduzierbar analysieren, Ergebnisse aus groben und feinen Motorik Tests in Nagetieren über eine offene Feld Raster und eine Leiter Test. Zusätzlich reduziert es die Möglichkeit, menschliches Versagen oder Bias im Analyseprozess, wie die Datenanalyse durch den selbständig funktionierende Computer ohne Benutzereingaben weitgehend abgeschlossen ist. Wegen dieser Funktion kann das BVAS System mit dem gleichen Grad an Genauigkeit von sowohl Anfänger als auch Experten Benutzern verwendet werden. Das BVAS Programm ist Selbstkontrolle, einfach zu implementieren und kostengünstig zu nutzen. Darüber hinaus kann der Code des Forschers individuellen Bedürfnissen angepasst sein. Beispielsweise die Freiland Grid Code kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Metriken, die insgesamt zurückgelegte Strecke, einschließlich die maximale Geschwindigkeit erreicht, zu analysieren und die Anzahl der Links und rechts dreht, und konnte für das Tracking in eine Wasser-Irrgarten wahrscheinlich leicht geändert werden oder gezwungen Schwimmen t Fragen. Zusätzliche Änderungen können am Code vorgenommen werden, um unterschiedliche Raumbeleuchtung, Unterschiede in Raster und Leiter Linienfarbe und tierischen farbliche Unterschiede zu berücksichtigen. Obwohl Tests Apparat und die hier vorgestellten BVAS-Code für ihre Ratte Studien entwickelt wurden, erwarten wir, dass entweder oben oder unten skaliert werden könnte mit verschiedenen Tiere, obwohl dies bisher nicht nachgewiesen wurde.
Wie bei allen Tests und Daten Verhaltensanalyse, ist es wichtig, so viel wie möglich über das Studium und die spätere Analysen Konsistenz. Obwohl die vorgestellten BVAS Vertrauen auf menschliche Eingabe für die Datenanalyse reduziert, kann menschliche Varianz mit dem Forscher arbeiten mit den Tieren und Handhabung der Verfahren15ins Spiel kommen. Darüber hinaus können Veränderungen im Test Lage16 oder Gehäuse und Tierhaltung Bedingungen17 auch die Ergebnisse beeinflussen. Während der BVAS für Beleuchtung und Kamera-Winkel-Konto aktualisiert werden kann, können Faktoren wie Gerüche, Personal oder Diät nur zum Zeitpunkt der Studie berücksichtigt werden. Daher sollten Forscher Vorsicht so konsistent wie möglich weiterhin in Tierversuchen und Wohnverhältnisse, Personal und analytischen Methoden, unter anderem zu testen.
Die BVAS ist Roman wegen seiner zusammengesetzten Detektionssystem. Jeder Frame des Videos wird durch mehrere Bildfilter erstelle ich alle binäre Masken so kalibriert, dass die Ratte im Rahmen suchen übergeben. Jede mögliche Ratte Form wird dann vom System auf die Wahrscheinlichkeit des Seins die Ratte bewertet. Diese Bewertung Faktoren in der Größe, die Anzahl der Filter, die, denen die Form auf, erkannt wird, und die letzte bekannte Position und der vorhergesagten Position des Tieres anhand der vorherigen Bahn. Dies sorgt für eine starke Tier Erkennung, die meisten Probleme, die entstehen, basierend auf Schatten überwinden kann und Änderungen in der Beleuchtung. Im Gegensatz zu aktuellen handelsüblichen Tier-Tracking-Systemen diese Methode erfordert keine Änderungen an das Tier, um es besser sichtbar zu machen und nutzt eine einheitlichen Standard-Geschwindigkeit-Webcam für die Videoaufnahme. Das BVAS System ist auch eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen manuell quantifizierte Verhalten zu testen, weil die Metriken, die ausgegeben werden aus den Videos objektiv gemessen werden. Quantifizierte Verhaltens Humanstudie haben einige Subjektivität in der Natur, wie der Forscher entscheidet was macht eine Pfote Slip oder Raster Linie überqueren.
Das System erfordert ein etwas spezielles Setup zu seiner vollsten Funktionen arbeiten. Es ist, zwar möglich, das System auf Veränderungen in der Vorrichtung anzupassen müsste es derzeit einige Geläufigkeit in Computer Codierung um den Code zu bearbeiten. Einige Codierung fließend ist Fehlersuche leicht gemacht, weil der Fehler bemerken e-Mails enthalten eine vollständige Fehlermeldung Informationen auslesen. Wenn die Videos ins System nicht mit der idealen Auflösung oder Frame Rate (1080p, 15 fps) sind, kann der Benutzer alarmiert über eine Warnmeldung angezeigt. Diese Änderung wirkt sich die Genauigkeit des Systems, aber es kann immer noch auf Videos mit niedriger Auflösung laufen. Keine Beleuchtung oder Schatten-Probleme, die während der Analyse zu einem Fehler führt zu eine dynamische Fehlermeldung an den Benutzer eingegebenen e-Mail gesendet. Debug-Viewer können die Benutzer dann sehen die Frame für Frame-Analyse zu verstehen, welches Problem entstand. Die Fehlermeldung enthält auch einen Fehler melden, damit es eine Codierung Problem ist, einfach angesprochen werden kann.
In Zukunft kann BVAS System weiter ohne Kenntnisse der Syntax von der Codierung Software angepasst werden können. Die Zugabe von einem Tracking Menü "Optionen" könnte erlauben dem Benutzer, wählen die Farbe der Tier- und Raster Linien einfach und bequem. Der Leiter Test tracking steigen auch in der Genauigkeit möglich zusätzlich eine Kaskade Objekt Detektor in den Code und eine bessere Leiter Beleuchtung Rig, Leiter Test und Dreharbeiten Apparat zu begleiten. Daher erwarten wir, dass das hier beschriebene BVAS-System ohne weiteres in ein Array von Verhaltens- und motorischen Funktion Aufgaben umfassen eine Vielzahl von Krankheiten und Verletzungen Modelle implementiert werden kann.

