Enquête sur les processus d'apprentissage de compétences du moteur avec une robotique manipulandum

tâches à moteur sont largement utilisés pour évaluer les changements comportementaux et neuronaux liés à l'apprentissage moteur ou à des altérations de la fonction motrice dans des modèles animaux neurologiques ou pharmacologiques. fonction de la motricité fine peut être difficile à quantifier chez les rongeurs, cependant. Tâches nécessitant une dextérité manuelle, telles que la manipulation de céréales ^1, les pâtes ^2, ou de graines de tournesol ³ sont sensibles et ne nécessitent pas une formation approfondie de l'animal. Leur principal inconvénient est que ces tâches donnent des résultats essentiellement qualitatifs et peuvent être difficiles à marquer sans ambiguïté.

Tâches atteignant qualifiés, tels que les variations de la pastille unique pour atteindre la tâche sont plus simples à quantifier ^{4, 5.} Cependant, des facteurs cinématiques qui sous-tendent l'exécution réussie de ces tâches ne peuvent être déduites dans une mesure limitée et nécessitent de main-d'œuvre trame par trame vidéo d'unnalyse.

dispositifs robotiques ont gagné en popularité comme moyen de quantifier les aspects de la fonction forelimb et habileté motrice. Plusieurs tâches atteignant automatisé sont disponibles. L'objectif de la majorité sur un seul aspect d'un mouvement forelimb, comme tirant d'une poignée le long d' un guidage linéaire ^{6, 7,} simples mouvements des membres distaux ⁸ ou pronation et supination de la patte ^9. Bien que ces dispositifs sont prometteurs pour l'analyse de la fonction motrice, ils ne reflètent que les actions motrices complexes exécutées au cours culot unique atteint dans une mesure limitée.

Ici, nous démontrons l'utilisation d'un dispositif robotisé à trois degrés de liberté, ETH Pattus, mis au point pour la formation et l' évaluation des diverses tâches motrices chez les rats ^{10, 11.} Il enregistre plane et mouvement des mouvements des membres antérieurs du rat à portée, portée de rotation, eten tirant les tâches effectuées dans le plan horizontal. Les rats interagissent avec le robot par l'intermédiaire d'une poignée sphérique 6 mm de diamètre qui peut être atteint à travers une fenêtre dans la cage de test (largeur: 15 cm, longueur: 40 cm, hauteur: 45 cm) et déplacé dans le plan horizontal (en poussant et en tirant mouvements) et mis en rotation (mouvements pronation-supination). Ainsi, il permet le rat d'effectuer des mouvements qui se rapprochent de celles exécutées pendant les tâches classiques de granulés atteignant simples. La fenêtre est de 10 mm de large et situé à 50 mm au-dessus du plancher de la cage. La poignée est située à 55 mm au-dessus du sol. Un glissement des blocs de porte l'accès à la poignée entre l'atteinte des essais et ouvre lorsque le robot atteint sa position de départ et se ferme après un procès est terminé. Après un mouvement exécuté correctement, les rats reçoivent une récompense alimentaire sur le côté opposé de la cage de test.

Le robot est contrôlé par le logiciel et enregistre la sortie de 3 encodeurs rotatifs à 1000 Hz, ce qui entraîne des informations sur la position of la poignée dans le plan horizontal, ainsi que son angle de rotation (pour plus de détails, voir la référence ^11). Les conditions requises pour l' exécution des tâches de succès sont définis dans le logiciel avant chaque session de formation (par exemple , minimum requis tirant la distance et la déviation maximale de la ligne médiane dans une tâche portée et de traction). Une position de référence normalisée initiale de la poignée est enregistrée avec un support fixe, au début de chaque séance d'entraînement. Cette référence est utilisée pour tous les essais au sein d'une session, assurant une position de départ constante de la poignée pour chaque essai. Le positionnement constant de la poignée par rapport à la fenêtre de la cage est assurée par l' alignement des marques sur la cage et le robot (figure 1).

Les enregistrements vidéo des mouvements d'atteinte sont enregistrés en utilisant une petite caméra haute vitesse (120 images / s, résolution 640 x 480). Un petit écran dans la vue de la caméra montre le numéro d'identification du rat, la formation de session,Numéro d'essai et le résultat d'essai (réussite ou échec). Ces vidéos sont utilisés pour vérifier les résultats enregistrés et d'évaluer les effets d'atteindre les mouvements qui précèdent le toucher, tirer ou rotation de la poignée.

Ici, nous démontrons l'utilisation de cette plate-forme robotique dans les variations d'une tâche portée et de traction. Cette tâche peut être formé dans un délai de temps qui est comparable à d'autres paradigmes atteignant qualifiés et donne des résultats reproductibles. Nous décrivons un protocole typique de formation, ainsi que certains des principaux paramètres de sortie. De plus, nous montrons comment des changements mineurs dans le protocole de formation utilisé peut se traduire par des cours à temps altérés de résultats comportementaux qui peuvent représenter des sous-processus indépendants dans le processus d'apprentissage des habiletés motrices.