Name: the bionic clicker mark i & ii
Uploaded: 2017-08-14T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about The Bionic Clicker Mark I & II at JoVE.com

エンジニア リングによって資金を供給されるプロジェクトおよび物理科学の研究委員会の EPSRC (EP/K503745/1)、国立保健研究 (NIHR) 医学研究センター (BRC) (BRC272/こんにちは/JG/101440) UCL 研究所変更メーカー。

プロトコルは、ユニバーシティ カレッジ ロンドンの研究倫理委員会のガイドラインに従います。
注意: このプロトコルを含む電気的ハザードと火傷の危険 (はんだごて);このプロトコルを実行する前に両方をお読みください。このプロトコルでは、皮膚にデバイスを接続する含まれています。時間がない時パスがある肌と電気の本管の間を確認します。はんだごての要素に触れないでください。ピンセットやクランプで加熱するワイヤーを保持します。使用中にウェット クリーニング スポンジを維持します。はんだごてを使用しない時はスタンドに常に戻ります。ワークベンチでは、それを置くことはありません。ユニットの電源を切り、使用しないときはプラグを抜いてください。
1. 基本コンポーネントの組立
注:図 3プロトコルの手順の概要を与えます。
<ol><li>バイオニックのクリッカー MK を構築する私は、生体信号センサー シールドをマイクロ コント ローラーに差し込み、シールドの E、M、GND 端子に EMG ケーブルをネジ (図 4を参照)。1.6 の手順に進みます。</li>
	<li>
MK II を構築する 3 つのヘッダーのピンの行に配置で筋肉センサー、+、- SIG の穴 (図 5参照) を上から下にはんだと。
	<ol>
<li>ヘッダピン plyers のペアで 90 ° 曲げてピンの中腹。これは場合の正しい位置にピンを配置します。</li>
		<li>示指外転筋を入力として使用して、1.3 を手順に進みましていない場合 1.4 をステップに移動します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
筋肉センサーから短い黒参照ケーブルを取り外します。
	<ol>
<li>手首から手の後ろに実行するワイヤー カッターを持つ 3 つの EMG ケーブルを切断します。ストリップ 3 EMG ケーブル電線ストリッパーとの終わり。</li>
		<li>筋肉センサー (図 5) の M の穴に R 穴、E の穴に青い線と赤い線に黒線のストリップの端を置きます。筋肉センサーの下側の場所に電線を半田付け。1.5 のステップに移動します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
黒ケーブルのコネクターに筋肉センサーと 1 つの電極の下側に 2 つの電極パッドをクリップします。
	<ol>
<li>電極パッドと選択した筋肉に筋肉センサーをスティックし、黒参照電極を適切な場所に置きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
8 シングル ・ コア マルチ スレッド線を長さにカット、ストリップの両端: 5 ショート (手首のサイズによって異なりますが、約 12 cm) のコントロール ボード (赤、黒、緑、白、青) と長い 3 マイクロ コント ローラーから実行する (7 cm) ワイヤ ワイヤ (赤、黒、緑)手首の 1 つの側面から他に実行します。 注: 別の筋に筋肉センサーを配置する場合は、長いワイヤーが無線マイコン サイトに筋肉のセンサーのサイトから実行されるを確認します。<ol>
<li>マイクロ コント ローラーに配線をはんだ付けの準備ができて場所: 2 の赤い線、3 v に穴、GND 穴、A0 の穴に長い緑ワイヤ、2 穴に短い青線、3 穴に長い白い線に 2 の黒い線、、5 穴に短い緑の線。マイクロ コント ローラーの下側の場所に電線を半田付け。</li>
		<li>順序で 3 ヘッダー ソケット 3 の長いワイヤのもう一方の端をはんだ付け: 赤、黒、緑。図 5を参照してください。インストールしない場合は、手順 2 に進みます外転筋示指の筋を用いたします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
図 6、外転筋示指筋の両端に電極の二つで、手の背面の中央に 1 つの EMG センサー パッドのように一方で、筋のセンサー パッドを配置します。
	<ol>
<li>筋肉センサー ケーブル (プッシュ フィット) のコネクタの端に電極パッドをクリップします。筋肉、手の背面に黒電極クリップ上で赤と青の電極クリップ。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. テスト筋出力
<ol><li>参照セクションから次のリンク14生体信号シールドのライブラリをダウンロードします。それを解凍し、(ドキュメント/Arduino/ライブラリ内にある通常) 統合開発 (IDE) ライブラリ フォルダーに配置します。2.3 の手順に進みます。MK II を構築する場合は、2.2 の手順に進みます。</li>
	<li>IDE は、次の手順15にマイコン ボードを追加します。</li>
	<li>MK の 'ThresholdTest.ino' をダウンロード私はまたは 'BLEThresholdTest.ino' と 'BluefruitConfig.h' MK II および IDE ソフトウェア (補足ファイル) で開く。</li>
	<li>主電源からノート パソコンを外し、次とだけにし、ユニバーサル シリアル バス (USB) ケーブルを介してラップトップにマイコンを差し込みます。</li>
	<li>閾値テストの関連バージョンをマイコンにアップロードし、シリアル モニターを開き、(ツール > シリアル モニター)。筋の出力が表示されます。</li>
	<li>人差し指を左右に移動、指を移動することがなく手を動かします。それぞれのケースに表示される値を書き留めます。 注: MK II を使用していることを確認この方法で生成された雑音に非常に敏感であるケーブルは移動しないでください。</li>
	<li>上記を見てから手、移動が下を見てから指を左右に移動したときは、値を選択します。この値を書き留めます。 注: デバイスは、指の意図的な動きによって有効にされるので、値が選択されます。これは、デバイスのアクティブ化のしきい値のトリガー値、です。筋肉センサーは、しきい値の値が見つけにくい場合は手動で変更することができます利得設定を持っています。電極は、交換する必要があります。外転筋示指の筋を使用している場合、開始点として、ゲインを最小に設定します。ゲイン設定は、利得がマーク筋肉センサー ポテンショメータによって変更、これは小さなマイナス ドライバーで変更できます。</li>
</ol>3. テストのしきい値
<ol><li>MK の 'BoomTest.ino' をダウンロード私または 'BLEBoomTest.ino' と MK II の BluefruitConfig.h し、IDE ソフトウェアで開きます。</li>
	<li>2.8 の手順であらかじめ定義したしきい値トリガー値と 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' を置き換えることによって、コードを編集します。これは MK のコードの行 37 私は、MK II のコードの 47 行目。</li>
	<li>BoomTest の正しいバージョンをマイコンにアップロードし、シリアル モニターを開きます (ツール > シリアル モニター)。</li>
	<li>(動いていない人差し指側から側に); 周りの手を移動します。シリアル出力に何も見られています。</li>
	<li>移動の人差し指側。単語 'ブーム' が表示されます。 注: 'ブーム' には、間違っている時またはすべてではないが表示されている場合、接続を確認し、手順 2.7 に戻って移動します。</li>
</ol>4. 3 D プリント MK II のケース
<ol><li>MK II を構築する場合のすべての 5 つのコンポーネントの stl ファイルをダウンロード (すべての 5 つの部分の図 7を参照)。適切なメソッドによってケースの部分を印刷します。5.2 手順に進みます。かどうか建物の MK I、セクションに移動 5。 注: 場合は、正常にモデルの16 (FDM) とフォトリソグラフィ プリンター17両方熱溶解積層によって印刷されています。</li>
</ol>5. コントロール ボードをはんだ
注: MK II を構築する場合は、5.2 の手順に進みます。
<ol><li>
2 つのヘッダーのピン 5 の 10 の行を配置 KΩ 抵抗器、スライド スイッチと図 8A で示すように、コンポーネントの 2 つのプッシュ ボタン スイッチその後ボードの下側の場所でそれらをはんだ。
	<ol>
<li>図 8Aに次の灰色の線は、クラフト ナイフでスライスしてストリップ基板の銅のトラックを破る。これにより、ボード全体で複数の機能を持っている個々 のトラック。</li>
		<li>前腕から上腕部 (約 30 cm) に実行されますので、ワイヤー カッターで適切な長さの 7 線 (黒、赤、青、オレンジ、白、茶色、黄色) をカットします。7 cm、3 cm とオレンジの黒線と青い線が 4 cm の赤い線をカットします。</li>
		<li>電線ストリッパー、電線の両端をストリップします。</li>
		<li>次の回路図を図 9に示すように、コントロール ボードに線を配置します。下側の場所に電線を半田付け。</li>
		<li>ヘッダーのピンのペアに長い赤と黒の線をはんだ付けし、その後順序でヘッダーのピンのストリップを他の長いワイヤをはんだ: 青、オレンジ、白、茶色、黄色。</li>
		<li>5 v、コントロール ボードのヘッダピンに無線モジュールの gnd にはんだ付けします。</li>
		<li>無線通信モジュールのピン 2 に短いオレンジ色の線と 3 番ピンに短い青線をはんだ付けします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
場所 3 10 KΩ 抵抗器、スライド スイッチと 2 つのプッシュ ボタン スイッチは図 10に示すように、ボードの下側の所定の位置に半田付け。
	<ol>
<li>次の10 a を図の灰色の線は、クラフト ナイフでスライスしてストリップ基板の銅のトラックを破る。これにより、基板の複数の機能を持っているトラック。</li>
		<li>以前をはんだ付けワイヤー カッター内蔵マイコン マイコン ケースの中間層を介してコントロール ボード (図 10B) を閉じる場合を停止することがなく実行できるようにワイヤーをカットします。</li>