Es gibt viele etablierte Methoden, Funktions- und Verhaltensstörungen Motor und kognitive Beeinträchtigungen1,2,3zu beurteilen. Einige der häufiger eingesetzten Methoden gehören Prüfungen feine Motorik über Pfote Platzierung, stepping und Gliedmaßen Koordination auf einer Leiter Test4, Test Grobmotorik und Stress Verhalten über Freiland-Gitter-Test5 ,6, und Tests für Angst, Depression und Verzweiflung über die erzwungene Schwimmen testen7,8 oder Rotor Stab9. Viele dieser Methoden setzen jedoch auf menschliche Forscher erzielen "das Tier" oder seine Leistung subjektiv zu beurteilen. Die Notwendigkeit für eine subjektive menschliche Beurteilung kann langsam die Generierung und Analyse der Daten sowie präsentieren die Möglichkeit für einen absichtlichen oder unabsichtlichen Einfluss der Forschung Bias in der Studie10. Weitere, subjektive Bewertung der Daten stellt auch das Risiko einer ungenauen Datendarstellung, es durch Vergesslichkeit, schlechte Motivation, unsachgemäße Ausbildung oder Fahrlässigkeit11sein.
Die Verwendung von ein Freiland-Gitter-Test und ein Leiter Test bei Ratten mit intracortical Mikroelektroden12,13implantiert haben wir vor kurzem berichtet. Aufgrund der Neuheit der Ergebnisse dieser Studien, begannen wir sofort mit denen und weitere Funktionstests in vielen laufenden Studien im Labor. Im Vorgriff auf unbeabsichtigte menschliche generiert Variabilität infolge einer Zunahme der Zahl der subjektiven Gutachter und den Analyse-Durchsatz zu verbessern machten wir uns eine automatisierte, Computer-gestützte Programm erzielen Verhaltens Tests erstellen, und das Potenzial für Fehler stark einschränken.
Hier berichten wir über die Entwicklung der BVAS. Der BVAS nutzt Computer-Analyse, um ein offenes Feld Raster und eine Leiter Test bzw. wie Metriken von grob- und Motorik zu erzielen. Die Ergebnisse können verwendet werden, möglich Motorik Defizite verursacht durch Verletzung oder Krankheit, unabhängig von der Verletzung oder Erkrankung Modell aufzuklären. Die Analysecodes können entfallen Änderungen in behavioral Prüfgeräte oder verschiedene Metriken der motorischen Funktion der Gäste angepasst werden. Daher kann der BVAS in vielen Anwendungen, über unsere beabsichtigten Gebrauch oder die beabsichtigte Verwendung der derzeit Beschäftigten von anderen Labors implementiert werden.
Beachten Sie, dass die offenen Netz und Leiter Feldversuche Videoaufzeichnung erfordern. Daher erfordert jede Prüfung eine Videokamera [1080p, mindestens 15 Frames pro Sekunde (fps)], einen Laptop und einen Platz zum Speichern von video-Daten. Legen Sie für beide Tests die Kamera in eine zentrierte Position, so dass der ganze Apparat auf den Rahmen zu sehen. Die Kamera auf einem Stativ oder Gerüste zu verankern, so dass es während der Prüfung bewegt sich nicht. Halten Sie die Ränder des Videoframes so dicht wie möglich parallel zu den Rändern des Tests Apparates. Achten Sie darauf das gleiche Personal alle Tests abgeschlossen und das Zimmer ist gut beleuchtet mit einem temperierten System. Verwenden Sie den gleichen Raum für alle Tiere im Laufe des Tests, mit minimalen Änderungen in den Raum. Getreide oder Bananenchips machen gute Belohnungen zu ermutigen, die Tiere Verhalten Tests absolvieren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:843px;" width="842">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Sprague Dawley rats, male, 201-225g</td>
			<td style="width:197px;">Charles River</td>
			<td style="width:163px;">CD</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Webcam HD Pro c920</td>
			<td style="width:197px;">Logitec</td>
			<td style="width:163px;">960-000764</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Excel</td>
			<td style="width:197px;">Microsoft</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Matalb 2017a, Computer Vision System Toolbox</td>
			<td style="width:197px;">Mathworks</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Open field grid test</td>
			<td style="width:197px;">Made in-house at Case Western Reserve University</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Ladder test</td>
			<td style="width:197px;">Made in-house at Case Western Reserve University</td>
			<td style="width:163px;">N/A</td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a novel single animal motor function tracking system using simple, readily available software

