Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

Verhaltensbewertung der visuellen Funktion über optomotorische Reaktion und kognitive Funktion über Y-Maze bei diabetischen Ratten

Published: October 23, 2020 doi: 10.3791/61806
* These authors contributed equally

ERRATUM NOTICE

Summary

Neuronale Degeneration in Augen und Gehirn als Folge von Diabetes kann durch Verhaltenstests an Nagetieren beobachtet werden. Das Y-Labyrinth, ein Maß für die räumliche Kognition, und die optomotorische Reaktion, ein Maß für die visuelle Funktion, geben beide Einblick in mögliche Diagnosen und Behandlungen.

Abstract

Die optomotorische Reaktion und das Y-Labyrinth sind Verhaltenstests, die zur Beurteilung der visuellen bzw. kognitiven Funktion nützlich sind. Die optomotorische Reaktion ist ein wertvolles Werkzeug, um Veränderungen der Räumlichen Frequenz (SF) und kontrastempfindlichen (CS) Schwellenwerte im Laufe der Zeit in einer Reihe von Netzhauterkrankungsmodellen, einschließlich diabetischer Retinopathie, zu verfolgen. In ähnlicher Weise kann das Y-Labyrinth verwendet werden, um die räumliche Kognition (gemessen durch spontane Abwechslung) und das explorative Verhalten (gemessen an einer Reihe von Einträgen) in einer Reihe von Krankheitsmodellen zu überwachen, die das zentrale Nervensystem betreffen. Zu den Vorteilen der optomotorischen Reaktion und des Y-Labyrinths gehören Empfindlichkeit, Testgeschwindigkeit, die Verwendung angeborener Reaktionen (Training ist nicht erforderlich) und die Fähigkeit, an wachen (nicht betäubten) Tieren durchgeführt zu werden. Hier werden Protokolle sowohl für die optomotorische Reaktion als auch für das Y-Labyrinth beschrieben und Beispiele für ihre Verwendung in Modellen von Typ-I- und Typ-II-Diabetes gezeigt. Zu den Methoden gehören die Vorbereitung von Nagetieren und Ausrüstung, die Leistung der optomotorischen Reaktion und des Y-Labyrinths sowie die Datenanalyse nach dem Test.

Introduction

Über 463 Millionen Menschen leben mit Diabetes, was ihn zu einer der größten globalen Krankheitsepidemien macht1. Eine der schwerwiegenden Komplikationen, die sich aus Diabetes ergeben, ist die diabetische Retinopathie (DR), eine der Hauptursachen für Blindheit bei amerikanischen Erwachsenen im erwerbsfähigen Alter2. In den nächsten 30 Jahren wird sich der Prozentsatz der Bevölkerung, der für DR gefährdet ist, voraussichtlich verdoppeln, daher ist es von entscheidender Bedeutung, neue Wege zur Diagnose von DR in seinen früheren Stadien zu finden, um die DR-Entwicklung zu verhindern und zu mildern3. DR wurde herkömmlicherweise für eine Gefäßerkrankung gehalten4,5,6. Jetzt, mit Hinweisen auf neuronale Dysfunktion und Apoptose in der Netzhaut, die der vaskulären Pathologie vorausgeht, ist DR definiert, um neuronale und vaskuläre Komponenten zu haben4,5,6,7,8,9. Eine Möglichkeit, DR zu diagnostizieren, wäre die Untersuchung neuronaler Anomalien in der Netzhaut, einem Gewebe, das anfälliger für oxidativen Stress und metabolische Belastung durch Diabetes sein kann als anderes nervenaufreibendes Gewebe10.