		<li>次の回路図 (図 11)、コントロール ボードに線を配置します。場所に電線を半田付け。6.2 の手順に進みます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. クリッカーをアセンブルし、マイクロ コント ローラーを更新
<ol><li>バイオニックのクリッカーを組み立て直す、マイクロ コント ローラーにワイヤをボード コントロールからヘッダー コネクタを接続して生体信号のシールド (5 v と MK の GND は MKII の 22 30 番ピン)。バッテリーをマイクロ コント ローラーに接続します。図 12を参照してください。6.3 の手順に進みます。</li>
	<li>筋肉センサー (SIG に緑線) にマイコンからヘッダー コネクタを接続する、バイオニックのクリッカーを組み立て直す。図 13を参照してください。</li>
	<li>マイクロ コント ローラーを USB ケーブルでノート パソコンに接続します。</li>
	<li>ダウンロード 'BionicClicker.ino' または ' BLEBionicClicker.ino と BluefruitConfig.h IDE ソフトウェアで開くと。</li>
	<li>コードを編集して 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' を置き換えます手順 2.7 で決定されたしきい値トリガー (MK のコード 59 行、行コードの 83 MK II の)。 注: MK II デバイスは、無線で接続する場合として表示される名前は、コードの47 行目を編集することによって変更できます。代替タイトル 『バイオニック クリッカー MK II』 に置き換えます。</li>
	<li>ノート パソコンから USB ケーブルを外してマイクロ コント ローラーを取り外します。</li>
</ol>7. コンピューターにデバイスを接続します。
<ol><li>かどうか次の製造元のガイド18によってデバイスに無線モジュールをペアに指示をに従って、MK を使用します。MK II を使用している場合は、ワイヤレスでワイヤレス キーボードを使用しているコンピューターに接続する手順をに従ってデバイスに接続します。</li>
</ol>8. テスト クリッカー
<ol><li>
いくつかのタイピング ソフトを開き、'Lorem イプサム悲しみ座る amet' などのいくつかのテキストを入力します。これにより、これらのコマンドの送信し、受信するかどうかをテストするために知覚されるプレス。 メモ: バッテリが低い場合、デバイス与える可能性があります不安定な動作を行います。常に新鮮なバッテリーを使用します。<ol>
<li>カーソルが移動カーソルが後方に移動してボタンを後方前方およびマニュアルを参照してくださいにマニュアル フォワード ボタンを押します。また前進に人差し指を上げます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>プレゼンテーション ソフトでクリッカーをテストするのには、スライドを進行する人差し指を上げます。 注意: オーバーライド スイッチ筋機能のオン/オフ、およびマニュアル前方と後方進行状況をボタンし両方のシナリオでスライドを後退します。</li>
</ol>9. クリッカーをマウントします。
注: MK II の構築では、9.2 のステップに移動します。
<ol><li>
MK を構築する場合、両面をカット、私はフックし、手首に快適にフィットするので、ハサミでは、素材をループします。ループは、手首に傷に内側に直面していることを確認します。
	<ol>
<li>両面フックをカットしループには上腕の周り快適に収まるように、再びループの内側に顔を確認します。</li>
		<li>マイクロ コント ローラー (10 cm × 5 cm) とコントロール ボード (2.5 cm × 6.4 cm) のサイズに両面フックとループのストリップをカットします。バッテリー (4 cm × 12 cm) の周りにしっかりとフィットするストリップをカットします。</li>
		<li>接着剤銃を使用して、マイコンの下のコントロール ボードの下部にストリップのループ側を接着します。</li>
		<li>手首のストラップにコントロール ボードを取り付けます。アッパー アーム トラップにマイクロ コント ローラーとバッテリーを取り付けます。</li>
		<li>すべてのプラグイン: 9 V 電池は PP3 コネクタとマイクロ コント ローラーに差し込みます。マイクロ コント ローラーおよび e-ヘルスのシールドは、はんだ付けワイヤー経由でコントロール ボードに接続します。 注: MK 私は今終了します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MK II を構築する場合両面フックとループ素材カット 35 mm 幅と十分な長さ (小さい手首周り 22 cm) の手首の周りをラップします。
	<ol>
<li>ケースの下部にクリップでフックとループ素材をスライドさせます。手首を傷めないために、ループが内側に直面していることを確認します。</li>
		<li>筋肉センサーの男性ヘッダピンに女性のヘッダーで終了マイコンに半田付け配線を接続し、クリップ電極筋電図ケーブルそれらを押すことによって。 注: MK II は完成しました。図 14を参照してください。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Navarro, X., Krueger, T. B., Lago, N., Micera, S., Stieglitz, T., Dario, 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+critical+review+of+interfaces+with+the+peripheral+nervous+system+for+the+control+of+neuroprostheses+and+hybrid+bionic+systems.">A critical review of interfaces with the peripheral nervous system for the control of neuroprostheses and hybrid bionic systems.</a> J Periph Nerv Syst. 10 (3), 229-258 (2005).</li><li>Yang, D. P., 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=An+anthropomorphic+robot+hand+developed+based+on+underactuated+mechanism+and+controlled+by+EMG+signals.">An anthropomorphic robot hand developed based on underactuated mechanism and controlled by EMG signals.</a> J Bionic Eng. 6 (3), 255-263 (2009).</li><li>Chu, J. U., Moon, I., Lee, Y. J., Kim, S. 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Z., Melina, N. B., Kostas, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-Source,+Low-Cost,+Compliant,+Modular,+Underactuated+Fingers:+Towards+Affordable+Prostheses+for+Partial+Hand+Amputations.">Open-Source, Low-Cost, Compliant, Modular, Underactuated Fingers: Towards Affordable Prostheses for Partial Hand Amputations.</a> 2014 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , (2014).</li><li>Chatterjee, H. J., Hannan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Engaging the senses: object-based learning in higher education. , (2015).</li><li>Zainee, N. M., Chellappan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emergency+clinic+multi-sensor+continuous+monitoring+prototype+using+e-Health+platform.">Emergency clinic multi-sensor continuous monitoring prototype using e-Health platform.</a> 2014 IEEE Conference on Biomedical Engineering and Sciences (IECBES). , (2014).</li><li>Paul, P., Motskin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engaging+the+Public+with+Your+Research.">Engaging the Public with Your Research.</a> Trends Immunol. 37 (4), 268-271 (2016).</li><li>. e-Health Sensor Platform V2.0 for Arduino and Raspberry Pi Available from: <a target="_blank" href="https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/ehealth-biometric-sensor-platform-arduino-raspberry-pi-medical#step3_1">https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/ehealth-biometric-sensor-platform-arduino-raspberry-pi-medical#step3_1</a> (2017)</li><li>. 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著者が明らかに何もありません。