Wir haben vor kurzem gezeigt, dass Implantation intracortical Mikroelektroden in den motor Corteces von Ratten führt zu sofortigen und dauerhaften motorische Defizite. Motorische Beeinträchtigungen wurden manuell durch ein offenes Feld Raster Test zur Messung der Grobmotorik und durch einen Leiter-Test, um die feinen Motorik Messen quantifiziert. Hier diskutieren wir eine Technik für die automatisierte Quantifizierung der Videoaufnahme Tests mit unserem benutzerdefinierten Capadona Behavioral Video Analysesystem: Raster und Leiter Test oder BVAS. Einfach und leicht zugänglich ist Codierung Software nutzt (siehe die Tabelle der Materialien), dieses Programm ermöglicht die Verfolgung eines einzelnen Tieres auf freiem Feldraster und die Leiter-Tests. In öffnen Feldraster tracking Code Schwellen das Video für die Intensität, verfolgt die Position der Ratte über 3 min Dauer des Raster-Tests und analysiert den Weg. Anschließend berechnet und zurückgegeben Messungen für die insgesamt zurückgelegte Strecke, die maximale Geschwindigkeit erreicht, die Anzahl der Windungen mit Links - und Rechtshänder und die Gesamtzahl der Rasterlinien, durchzogen von der Ratte. In ladder, tracking, den Code wieder Schwellen das Video für Intensität, verfolgt die Bewegung der Ratte über die Leiter, und Renditen berechneten Messungen einschließlich der Zeit, die Ratte, die Leiter zu überqueren, die Anzahl der Pfote rutscht unterhalb der Ebene der Auftritt der Stromlaufplan-Strompfade und dem Auftreten von Ausfällen durch Stagnation oder Umkehrungen. Unser Ziel ist, dass die BVAS hier entwickelt für die Analyse der motorischen Funktion in einer Vielzahl von Anwendungen, darunter viele Modelle von Verletzungen oder Krankheiten eingesetzt werden können.