外転筋示指で使用するときに、MK II の鮮やかさは、それが最初は表示よりも問題の少ないです。電極と正しい慎重に配置を得るためストップの設定このクリッカーとしてデバイスを使用するとき問題であることから。転指標の活動を正確に記録に興味がない限り、これはまったく問題になる可能性が高いではないです。白とびは見られていない他の筋肉の利得が設定された後。MK II と偽陰性は、外転筋示指を使用するときに適切なしきい値を選択することの難しさが原因です。大きな筋肉と意図的な筋肉の緊張と筋肉の非意図的な活性化の大きさの差が大きい、さらに偽陽性と偽陰性の両方は、閾値を選択できます。ポイント。特に小さな手の示指外転筋は (小さい電極パッドと潜在的解決できること) が適切に配置するために電極には小さすぎるかもしれません。
MK II のかなり長いバッテリ寿命は、さまざまな理由に便利です。まず、MK 私デバイスが長いデモには使用できませんので、使用の 45 分後が不安定になる行動を開始しました。第二に複数時間のバッテリ寿命と MK II となりうる有用なデバイスの入力コントロールとのみ物理電池サイズのわずかな増加とそれは終日監視デバイスとして使用することができます。無線マイコンが 6 アナログ入力とデジタル入力の 13;これは、デバイスが制御入力の自由度がより多くのデバイスを作成する複数の筋肉のセンサーからの信号を受け入れることができることを意味します。また、筋肉センサーを入力として他の生体信号を使用してデバイスを作成するアナログ出力を備えた任意のバイオ センサーで置き換えることができますに注意する必要があります。デバイスのコードには、その機能を変更する簡単に変更できます。ソフトウェアおよびハードウェア デバイスの変更デバイスに簡単な変更を可能にします。
デバイスの 1 つの制限現在立つので、筋出力を送信できませんワイヤレス高データレートで無線マイクロ コント ローラー バッファーをオーバー ロードできますこのようです。別の制限は技術、入力として転インデックスを使用して、筋肉が非常に小さく、一方で電極の間隔がほぼ重複;誰かは、特に小さな手がある、この筋肉に電極を正しく配置できない場合があります。
デバイスに関して潜在的な研究プロジェクトの柔軟性より高価なデバイスにいくつかの利点があります。それは、低コスト: デバイスは 80 usd し、EMG の追加チャンネルだけ小さくして最適の 35 米ドルまたは学生のプロジェクトのコストします。それは簡単にカスタマイズ、ソフトウェアを簡単に編集することができます、入力がその他のハードウェアの変更します。小さいサイズで、それで、それを着ている人は、重い物やかさばる装置を運ぶ必要はありません。それは、任意の互換性のあるワイヤレス デバイスに簡単に統合できますので他のデバイスへのワイヤレス キーボードとして表示されます。デバイスは、近い将来に発行される補助デバイスに既に組み込まれています。
サイズと MK II のカスタマイズの容易さのためそれはすでにワイヤレス EMG モジュールとワイヤレスのトリガー メカニズムとして複数の研究プロジェクトに組み込むのために検討中です。また、マスター課程の演習セッションの一つの基盤として使用されているが。デバイスをしたいと思います主な改善は無線伝送速度を向上です。目標は 10 Hz を達成するために、これは、ハードウェアまたはソフトウェアを通じて行わするかどうかはまだ未定します。
プロトコルの中で最も重要なステップ、2.6 および 2.7: トリガーしきい値の選択。これらアンテナとして機能でき、運動アーティファクトを生成として筋電図ケーブルの動きに支払われる必要がありますステップ 2.6、特別な注意ただし、これらが静止した場合これは問題ではありません。2.7 の手順で選択した値が高すぎる場合、これは偽陰性の結果します。この値が小さすぎる場合は、偽陽性でこの結果します。外転筋示指の場合は、非常に大きな筋肉でこれは問題であると表示されません、時折偽陰性が発生しない値を見つけにくいです。ゲインを最小値に設定すると、値のポイント以下の滞在で、読み出しを非アクティブ化およびアクティブ化の間に大きな違いが見られるまでそれを増やすことによって修正できる場合は正しい値を見つけることはまだ問題です、飽和。
全体的に MK II は MK 上かなりの改善には潜在的な研究装置として私が MK 私は強い視覚的インパクトを持って、それはまだ使用される将来の公共関与イベントをする可能性がありますので。