Nach der hier vorgestellten Methoden Ratten abgeschlossen das Freiland-Raster und Leiter tests 2 X pro Woche. Die Daten wurden analysiert, sowohl mit BVAS als auch manuell mit einer Stoppuhr von ausgebildet und unerfahrene Prüfer. Vorgestellten Ergebnisse sind durchschnittlich von der rohen wöchentliche Partituren aus ein einzelnes Steuerelement nicht implantierten Tier über eine 8-Wochen-Studie, wo Woche "0" entspricht der grundlegend zu testen. Hinweis: Es wurde keine Prüfung in Woche 1, da dies eine Rest-Woche für die Chirurgie-Tiere. Da das Freiland Netz getestet 1 X pro Tag, die Leiter ist getestet 5 X pro Tag, und es gibt zwei Testtage pro Woche, gibt es eine Auswahl von 16 Studien für freiem Feldraster gibt es 80 Studien für den Leiter-Test in der 8 Woche Zeitraum.
BVAS vs. manuelle Analyse: Um die Konsistenz des Systems der BVAS zu bestätigen und gegen manuelle Analyse überprüft, die Ergebnisse für Rasterlinien gekreuzt und Leiter überqueren Zeit waren im Vergleich zu den manuellen Ergebnisse von drei Gutachtern (n = 3) als "Goldstandard". Unerfahrene Anwender (n = 7) auch die beiden Daten manuell überprüft und mit der BVAS. Für die Validierung, jeder Gutachter untersucht ein Tag der Experimente für ein Tier (Raster testen = eine Video/Studie; Leiter testen = fünf unabhängige Studien). Für den Freiland-Gitter-Test ergab, dass Gutachtern mehr stimmten als Anfänger Rezensenten waren (eine Abweichung von 0 und eine Varianz von 17,1, beziehungsweise), aber bei der Verwendung der BVAS gab es NULL Abweichung für Experten und Anfänger Benutzer ( Abbildung 4 A). in ähnlicher Weise für den Leiter-Test ergab, dass Gutachtern mehr stimmten als Anfänger Rezensenten waren (~3.5x größer: eine Varianz von 0.120 im Vergleich zu einer Abweichung von 0.414, beziehungsweise), aber bei der Verwendung der BVAS gab es wieder NULL Abweichung für Experten und Anfänger Benutzer (Abbildung 4B).
Wo möglich, Verhalten Metriken für die Freiland-Raster und Leiter test wurden daher manuell durch die gleichen Experte quantifiziert und im Vergleich zu den Ergebnissen mit der BVAS erzeugt. Hier waren die Ergebnisse inklusive Tiere während der gesamten Dauer des Experiments bewertet. Alle Fehler wird als ein Standardfehler des Mittelwertes (SEM) gemeldet, sofern nicht anders ausgewiesen. Der Unterschied zwischen den beiden Methoden reichten von durchschnittlich 0,64 ± 0,06 s für den Leiter Test und 3,56 ± 0,53-Linien für den Raster-Test. Die durchschnittliche Differenz für den Freiland-Gitter-Test im Laufe von 8 Wochen zwischen den beiden Methoden war 11.13 ± 3,03 %. Die durchschnittliche Differenz für den Leiter Test über einen Zeitraum von 8 Wochen zwischen den beiden Methoden war 9.05 ± 1,07 %. Der prozentuale Unterschied zwischen den beiden Methoden wurde nach Gleichung 1berechnet.
Gleichung 1:<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57917/57917eq1.jpg">
Beachten Sie auch die Leiter test Timing, die manuelle Datenerfassung ist nur genau 1 s (die je nach Gerät zur Zeitmessung verwendet ändern kann), während die BVAS präzise um die Umkehrung der die Bildrate des Videos geprüft wird. Wenn das Video mit 15 Bildern pro Sekunde gefilmt wird, ist beispielsweise die BVAS Daten auf 1/15th einer Sekunde genau.
Freiland-Gitter-Test: Nach zuvor veröffentlichten Protokolle12,13, Tiere durften frei laufen in ein offenes Feld Raster Test für 3 min zur Messung ihrer Grobmotorik und betonen Verhalten. Das Video aufgezeichnet während des Tests wurde mit der BVAS um zu quantifizieren, die rohe Kerben für die maximale Geschwindigkeit, die Gesamtdistanz, die Anzahl der Rasterlinien überquert und den Prozentsatz der richtigen Umdrehungen erreicht, indem das Tier (Abbildung 5) analysiert. Während diese Daten nur Vertreter eines Tieres ist, wurden Trends im Laufe des Studiums der erhöhte Maximalgeschwindigkeit erreicht, gesehen, erhöhte insgesamt zurückgelegte Strecke und eine erhöhte Anzahl von Gitternetzlinien gekreuzt. Es überrascht nicht, im Vergleich zueinander, die insgesamt zurückgelegte Strecke und die gesamte Gitternetzlinien gekreuzt hatte eine starke positive Korrelation. Vergleicht man die manuelle Quantifizierung zu BVAS Gitternetzlinie quantifizieren zeigten vergleichbare Ergebnisse (Abbildung 5C). Für dieses besondere Tier schwebte der Prozentsatz der rechts abbiegen weitgehend zwischen 40 % und 50 % (Abbildung 5D). Der Hinweis konnten die Metriken für die insgesamt zurückgelegte Strecke, maximale Geschwindigkeit und Drehrichtung manuell quantifiziert werden, und ein weiteres zusätzliches Feature des Programms automatisierte BVAS vertreten.