熱望するセンター リハビリテーション工学・支援技術調査手法を適用し、ストローク、筋ジストロフィーに限らず関心の関連分野内の異なるドメイン間で受け渡し切断、高齢化人口、専門的なスキルのトレーニング。中心が携わっている研究の 1 つの領域はかわるです。したアームの制御に使用される多くの技術、EMG はコントロール ・ システム1,2,3,4,5,6の最も一般的な入力の 1 つです。これは使用と他の制御システム7と比較して手頃な価格の使いやすさのための大きい部分で。最近ような Ada 手制御8,9,10のこのタイプを使用する場合のみ 1,000 米ドルを要することができる補綴物の 3 D 印刷を開発しました。ただし、一般にこのようなシステムを実証しようとすると、切断の援助なしでそう簡単な方法はありません。
公衆のメンバーにこの分野での研究活動の意識を高めるためには、バイオニック クリッカー デモ装置が開発されました。非常に注目を集めているし、学習と11を教えられている科目の理解を加速するオブジェクト ベースのデモを使用することが重要です。私たちのデバイスは、EMG の概念を教えることだけでなく、近代的な技術の現在の開発の知識を高めるために役立つだけでなく。さらに、科学、技術、工学および数学 (茎) の分野内の研究を選択する若い世代を鼓舞します。
バイオニックのクリッカー MK 私はラボ内での使用に既にあった容易に入手できる部品を使用してしました。それはマイクロ コント ローラー、生体信号シールド12電極、コントロール ボード、通信ボード、9 V バッテリーから成っています。デバイスは、人差し指と親指の間にある外転筋示指の筋活動を拾うことによって機能しました。それはキーボードを模倣して事前選択されたしきい値に達したときに '右キー押下' を送信スライド変更をトリガーします。コントロール ボードは、'右' と '左' キー (進行状況スライドとスライド後退) の手動送信の許可およびまたライブ デモンストレーションの間に物事が間違って場合に EMG 入力を上書きされる可能性があります。
医学物理学、医用生体工学部理解増進活動の一環として、我々 は公衆のメンバーにバイオニック クリッカーを実証しました。それは聴衆から熱狂的な応答を受信しましたし、いくつかのコラボレーションを起動するのに関心を生成します。デバイスの初期の成功の後、デバイスの 2 番目のバージョンが設計されました。
2 番目のデバイスの設計の目標は、安い、あまり使いにくく、最初のデバイスより詳細にカスタマイズされたデバイスを作ることでした。このデバイスの目的は、学生プロジェクトを簡単に変更できるし、既存のプロジェクトに組み込まれる安く何かを設計することだった。他の利用可能な1,2,3,4,5,6はその使いやすさのこのデバイスの主な利点は、小さなサイズを使用して、低コスト。バイオニック クリッカー デバイスは、トリガー デバイスなどの他の研究機器の解像度を持っていないかもしれませんが、彼らはよりも十分です。MK II は、補綴コント ローラーまたは補助デバイスなどのデバイスをトリガーする EMG しきい値を使用するあらゆるシステムのための理想的な基礎になります。
デザインは、ワイヤレス対応のマイコン周辺筋肉センサーに基づいていた。3.7 V 150 mAh リチウム ポリマー電池、マニュアル コントロール ボードと 3 D プリントされたケースも含まれています。図 3は、デザインの違いの概要を示します。MK II デザイン元のデバイスと同じ基本的な機能がワイヤレス EMG 監視などの新しいアプリケーションにかなり多くの潜在的な機能。

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;For the Mark I&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laptop</td><td></td><td></td><td>Any laptop with USB</td></tr><tr><td>USB B cable</td><td></td><td></td><td>From laptop to USB-B connection on Arduino</td></tr><tr><td>Soldering Station</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Solder</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hot glue gun</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hot glue gun glue</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Items&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Small Single-Core Multi-thread Wires</td><td></td><td></td><td>Black, Red, Yellow, Brown, Orange White, Blue,</td></tr><tr><td>Arduino MEGA 2560</td><td>Arduino</td><td>Arduino MEGA 2560</td><td>(Geniuno MEGA 2560 outside US)</td></tr><tr><td>E-Health Shield v2.0</td><td>Cooking Hacks</td><td>e-Health Sensor Shield V2.0 for Arduino, Raspberry Pi and Intel Galileo [Biometric / Medical Applications]</td><td></td></tr><tr><td>EMG cables</td><td>Cooking Hacks</td><td>Electromyography Sensor (EMG) for e-Health Platform [Biometric / Medical Applications]</td><td></td></tr><tr><td>EMG Electrodes</td><td>Sparkfun</td><td>SEN-12969</td><td></td></tr><tr><td>9V battery</td><td></td><td></td><td>Any</td></tr><tr><td>Power cable</td><td></td><td></td><td>PP3 9v connector with jack</td></tr><tr><td>Bluefruit EZ-KEY HID</td><td>Adafruit</td><td>1535</td><td></td></tr><tr><td>strip board</td><td>Amazon.co.uk</td><td>Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3</td><td>any similiar stripboard 2.54mm pitch 7x25</td></tr><tr><td>push button switch</td><td></td><td>COM-00097</td><td></td></tr><tr><td>slide switch</td><td>amazon.com</td><td>20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm</td><td></td></tr><tr><td>resistors</td><td></td><td>COM-11508</td><td></td></tr><tr><td>Double sided Velcro</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Break Away Headers - Straight</td><td>Sparkfun</td><td>PRT-00116</td><td>2, 2 and 5 needed</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;For the Mark II&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laptop</td><td></td><td></td><td>Any laptop with USB connection</td></tr><tr><td>USB micro cable</td><td></td><td></td><td>From laptop to USB micro (standard phone connector style)</td></tr><tr><td>Soldering Station</td><td></td><td></td><td>Any</td></tr><tr><td>Solder</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Items&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Small Single-Core Multi-thread Wires</td><td></td><td></td><td>Black, Red, Green, White, Blue,</td></tr><tr><td>Feather BLE 32U4</td><td>Adafruit</td><td>2829</td><td></td></tr><tr><td>MyoWare</td><td>Sparkfun</td><td>SEN-13723</td><td></td></tr><tr><td>EMG cables</td><td>Sparkfun</td><td>CAB-12970</td><td></td></tr><tr><td>EMG electrodes</td><td>Sparkfun</td><td>SEN-12969</td><td></td></tr><tr><td>3.7 V LiPo</td><td>Adafruit</td><td>1317</td><td></td></tr><tr><td>Strip Board</td><td>amazon.co.uk</td><td>Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3</td><td>2.54 pitch 7x9 rows</td></tr><tr><td>Push Button switch</td><td></td><td>COM-00097</td><td></td></tr><tr><td>slide switch</td><td>amazon.com</td><td>20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm</td><td></td></tr><tr><td>resistors</td><td></td><td>COM-11508</td><td></td></tr><tr><td>3D printed parts</td><td></td><td></td><td>Can be 3D printed yourself or printed from a website</td></tr><tr><td>Double sided Velcro</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Break Away Headers - Straight</td><td>Sparkfun</td><td>PRT-00116</td><td>3 pins needed</td></tr><tr><td>Female Headers</td><td>sparkfun</td><td>PRT-00115</td><td>3 pins needed</td></tr></tbody></table>

the bionic clicker mark i &amp; ii

本稿では、2 つの人工の「クリッカー」システムを提案する最初の教育の目的および研究目的のため 2 番目の筋電図 (EMG) ベースの制御システムを示すために設計されています。EMG ベースの制御システム筋の活性化によって生成される電気信号をピックアップし、これらのコント ローラーの入力として使用します。EMG のコント ローラーは制御手足を義肢で活躍しています。
マーク私 (MK 私) クリッカーは、着用者は自分の人差し指を上げることによって、プレゼンテーションのスライドを変更するをことができます。それはマイクロ コント ローラーと計測される生体信号の周りに構築されてシールド。両方の国民の関心と研究コミュニティの多くが生成されます。
マーク II (MK II) デバイスをここで紹介は、簡単に変更することができます、直接筋データを送信、スマートな安くてよりカスタマイズ可能なシステム設計されました。それは無線対応マイコンと筋肉センサーを使用して構築されます。

MK II より手頃な価格、カスタマイズ可能な MK ほど厄介私デバイス。MK II のコストはわずか全体よりも単独で計測される生体信号シールド (75 USD) です。デバイスが無線マイコンが腕と潜在的同時に 6 筋のセンサーからの入力をサポートするよりもむしろ手首に大幅に小さく座っています。MK の機能的なバッテリの寿命私 9 V 550 mAh バッテリー使用時間のちょうど下はデバイスと (場合クリッカーとして使用) の MK II デバイスの機能的なバッテリの寿命は 3.7 V 150 mAh バッテリを使用して約 8 時間デバイスの比較については表 1を参照してください。
バイオニックのクリッカー MK II は、外転筋示指で使用すると、問題を持つことができます: アンプが飽和し、以上 (図 15を参照) を放電する 2 番目を取ることができます。電極とゲインを正しく設定の配置は、この問題を克服することができます注意してください。これが起こるとバイオニック クリッカー MK 私か、他の筋の筋肉が使わ。
しきい値トリガー値を見つけるデバイスを校正しながら、多数の異なる値が観察できます。彼らは 3 つの範囲に落ちる: 手が静止したときの値、手が動いているときの値および指が移動したときの値。表 2各範囲で記録された値を示しています。定常および範囲を移動する手は、最大値が表示され、指の緊張範囲の最小値が表示されます。値を移動する手上と下の値を緊張化指を横にしきい値が選択されます。移動範囲手に近い値は、偽陽性の可能性が高くなります、なくなり緊張範囲指に近い値は反対の効果、有病誤診の可能性が低くなります。
両方のデバイス外転指標筋緊張時に偽陰性および偽陽性のテスト場所。偽陰性は、デバイスは、筋肉の緊張時にスライドの変更をトリガーしませんでしたし、緊張が発生しなかった場合、スライドが変更された場合、偽陽性が記録されたときに記録されました。どちらのデバイス MK II デバイスは、時折偽陰性 (時間の 5% 未満) を経験したが、偽陽性の問題があった。MK 私デバイス エクスペリエンスない偽陽性または陰性、操作の最初の 45 分間が false の数ネガ急速に増加、50 分と時間間の総故障まで (表 3参照)。
これらの結果は、デバイスがその規定の目的に成功したことを表示します。表 1に示します MK II が安いとはこと MK I.表 2および表 3のショーよりも柔軟性とデバイス機能の作成者の意図と EMG ベースのトリガー デバイスとして使用することができます。図 15は、外転指標筋を使用している場合に発生する問題を示しています: これはほとんど筋肉で発生し、ゲインを変えることによって固定することができます問題ではないです。デバイスでは、いくつかの問題を持っていますが、彼らは目的の用途に十分です。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig1.jpg"> 図 1:バイオニック クリッカー MK i.これは左の腕にバイオニック クリッカー MK マウント私は、すべてのコンポーネントを示しています。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig2.jpg"> 図 2:デバイスのブロック ダイアグラム。各ボックスは、デバイスの別のセクションを表します各ボックス内はのセクションでは、デバイスの一部として、機能を実行します。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig3.jpg"> 図 3: デバイスを構築するための手順を実行します。プロトコルの各ステップの概要を含むフロー図。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig4.jpg"> 図 4: 初期 MK 私アセンブリ。マイコン計測される生体信号のシールドと電極ケーブル。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig5.jpg"> 図 5:初期の MK II アセンブリ。筋肉センサーとはんだ付け接続マイクロ コント ローラー。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig6.jpg"> 図 6: 電極配置します。この図は、外転筋示指を使用する場合一方で電極の適切な配置を示しています。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig7.jpg"> 図 7:、MK II のケースの部品します。フォトリソグラフィ プリンターで印刷の準備ができての MK II のケースの部分。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig8.jpg"> 図 8: 制御回路、MK 。(、) (ストリップ ボードが下側に壊れて連絡先を持っていた灰色のマーク) の上から回路基板。(b) 完成基板です。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig9.jpg"> 図 9: 私は制御基板の回路図、MK 。MK の回路図私は基板の抵抗、スイッチ、配線間の接続を制御します。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig9large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig10v2.jpg"> 図 10: 制御回路、MK 。(は) コントロール ボード (ストリップ ボードが下側の壊れた接触を持っていた灰色のマーク) の上から。(b) 完成品基板<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig10v2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig11.jpg"> 図 11:、MK II 制御基板回路図。MK の回路図私は基板の抵抗、スイッチ、配線間の接続を制御します。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig11large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig12.jpg"> 図 12: 組み立ての MK i.これは MK のすべてのコンポーネントを示しています私彼らは腕にマウントされていないデバイス。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig12large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig13.jpg"> 図 13: クリッカー MK II の組み立てです。(、)、ケースの底にマイクロ コント ローラーの場所。(b) バッテリーを中間部に置き、ふたをします。(c) はその場合筋肉センサーを配置し、蓋に置きます。(d) 筋肉センサーをマイクロ コント ローラーとバッテリーをマイクロ コント ローラーに接続します。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig13large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig14.jpg"> 図 14: 完成したバイオニック クリッカー MK II.(、)、フックとループのストラップ。(b) 手首に。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig14large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 15" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig15.jpg"> 図 15:筋肉センサーの過飽和。この図では、うなる筋肉センサーを過飽和;台地は、筋肉の活性化はデバイス上の現在のゲイン設定にあまりにも強いです。<a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/55705fig15large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>MK 私</td>
			<td>MK II</td>
		</tr>
<tr>
<td>筋電位センサー</td>
			<td>一般的なバイオ センサー</td>
			<td>専用筋肉センサー</td>
		</tr>
<tr>
<td>ワイヤレス</td>
			<td>別の無線モジュール</td>
			<td>マイコン基板の</td>
		</tr>
<tr>
<td>ワイヤレス EMG ですか。</td>
			<td>違います</td>
			<td>うん</td>
		</tr>
<tr>
<td>バッテリー</td>
			<td>9 V PP3</td>
			<td>150 mAh リポ</td>
		</tr>
<tr>
<td>運用時間</td>
			<td>1 h</td>
			<td>8 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>ビルド時間</td>
			<td>3。</td>
			<td>4 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>総コスト</td>
			<td>$ 150</td>
			<td>$ 80</td>
		</tr>
<tr>
<td>偽陽性 (%)</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
<tr>
<td>偽陰性 (%)</td>
			<td>0</td>
			<td>4.7</td>
		</tr>
</tbody></table>表 1: デバイスの比較。この表では、機能設計から、デバイスのいくつかの側面を比較します。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>定常 (最大)</td>
			<td>手の移動 (最大)</td>
			<td>指の緊張 (最小)</td>
			<td>しきい値</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK 私</td>
			<td>25</td>
			<td>35</td>
			<td>215</td>
			<td>200</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK II</td>
			<td>40</td>
			<td>280</td>
			<td>460</td>
			<td>400</td>
		</tr>
</tbody></table>表 2: 校正結果。この表は、静止している手と指が緊張化、移動手を維持しながら得られた値として選択されたしきい値値を示します。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td colspan="3">偽陰性 (テストあらゆる 30 s) の数</td>
			<td colspan="2">偽陽性 (自発的なアクティベーション) 数</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>最初の 45 分</td>
			<td>45 分-1 h</td>
			<td>1 8 h</td>
			<td>最初の h</td>
			<td>1 8 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK 私</td>
			<td>0</td>
			<td>35</td>
			<td>N/A</td>
			<td>0</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK II</td>
			<td>4</td>
			<td>1</td>
			<td>40</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
</tbody></table>テーブル 3: デバイスのテスト。偽陽性と偽陰性 2 つのデバイス間の比較。
補足コード ファイル MK I と MK II: <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BionicClicker.ino" target="_blank">"BionicClicker.ino"をダウンロードするここをクリックしてください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BLEBionicClicker.ino" target="_blank">"BLEBionicClicker.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BLEBoomTest.ino" target="_blank">"BLEBoomTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BLEThresholdTest.ino" target="_blank">"BLEThresholdTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/BoomTest.ino" target="_blank">"BoomTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/ThresholdTest.ino" target="_blank">"ThresholdTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Feather-Featherbase.stl" target="_blank">「羽-Featherbase.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Feather-Feathermid.stl" target="_blank">「羽-Feathermid.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Feather-Feathertop.stl" target="_blank">「羽-Feathertop.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Myo-Myobase.stl" target="_blank">「墓-Myobase.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55705/Myo-Myolid.stl" target="_blank">「墓-Myolid.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a>