Leiter-Test: Wie bereits berichtet4,14war Leiter Prüfung abgeschlossen, um koordinierte Griff und feinen Motorik zu messen. Das Video aufgezeichnet während der Prüfung wurde analysiert mit der BVAS um zu quantifizieren, die rohen Bewertungen für die Zeit, zu überqueren und die Anzahl der Pfote rutscht (Abbildung 6). In diesem Tier war rückläufig in der Zeit die Leiter, gefolgt von einem Anstieg der Zeit ab etwa der 4. Woche zu überqueren. Vergleicht man die manuelle Quantifizierung zu der BVAS offenbart Kreuzung Zeit Quantifizierung vergleichbare Ergebnisse(Abbildung 6). Das Tier präsentiert eine nicht-chirurgische Kontrolle war, waren Pfote rutscht selten und vergleichbare Zahl zwischen der linken und rechten Pfote (Abb. 6B).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57917/57917fig1.jpg"> Abbildung 1 : Beispiel für Freiland-Gitter-Test-Ergebnisse. (A) dieses Panel zeigt die Verhaltensstörungen Test 1 m2 öffnen Testgebiet mit schwarzem Hintergrund und Rosa Rasterlinien. (B) Dies ist ein Beispiel für ein Grundstück ein einziges Tier 3-min-Raster ausgeführt. Dieses Tier aus einer Schaltung des Rasters und blieb dann meist für den Rest der Zeit stationär. Die rote O und x bezeichnen, wo der Jahrhundertwende Erkennungsalgorithmus erkannt Links (O) oder rechts (X) abbiegen. (C) ist dies ein zweites Beispiel eines Grundstücks ein einziges Tier 3-min-Raster ausgeführt. Dieses Tier war für die gesamte 3-min-Testphase sehr aktiv. Die rote O und x bezeichnen, wo der Jahrhundertwende Erkennungsalgorithmus erkannt Links (O) oder rechts (X) abbiegen. (D) ist dies ein Beispiel für die Ausgabe in der Datendatei für die beiden Läufe in Platten B und Czu sehen. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57917/57917fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57917/57917fig2.jpg"> Abbildung 2 : Beispiel für einen Leiter Rezensent Datenbildschirm. (A) dieses Panel zeigt der Leiter Rezensent Datenbild, komplett mit einem Screenshot zeigt den Versuchsaufbau Leiter. Dieser Bildschirm ist, wo der Benutzer erkannten rutscht und Misserfolge bestätigen wird. Dieses Beispiel zeigt einen positiv erkannten rechten Vorderpfote Slip. (B) Dies ist ein Beispiel für die Ausgabe in der Datendatei für die Leiter laufen, zentrale Auntersucht. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57917/57917fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57917/57917fig3.jpg"> Abbildung 3 : Beispiel der BVAS Analyse Bildschirme. (A) dieses Panel zeigt das Hauptmenü der BVAS. Beachten Sie die vier Tasten auf der Unterseite und die E-Mail-Einstellungen -Drop-Down-Menü in der oberen linken Ecke. (B) Dies ist ein Beispiel für eine Datei-Auswahl-Bildschirm in diesem Fall für die Leiter Videoanalyse. (C) Dies ist ein Beispiel, eine Debug-Analyse-Viewer für ein Raster-Test-Video. Dies zeigt den Erkennungsalgorithmus bei der Analyse eines Raster-Tests. (D) dieses Panel zeigt beispielhaft ein Debug-Analyse-Viewer für einen Leiter Test video. Dies zeigt den Erkennungsalgorithmus bei der Analyse eines Leiter-Tests. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57917/57917fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57917/57917fig4.jpg"> Abbildung 4 : Beispiel für Experten und Anfänger Testergebnisse. Diese Tafeln zeigen die Ergebnisse der ein Handbuch und ein BVAS Experten und Anfänger testen für (A) die Anzahl der Rasterlinien auf der Freiland-Gitter-Test und (B) überquert die Zeit auf der Leiter-Test zu durchqueren. Für beide Tests zeigten die Ergebnisse, dass erfahrene Benutzer eine geringere Varianz als unerfahrene Anwender für die manuelle Analyse, hatte während mit der BVAS NULL Abweichung, unabhängig von der Benutzer-Erfahrung geführt. Die Standardabweichung wird berichtet. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57917/57917fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57917/57917fig5.jpg"> Abbildung 5 : Repräsentative öffnen Feld Raster Testergebnisse. Diese Tafeln zeigen repräsentative Freiland Raster Testergebnisse für ein Tier nicht implantierten Kontrolle für (A), die maximale Geschwindigkeit erreicht, (B) die insgesamt zurückgelegte Strecke, (C) die Gesamtzahl der Gitternetzlinien gekreuzt und (D) die Prozentsatz des Rechts abbiegen, durch das Tier gemacht. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57917/57917fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57917/57917fig6.jpg"> Abbildung 6 : Repräsentative Leiter Testergebnisse. Diese Tafeln zeigen repräsentative Leiter Testergebnisse für ein Tier nicht implantierten Kontrolle für (A) die Zeit, die Leiter, und (B) die Anzahl der Rechts - und links-vorne-Paw rutscht zu überqueren. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57917/57917fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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