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The Bionic Clicker Mark I & II

デバイスは、素人観客に筋電図に基づく制御を示すため作成されました。デバイスの初期の成功の後 2 番目のデバイスはデモおよび研究目的のための機能により柔軟に行われました。このプロトコルでは、構築し、両方のデバイスのキャリブレーションのプロセスについて説明します。

バイオニック クリッカー マーク I ・ II

In this manuscript, we present two 'Bionic Clicker' systems, the first designed to demonstrate electromyography (EMG) based control systems for ...

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

The Bionic Clicker Mark I &amp; II

16.4K ビュー.  University College London. デバイスは、素人観客に筋電図に基づく制御を示すため作成されました。デバイスの初期の成功の後 2 番目のデバイスはデモおよび研究目的のための機能により柔軟に行われました。このプロトコルでは、構築し、両方のデバイスのキャリブレーションのプロセスについて説明します。

ビデオ: The Bionic Clicker Mark I & II

Assessing Functional Performance in the Mdx Mouse Model

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe and progressive muscle wasting disorder for which no cure is available. Nevertheless, several potential pharmaceutical compounds and gene therapy approaches have progressed into clinical trials. With improvement in muscle function being the most important end point in these trials, a lot of emphasis has been placed on setting up reliable, reproducible, and easy to perform functional tests to pre clinically assess muscle function, strength, condition, and coordination in the mdx mouse model for DMD. Both invasive and noninvasive tests are available. Tests that do not exacerbate the disease can be used to determine the natural history of the disease and the effects of therapeutic interventions (e.g. forelimb grip strength test, two different hanging tests using either a wire or a grid and rotarod running). Alternatively, forced treadmill running can be used to enhance disease progression and/or assess protective effects of therapeutic interventions on disease pathology. We here describe how to perform these most commonly used functional tests in a reliable and reproducible manner. Using these protocols based on standard operating procedures enables comparison of data between different laboratories.

Assessing Functional Performance in the Mdx Mouse Model

The primary outcome measure in clinical trials for neuromuscular disorders is generally improved muscle function. Therefore, assessing the effect of potential therapeutic compounds on muscle performance pre clinically in mouse models is of great importance. We here describe several functional tests to address this.

における機能のパフォーマンスを評価する<em&gt; MDX</em&gt;マウスモデル

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe and progressive muscle wasting disorder for which no cure is available. Nevertheless, several potential ...

行動学

Novel Object Exploration as a Potential Assay for Higher Order Repetitive Behaviors in Mice

Restricted, repetitive behaviors (RRBs) are a core feature of autism spectrum disorder (ASD) and disrupt the lives of affected individuals. RRBs are commonly split into lower-order and higher-order components, with lower order RRBs consisting of motor stereotypies and higher order RRBs consisting of perseverative and sequencing behaviors. Higher order RRBs are challenging to model in mice. Current assays for RRBs in mice focus primarily on the lower order components, making basic biomedical research into potential treatments or interventions for higher-order RRBs difficult. Here we describe a new assay, novel object exploration. This assay uses a basic open-field arena with four novel objects placed around the perimeter. The test mouse is allowed to freely explore the arena and the order in which the mouse investigates the novel objects is recorded. From these data, patterned sequences of exploration can be identified, as can the most preferred object for each mouse. The representative data shared here and past results using the novel object exploration assay illustrate that inbred mouse strains do demonstrate different behavior in this assay and that strains with elevated lower order RRBs also show elevated patterned behavior. As such, the novel object exploration assay appears to possess good face validity for higher order RRBs in humans and may be a valuable assay for future studies investigating novel therapeutics for ASD.

Higher order restricted, repetitive behaviors (RRBs) disrupt the lives of affected individuals. These behaviors are challenging to model in rodents, making basic biomedical research into potential treatments or interventions for RRBs difficult. Here we describe novel object exploration as a potential assay for higher order RRBs in mice.

マウスにおける高次反復行動のための電位アッセイとして新規物体探査

Restricted, repetitive behaviors (RRBs) are a core feature of autism spectrum disorder (ASD) and disrupt the lives of affected individuals.  RRBs are ...

Introducing Clicker Training as a Cognitive Enrichment for Laboratory Mice

Establishing new refinement strategies in laboratory animal science is a central goal in fulfilling the requirements of Directive 2010/63/EU. Previous research determined a profound impact of gentle handling protocols on the well-being of laboratory mice. By introducing clicker training to the keeping of mice, not only do we promote the amicable treatment of mice, but we also enable them to experience cognitive enrichment. Clicker training is a form of positive reinforcement training using a conditioned secondary reinforcer, the "click" sound of a clicker, which serves as a time bridge between the strengthened behavior and an upcoming reward. The effective implementation of the clicker training protocol with a cohort of 12 BALB/c inbred mice of each sex proved to be uncomplicated. The mice learned rather quickly when challenged with tasks of the clicker training protocol, and almost all trained mice overcame the challenges they were given (100% of female mice and 83% of male mice). This study has identified that clicker training for mice strongly correlates with reduced fear in the mice during human-mice interactions, as shown by reduced anxiety-related behaviors (e.g., defecation, vocalization, and urination) and fewer depression-like behaviors (e.g., floating). By developing a reliable protocol that can be easily integrated into the daily routine of the keeping of laboratory mice, the lifetime experience of welfare in the mice can be improved substantially.