Die aktuelle Studie zielte darauf ab, die Quantifizierung der motorischen Defizite bei Ratten zu automatisieren. Die Erstbewertung Modell bewertet motor Schäden aus einer intracortical Mikroelektrode Implantation im motorischen Kortex. Wir berichten über die Entwicklung und Nutzung eines Tracking-Algorithmus mit leicht anpassbar, einfach und leicht zugänglich, Software-Codierung.

Eine neuartige einzigen tierischen Motorik Tracking-System mit einfachen, leicht verfügbaren Software

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

a-novel-single-animal-motor-function-tracking-system-using-simple

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Behavior

6.5K Aufrufe.  Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center. Die aktuelle Studie zielte darauf ab, die Quantifizierung der motorischen Defizite bei Ratten zu automatisieren. Die Erstbewertung Modell bewertet motor Schäden aus einer intracortical Mikroelektrode Implantation im motorischen Kortex. Wir berichten über die Entwicklung und Nutzung eines Tracking-Algorithmus mit leicht anpassbar, einfach und leicht zugänglich, Software-Codierung.

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

Mouse Short- and Long-term Locomotor Activity Analyzed by Video Tracking Software

Locomotor activity (LMA) is a simple and easily performed measurement of behavior in mice and other rodents. Improvements in video tracking software (VTS) have allowed it to be coupled to LMA testing, dramatically improving specificity and sensitivity when compared to the line crossings method with manual scoring. In addition, VTS enables high-throughput experimentation. While similar to automated video tracking used for the open field test (OFT), LMA testing is unique in that it allows mice to remain in their home cage and does not utilize the anxiogenic stimulus of bright lighting during the active phase of the light-dark cycle. Traditionally, LMA has been used for short periods of time (mins), while longer movement studies (hrs-days) have often used implanted transmitters and biotelemetry. With the option of real-time tracking, long-, like short-term LMA testing, can now be conducted using videography. Long-term LMA testing requires a specialized, but easily constructed, cage so that food and water (which is usually positioned on the cage top) does not obstruct videography. Importantly, videography and VTS allows for the quantification of parameters, such as path of mouse movement, that are difficult or unfeasible to measure with line crossing and/or biotelemetry. In sum, LMA testing coupled to VTS affords a more complete description of mouse movement and the ability to examine locomotion over an extended period of time.

Locomotor activity (LMA) is a simple and easily performed measurement of behavior in mice. Coupling of video tracking software (VTS) and LMA allows for the improvement of specificity and sensitivity, especially when compared with the manual, line crossing method of LMA analysis. Additionally VTS allows long-term tracking of mouse LMA.

Maus Kurz-und Langzeit-Bewegungsaktivität von Video-Tracking-Software analysiert

Locomotor  activity (LMA) is a simple and easily performed measurement of behavior in mice  and other rodents. Improvements in video tracking software ...

Forschung

Verhalten

Inchworming: A Novel Motor Stereotypy in the BTBR T+ Itpr3tf/J Mouse Model of Autism

Autism Spectrum Disorder (ASD) is a behaviorally defined neurodevelopmental disorder characterized by decreased reciprocal social interaction, abnormal communication, and repetitive behaviors with restricted interest. As diagnosis is based on clinical criteria, any potentially relevant rodent models of this heterogeneous disorder should ideally recapitulate these diverse behavioral traits. The BTBR T+ Itpr3tf/J (BTBR) mouse is an established animal model of ASD, displaying repetitive behaviors such as increased grooming, as well as cognitive inflexibility. With respect to social interaction and interest, the juvenile play test has been employed in multiple rodent models of ASD. Here, we show that when BTBR mice are tested in a juvenile social interaction enclosure containing sawdust bedding, they display a repetitive synchronous digging motion. This repetitive motor behavior, referred to as &#34;inchworming,&#34; was named because of the stereotypic nature of the movements exhibited by the mice while moving horizontally across the floor. Inchworming mice must use their fore- and hind-limbs in synchrony to displace the bedding, performing a minimum of one inward and one outward motion. Although both BTBR and C56BL/6J (B6) mice exhibit this behavior, BTBR mice demonstrate a significantly higher duration and frequency of inchworming and a decreased latency to initiate inchworming when placed in a bedded enclosure. We conclude that this newly described behavior provides a measure of a repetitive motor stereotypy that can be easily measured in animal models of ASD.

Inchworming: A Novel Motor Stereotypy in the BTBR T+ Itpr3tf/J Mouse Model of Autism

Inchworming is a highly repetitive synchronous digging motion displayed by BTBR T+ Itpr3tf/J (BTBR) mice when placed in a testing cage with sufficient sawdust bedding. The procedure is a modification of the juvenile social interaction protocol and is used here to assess repetitive motor stereotypies relevant to Autism Spectrum Disorder.

Inchworming: A Novel Motor Stereotypie in der BTBR<em&gt; T<sup&gt; +</sup&gt; Itpr3<sup&gt; Tf</sup</em&gt; / J-Maus-Modell von Autismus

Autism Spectrum Disorder (ASD) is a behaviorally defined neurodevelopmental disorder characterized by decreased reciprocal social interaction, abnormal ...

Assessing Forelimb Function after Unilateral Cervical SCI using Novel Tasks: Limb Step-alternation, Postural Instability and Pasta Handling

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority of the spinal cord injuries in humans occur at the cervical levels. Therefore, developing cervical injury models and developing relevant and sensitive behavioral tests is of great importance. Here we describe the use of a newly developed forelimb step-alternation test after cervical spinal cord injury in rats. In addition, we describe two behavioral tests that have not been used after spinal cord injury: a postural instability test (PIT), and a pasta-handling test. All three behavioral tests are highly sensitive to injury and are easy to use. Therefore, we feel that these behavioral tests can be instrumental in investigating therapeutic strategies after cSCI.