The development of new refinement strategies for laboratory mice is a challenging task that contributes towards fulfilling the 3R principle. This protocol introduces clicker training as a cognitive enrichment program for laboratory mice.

実験用マウスのための認知エンリッチメントとしてクリッカートレーニングの紹介

Establishing new refinement strategies in laboratory animal science is a central goal in fulfilling the requirements of Directive 2010/63/EU. Previous ...

T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in rodents. In our laboratory, we evaluated the two types of memory in more than 30 strains of genetically engineered mice using the automated version of this apparatus. Here, we present the modified T-maze apparatus operated by a computer with a video-tracking system and our protocols in a movie format. The T-maze apparatus consists of runways partitioned off by sliding doors that can automatically open downward, each with a start box, a T-shaped alley, two boxes with automatic pellet dispensers at one side of the box, and two L-shaped alleys. Each L-shaped alley is connected to the start box so that mice can return to the start box, which excludes the effects of experimenter handling on mouse behavior. This apparatus also has an advantage that in vivo microdialysis, in vivo electrophysiology, and optogenetics techniques can be performed during T-maze performance because the doors are designed to go down into the floor. In this movie article, we describe T-maze tasks using the automated apparatus and the T-maze performance of &alpha;-CaMKII+/- mice, which are reported to show working memory deficits in the eight-arm radial maze task. Our data indicated that &alpha;-CaMKII+/- mice showed a working memory deficit, but no impairment of reference memory, and are consistent with previous findings using the eight-arm radial maze task, which supports the validity of our protocol. In addition, our data indicate that mutants tended to exhibit reversal learning deficits, suggesting that &alpha;-CaMKII deficiency causes reduced behavioral flexibility. Thus, the T-maze test using the modified automatic apparatus is useful for assessing working and reference memory and behavioral flexibility in mice.

This article presents the protocol of T-maze tests using a modified automated apparatus for assessing the learning and memory functions in mice.

マウスで作業していて、メモリの参照を評価するためのT-迷路強制交替と左右弁別課題

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in ...

神経科学

Battery of Behavioral Tests Assessing General Locomotion, Muscular Strength, and Coordination in Mice

Behavioral testing is used in pre-clinical trials to assess the phenotypic effects and outcomes that a particular disease or treatment has on the animal&#39;s wellbeing and health. There are numerous behavioral tests that may be applied. We selected a test for general locomotion, the open field test (OFT); a test for muscular strength, the mesh test (MT); and a test for coordination, the rotarod test (RR). Testing can be accomplished on a weekly or monthly basis. As a test for general locomotion, the OFT works by objectively monitoring movement parameters while the mouse is in an open field apparatus. The field is generally a 2&#39; x 2&#39; box, and the movements are recorded through laser sensing or through video capture. The mouse is placed in the center of the open field and allowed to move freely for the test. The MT uses the latency for a mouse to fall off an inverted screen as a measure of muscular strength. A mouse is placed on a screen, which is inverted over a clear box, and is timed for their latency to fall. Three trials are performed, with the best of the three trials scored for that day. A score of 60 s is the maximum time a mouse is left inverted. Mice are given a 5-min rest period between mesh test trials. Lastly, an accelerated protocol on the RR assesses motor coordination and endurance. During a trial, a mouse walks on a rotating rod as it increases in speed from 4 rpm to 40 rpm over 5 min. The trial ends when the mouse touches the magnetized pressure sensor upon falling. Each mouse undergoes three trials, and the best trial is scored for that day. This combined behavioral data allows for the global assessment of mobility, coordination, strength, and movement of the test animals. At least two out of the three behavioral testing measures must show improvement for an animal to qualify as having overall improved motor function.

Behavioral testing is used in pre-clinical trials to assess the phenotypic effects of a disease or treatment on an animal's wellbeing. In order to globally assess motor functioning, we selected tests for general locomotion, muscular strength, and coordination: the open field test, the mesh test, and the rotarod test, respectively.

行動のバッテリー テスト評価の一般的な運動、筋肉の強さと連携マウス

Behavioral testing is used in pre-clinical trials to assess the phenotypic effects and outcomes that a particular disease or treatment has on the ...

Using Clicker Training and Social Observation to Teach Rats to Voluntarily Change Cages

Cage cleaning is a routinely performed husbandry procedure and is known to induce stress in laboratory rats. As stress can have a negative impact on well-being and can affect the comparability and reproducibility of research results, the amount of stress experienced by laboratory animals should be minimized and avoided when possible. Further, the direct contact between the rat and animal caretaker during the cage change bears hygiene risks and therefore possibly negatively impacts the well-being of the rats and the quality of the research. 
Our protocol aims to improve the routinely performed cage changing procedure. For this reason, we present a feasible protocol that enables rats to learn via clicker training and observation to voluntarily change to a clean cage. This training helps to reduce stress caused by the physical disturbance and handling associated with the cage changes and concurrently enables a reduction in direct contact between animal and animal caretaker after the training phase is completed.
The implementation of clicker training to rats is fast and easy. Rats are generally interested in the training and efficiently learn the desired behavior, which entails changing cages through a pipe. Even without training, the rats learn to perform the desired behavior by observation, as 80% of the observational learning group successfully changed cages when tested. The training further helps to establish a relationship of trust between trainer and animal. As hygiene and well-being are both very important in animal experiments, this protocol might also help to improve high-quality research.

This protocol introduces a method of cage change for rats via clicker training. Rats learn the desired behavior not only by direct training but also by observational learning. The implementation of this fast and easy protocol might help to improve well-being and hygiene in rodent facilities.

自らケージを変更するラットを教えるためのクリッカー トレーニングと社会の観察を使用してください。

Cage cleaning is a routinely performed husbandry procedure and is known to induce stress in laboratory rats. As stress can have a negative impact on ...

Transition of Farm Pigs to Research Pigs using a Designated Checklist followed by Initiation of Clicker Training - a Refinement Initiative

Implementation of 3R initiatives is important. To refine the life of laboratory pigs, we focused on the time period prior to inclusion of animals in experiments. We improved the checklist during the development. By using the checklist each individual pig&#39;s progress was documented. This aids the caretakers so they remain focused on the actions necessary to socialize the animals and limit the animal&#39;s stress and anxiety level. During this phase, the pigs become calm and ready to commence additional clicker training to further limit stress during the experimental period. The pigs will readily allow basic outcome measures to be collected without sedation or fixation.
The protocol is divided in two. First the transition phase that begins as the pigs arrive at the research facility. Introducing treats and gradually closer contact to the caretakers are the first steps. Then, the caretaker introduces actions to be able to touch the head and hind, to mimic e.g. manipulating the ear to take a blood sample or the hind to obtain a rectal temperature. A strong foundation is established in the animal-caretaker relationship and this swiftly minimizes the stress the pigs express after arrival. Secondly, the positive reinforcement training commences to teach the animal how to carry out more complex tasks without becoming stressed. A clicker is introduced as a secondary reinforcer.
Time, structure, education and thorough communication seem to be the most important criteria to succeed in the application of this protocol. In addition to having calm and compliant pigs, the caretakers report that they enjoy the focus they are allowed to give each individual pig, adding to their overall job satisfaction. Having caretakers with a strong commitment, and a focus on the transition progress and welfare of each pig, additionally strengthens the department&#39;s Culture of Care.