Three new behavioral tests (forelimb step-alternation, postural instability test, pasta handling test) for evaluating forelimb function after cervical spinal cord injury in rodents are described.

Bewertung der Vordergliedmaße Funktion nach Einseitige Cervical SCI mit Novel Aufgaben: Gliedmaßen Step-Wechsel, Haltungsinstabilität und Pasta Handhabung

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority ...

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;

Studie Motorik Lernen durch Einzel-Pellet Erreichen Aufgaben in Mäuse

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

Non-Invasive Electrical Brain Stimulation Montages for Modulation of Human Motor Function

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, NEBS can be applied transcranially either as direct current stimulation (tDCS) or alternating current stimulation (tACS). These stimulation types exert time-, dose- and in the case of tDCS polarity-specific effects on motor function and skill learning in healthy subjects. Lately, tDCS has been used to augment the therapy of motor disabilities in patients with stroke or movement disorders. This article provides a step-by-step protocol for targeting the primary motor cortex with tDCS and transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range. The setup of two different stimulation montages is explained. In both montages the emitting electrode (the anode for tDCS) is placed on the primary motor cortex of interest. For unilateral motor cortex stimulation the receiving electrode is placed on the contralateral forehead while for bilateral motor cortex stimulation the receiving electrode is placed on the opposite primary motor cortex. The advantages and disadvantages of each montage for the modulation of cortical excitability and motor function including learning are discussed, as well as safety, tolerability and blinding aspects.

Non-invasive electrical brain stimulation can modulate cortical function and behavior, both for research and clinical purposes. This protocol describes different brain stimulation approaches for modulation of the human motor system.

Nicht-invasive Stimulation des Gehirns Montagen für die Modulation der Menschen Motor Function

Non-invasive electrical brain stimulation (NEBS) is used to modulate brain function and behavior, both for research and clinical purposes. In particular, ...

A Method to Quantify Visual Information Processing in Children Using Eye Tracking

Visual problems that occur early in life can have major impact on a child's development. Without verbal communication and only based on observational methods, it is difficult to make a quantitative assessment of a child's visual problems. This limits accurate diagnostics in children under the age of 4 years and in children with intellectual disabilities. Here we describe a quantitative method that overcomes these problems. The method uses a remote eye tracker and a four choice preferential looking paradigm to measure eye movement responses to different visual stimuli. The child sits without head support in front of a monitor with integrated infrared cameras. In one of four monitor quadrants a visual stimulus is presented. Each stimulus has a specific visual modality with respect to the background, e.g., form, motion, contrast or color. From the reflexive eye movement responses to these specific visual modalities, output parameters such as reaction times, fixation accuracy and fixation duration are calculated to quantify a child's viewing behavior. With this approach, the quality of visual information processing can be assessed without the use of communication. By comparing results with reference values obtained in typically developing children from 0-12 years, the method provides a characterization of visual information processing in visually impaired children. The quantitative information provided by this method can be advantageous for the field of clinical visual assessment and rehabilitation in multiple ways. The parameter values provide a good basis to: (i) characterize early visual capacities and consequently to enable early interventions; (ii) compare risk groups and follow visual development over time; and (iii), construct an individual visual profile for each child.

A method is described to quantify the quality of visual information processing based on reflexive eye movements in response to specific visual modalities. Reaction times and fixation output parameters are used to characterize visual performance in children with and without visual impairments from 6 months of age.

Eine Methode zur Quantifizierung von Visual Information Processing bei Kindern Eye-Tracking

Visual problems that occur early in life can have major impact on a child's development. Without verbal communication and only based on observational ...

Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. However, studying human locomotor learning can be challenging. During infancy and childhood, the neuromuscular system is quite immature, and it is unlikely that locomotor learning during early stages of development is governed by the same mechanisms as in adulthood. By the time humans reach maturity, they are so proficient at walking that it is difficult to come up with a sufficiently novel task to study de novo locomotor learning. The split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed, enables the study of both short- (i.e., immediate) and long-term (i.e., over minutes-days; a form of motor learning) gait modifications in response to a novel change in the walking environment. Individuals can easily be screened for previous exposure to the split-belt treadmill, thus ensuring that all experimental participants have no (or equivalent) prior experience. This paper describes a typical split-belt treadmill adaptation protocol that incorporates testing methods to quantify locomotor learning and generalization of this learning to other walking contexts. A discussion of important considerations for designing split-belt treadmill experiments follows, including factors like treadmill belt speeds, rest breaks, and distractors. Additionally, potential but understudied confounding variables (e.g., arm movements, prior experience) are considered in the discussion.

We describe a protocol for investigating human locomotor adaptation using the split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed. We specifically focus on a paradigm designed to test the generalization of adapted locomotor patterns to different walking contexts (e.g., gait speeds, walking environments).