Refinement of porcine studies is achieved by introducing a standardized checklist and positive reinforcement training using a clicker. This work supports the collection of samples and the conduct of daily chores related to the animals.

指定されたチェックリストを使用した養豚の研究への移行、その後のクリッカートレーニングの開始 - 改良イニシアチブ

Implementation of 3R initiatives is important. To refine the life of laboratory pigs, we focused on the time period prior to inclusion of animals in ...

A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments. Effective design of these ASF systems requires an in-depth understanding of how the parameters of specific feedback mechanism affect user perception and reaction to stimuli. This article presents a method for applying vibrotactile stimuli to human participants and measuring their response. Rotating mass vibratory motors are placed at pre-defined locations on the participant's thigh, and controlled through custom hardware and software. The speed and accuracy of participants' volitional responses to vibrotactile stimuli are measured for researcher-specified combinations of motor placement and vibration frequency. While the protocol described here uses push-buttons to collect a simple binary response to the vibrotactile stimuli, the technique can be extended to other response mechanisms using inertial measurement units or pressure sensors to measure joint angle and weight bearing ratios, respectively. Similarly, the application of vibrotactile stimuli can be explored for body segments other than the thigh.

This article describes a technique for applying vibrotactile stimuli to the thigh of a human participant, and measuring the accuracy and reaction time of the participant&#39;s volitional response for various combinations of stimulation location and frequency.

振動触覚刺激に随意運動反応の適時性と精度の評価方法

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments.  Effective design ...

生物工学

Tracking Individual Running Metrics in Mice Using a Voluntary Wheel Running Protocol that Minimizes Social Isolation

Voluntary wheel running (VWR) in rodents is used to evaluate performance and endurance and to simulate exercise. In contrast to other exercise paradigms that require aversive stimulus to induce active movement, wheel running is voluntary. VWR generally consists of placing a running wheel inside the mouse home cage. However, analyzing exercise parameters can typically only be conducted when mice are individually housed, while overall cage effects can be reported when mice are group-housed. Therefore, the current models force experimenters to choose between measuring individual exercise parameters in single-housed mice or measuring group effects in group-housed mice; depending on the research question and model, this could be limiting. 
Therefore, the goal of this method is to demonstrate a protocol that assesses VWR in a mouse model by quantifying running parameters in individual mice, with minimal isolation. We report on device design, preoperative preparations, and experiment setup. Results of a 6-week training protocol using this VWR model suggest it provides sufficient stimulus to increase spatial object recognition memory, comparable to the clinical effect of exercise. This simple and inexpensive model facilitates investigation into the effect of VWR on multiple measurements of wheel activity, minimizing factors that could limit or affect experimental outcomes.

This protocol describes an effective voluntary wheel-running model that can be implemented in various research contexts. Unlike other voluntary running models, this method avoids isolation housing while tracking running metrics in individual mice.

Voluntary wheel running (VWR) in rodents is used to evaluate performance and endurance and to simulate exercise. In contrast to other exercise paradigms ...

Comprehensive Understanding of Inactivity-Induced Gait Alteration in Rodents

It is well known that disuse affects neural systems and that joint motions become altered; however, which outcomes properly exhibit these characteristics is still unclear. The present study describes a motion analysis approach that utilizes three-dimensional (3D) reconstruction from video captures. Using this technology, disuse-evoked alterations of walking performances were observed in rodents exposed to a simulated microgravity environment by unloading their hindlimb by their tail. After 2 weeks of unloading, the rats walked on a treadmill, and their gait motions were captured with four charge-coupled device (CCD) cameras. 3D motion profiles were reconstructed and compared to those of control subjects using the image processing software. The reconstructed outcome measures successfully portrayed distinct aspects of distorted gait motion: hyperextension of the knee and ankle joints and higher position of the hip joints during the stance phase. Motion analysis is useful for several reasons. First, it enables quantitative behavioral evaluations instead of subjective observations (e.g., pass/fail in certain tasks). Second, multiple parameters can be extracted to fit specific needs once the fundamental datasets are obtained. Despite hurdles for broader application, the disadvantages of this method, including labor intensity and cost, may be alleviated by determining comprehensive measurements and experimental procedures.

The present protocol describes three-dimensional motion tracking/evaluation to depict gait motion alteration of rats after exposure to a simulated disuse environment.

げっ歯類における不活動誘発歩行変化の包括的理解

It is well known that disuse affects neural systems and that joint motions become altered; however, which outcomes properly exhibit these characteristics ...

バイオニッククリッカーマーク I ・ II

要約

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この動画の章

における機能のパフォーマンスを評価する

マウスにおける高次反復行動のための電位アッセイとして新規物体探査

実験用マウスのための認知エンリッチメントとしてクリッカートレーニングの紹介

マウスで作業していて、メモリの参照を評価するためのT-迷路強制交替と左右弁別課題

行動のバッテリーテスト評価の一般的な運動、筋肉の強さと連携マウス

自らケージを変更するラットを教えるためのクリッカートレーニングと社会の観察を使用してください。

指定されたチェックリストを使用した養豚の研究への移行、その後のクリッカートレーニングの開始 - 改良イニシアチブ

振動触覚刺激に随意運動反応の適時性と精度の評価方法

Tracking Individual Running Metrics in Mice Using a Voluntary Wheel Running Protocol that Minimizes Social Isolation

げっ歯類における不活動誘発歩行変化の包括的理解

バイオニック クリッカー マーク I ・ II

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における機能のパフォーマンスを評価する

マウスにおける高次反復行動のための電位アッセイとして新規物体探査

実験用マウスのための認知エンリッチメントとしてクリッカートレーニングの紹介

マウスで作業していて、メモリの参照を評価するためのT-迷路強制交替と左右弁別課題

行動のバッテリー テスト評価の一般的な運動、筋肉の強さと連携マウス

自らケージを変更するラットを教えるためのクリッカー トレーニングと社会の観察を使用してください。

指定されたチェックリストを使用した養豚の研究への移行、その後のクリッカートレーニングの開始 - 改良イニシアチブ

振動触覚刺激に随意運動反応の適時性と精度の評価方法

Tracking Individual Running Metrics in Mice Using a Voluntary Wheel Running Protocol that Minimizes Social Isolation

げっ歯類における不活動誘発歩行変化の包括的理解

バイオニッククリッカーマーク I ・ II

行動のバッテリーテスト評価の一般的な運動、筋肉の強さと連携マウス

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