Verwenden eine Split-Gürtel-Laufband zum Verallgemeinerung des menschlichen Bewegungsapparates Anpassung auswerten

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. ...

Control of Eating Behavior Using a Novel Feedback System

Subjects eat food from a plate that sits on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal and makes up a curve of food intake, meal duration and rate of eating modeled by a quadratic equation. The purpose of the method is to change eating behavior by providing visual feedback on the computer screen that the subject can adapt to because her/his own rate of eating appears on the screen during the meal. The data generated by the method is automatically analyzed and fitted to the quadratic equation using a custom made algorithm. The method has the advantage of recording eating behavior objectively and offers the possibility of changing eating behavior both in experiments and in clinical practice. A limitation may be that experimental subjects are affected by the method. The same limitation may be an advantage in clinical practice, as eating behavior is more easily stabilized by the method. A treatment that uses this method has normalized body weight and restored the health of several hundred patients with anorexia nervosa and other eating disorders and has reduced the weight and improved the health of severely overweight patients.

Subjects eat food from a plate placed on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal. Feedback on the computer screen allows the subject to adapt her/his eating behavior to reference curves thus normalizing body weight.

Kontrolle über das Essverhalten mit einem neuartigen Feedbacksystem

Subjects eat food from a plate that sits on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal and makes up a curve ...

Elevated Plus Maze Test Combined with Video Tracking Software to Investigate the Anxiolytic Effect of Exogenous Ketogenic Supplements

The overall goal of this study is to describe the methodology of the elevated plus maze (EPM) test in combination with a video tracking software. The purpose of the method is to document the effect of various potential anxiolytic treatments on laboratory rodent models. The EPM test is based on the rodents&#39; proclivity toward protected, enclosed dark spaces and unconditioned fear of open spaces and heights, and their innate intense motivation to explore novel environments. The EPM test is a widely used behavioral test for investigating the anxiolytic or anxiogenic responses of rodents given drugs that are known to affect behavior. Observation demonstrating a decreased proportion of time spent on closed arms, an increased proportion of time spent on open arms, a reduced number of entries to closed arms, and an elevated number of entries to open arms measured by the EPM test may reflect reduced anxiety levels. Using this method, the effect of exogenous ketone supplements on anxiety-related behavior is tested in Sprague Dawley (SPD) rats. Exogenous ketone supplements are chronically fed to the rats for 83 days or subchronically and acutely orally gavaged, daily for 7 days, before conducting the EPM test. Behavioral data collection is performed using the SMART video tracking system by a blinded observer at the end of the treatments. The main findings indicate that the EPM test is an effective method to detect the ketone supplement-induced anxiolytic effect and can be considered a sensitive measure to assess changes in anxiety behavior associated with drug- or metabolic-based therapies.

Here, we present a protocol to investigate changes in the anxiety level of rodent animal models. The elevated plus maze (EPM) test, used together with a video tracking software, provides a reliable method to document the effect of various potential anxiolytic treatments in preclinical laboratory scenarios.

Erhöhte Plus Labyrinth Test in Kombination mit Video Tracking-Software um die angstlösende Wirkung von exogenen ketogene Ergänzungen zu untersuchen

The overall goal of this study is to describe the methodology of the elevated plus maze (EPM) test in combination with a video tracking software. The ...

Simultaneous Eye Tracking and Single-Neuron Recordings in Human Epilepsy Patients

Intracranial recordings from patients with intractable epilepsy provide a unique opportunity to study the activity of individual human neurons during active behavior. An important tool for quantifying behavior is eye tracking, which is an indispensable tool for studying visual attention. However, eye tracking is challenging to use concurrently with invasive electrophysiology and this approach has consequently been little used. Here, we present a proven experimental protocol to conduct single-neuron recordings with simultaneous eye tracking in humans. We describe how the systems are connected and the optimal settings to record neurons and eye movements. To illustrate the utility of this method, we summarize results that were made possible by this setup. This data shows how using eye tracking in a memory-guided visual search task allowed us to describe a new class of neurons called target neurons, whose response was reflective of top-down attention to the current search target. Lastly, we discuss the significance and solutions to potential problems of this setup. Together, our protocol and results suggest that single-neuron recordings with simultaneous eye tracking in humans are an effective method to study human brain function. It provides a key missing link between animal neurophysiology and human cognitive neuroscience.

We describe a method to conduct single-neuron recordings with simultaneous eye tracking in humans. We demonstrate the utility of this method and illustrate how we used this approach to obtain neurons in the human medial temporal lobe that encode targets of a visual search.

Gleichzeitiges Eye Tracking und Single-Neuron-Aufnahmen bei Humanepipsiepatienten

Intracranial recordings from patients with intractable epilepsy provide a unique opportunity to study the activity of individual human neurons during ...