Ein Rückgang der kognitiven und motorischen Funktion tritt auch bei Diabetes auf und korreliert oft mit Netzhautveränderungen. Ältere Personen mit Typ-II-Diabetes zeichnen sich durch eine schlechtere kognitive Leistungsfähigkeit zu Studienbeginn aus und zeigen einen stärkeren kognitiven Verfall als Kontrollteilnehmer11. Darüber hinaus wurde die Netzhaut als Erweiterung des zentralen Nervensystems etabliert und Pathologien können sich in der Netzhaut manifestieren12. Klinisch wurde die Beziehung zwischen Netzhaut und Gehirn im Zusammenhang mit Alzheimer und anderen Krankheiten untersucht, wird aber nicht häufig mit Diabetes untersucht12,13,14,15,16. Veränderungen im Gehirn und in der Netzhaut während des Fortschreitens von Diabetes können anhand von Tiermodellen untersucht werden, einschließlich der STZ-Ratte (ein Modell für Typ-I-Diabetes, bei dem das Toxin Streptozotocin oder STZ verwendet wird, um Betazellen der Bauchspeicheldrüse zu schädigen) und der Goto-Kakizaki-Ratte (ein polygenes Modell von Typ-II-Diabetes, bei dem Tiere im Alter von etwa 3 Wochen spontan eine Hyperglykämie entwickeln). In diesem Protokoll wird eine Beschreibung für das Y-Labyrinth und die optomotorische Reaktion zur Beurteilung kognitiver und visueller Veränderungen bei diabetischen Nagetieren gegeben. Die optomotorische Reaktion (OMR) bewertet die Ortsfrequenz (ähnlich der Sehschärfe) und die Kontrastempfindlichkeit, indem sie charakteristische reflexive Kopfverfolgungsbewegungen überwacht, um die visuellen Schwellenwerte für jedes Auge zu messen17. Die Ortsfrequenz bezieht sich auf die Dicke oder Feinheit der Balken, und die Kontrastempfindlichkeit bezieht sich darauf, wie viel Kontrast zwischen den Balken und dem Hintergrund besteht (Abbildung 1E). In der Zwischenzeit testet das Y-Labyrinth das räumliche Kurzzeitgedächtnis und die explorative Funktion, die durch spontane Wechsel und Eintritte durch die Arme des Labyrinths beobachtet werden.

Beide Tests können bei wachen, nicht betäubten Tieren durchgeführt werden und haben den Vorteil, dass sie aus den angeborenen Reaktionen der Tiere Kapital schlagen, was bedeutet, dass sie kein Training benötigen. Beide sind relativ empfindlich, da sie verwendet werden können, um Defizite früh im Fortschreiten von Diabetes bei Nagetieren zu erkennen, und zuverlässig, da sie Ergebnisse liefern, die mit anderen visuellen, netztinalen oder Verhaltenstests korrelieren. Darüber hinaus kann die Verwendung der OMR und des Y-Labyrinths in Verbindung mit Tests wie Elektroretinogramm- und optischen Kohärenztomographie-Scans Informationen darüber liefern, wann sich netzhautale, strukturelle und kognitive Veränderungen relativ zueinander in Krankheitsmodellen entwickeln. Diese Untersuchungen könnten nützlich sein, um neuronale Degenerationen zu identifizieren, die aufgrund von Diabetes auftreten. Letztendlich könnte dies zu neuen diagnostischen Methoden führen, die DR in frühen Stadien der Progression effektiv identifizieren.

Die OMR- und Y-Labyrinth-Systeme, die zur Entwicklung dieses Protokolls verwendet wurden, sind in der Materialtabelle beschrieben. Frühere Forschungen zur OMR von Prusky et al.18 und zum Y-Labyrinth von Maurice et al.19 wurden als Ausgangspunkt für die Entwicklung dieses Protokolls verwendet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle Verfahren wurden vom Atlanta Veterans Affairs Institutional Animal Care and Use Committee genehmigt und entsprachen dem Leitfaden der National Institutes of Health für die Pflege und Verwendung von Labortieren (NIH Publications, 8. Auflage, aktualisiert 2011).

1. Die optomotorische Reaktion (OMR)

  1. Einrichten des OMR-Geräts (Details zu Gerät und Software in der Materialtabelle)
    1. Wählen Sie die plattformgerechte Größe für das Nagetier: Maus, Ratte oder große/beeinträchtigte Ratte (Abbildung 1A).
    2. Öffnen Sie die OMR-Software, die sich zu einem Fenster mit mehreren Registerkarten mit Optionen und einem Live-Video-Feed des Inneren der OMR/virtuellen Trommel öffnen sollte (Abbildung 1B). Zoomen Sie mit der Videokamera nach Bedarf hinein oder heraus, damit die Plattform und ihre Umgebung sichtbar sind.
    3. Beachten Sie die Symbole auf der linken Seite des Livebilds (Abbildung 1C). Klicken Sie auf das Sternchensymbol und das Symbol für rotierende Streifen, sodass sowohl das grüne Sternchen als auch die grünen rotierenden Streifen aus dem Live-Feed verschwinden.
    4. Klicken Sie auf das Kompasssymbol , damit ein grüner Kreis und zwei senkrechte Linien angezeigt werden. Dehnen Sie den grünen Kreis so, dass er perfekt mit dem schwarzen Kreis auf der Plattform übereinstimmt, wodurch sichergestellt wird, dass der OMR perfekt ausgerichtet ist.
    5. Klicken Sie auf das Kompasssymbol , da es nicht notwendig ist, den Kreis während des Tests zu sehen. Klicken Sie auf das grüne Sternchensymbol und das grüne Symbol für rotierende Streifen , damit diese wieder angezeigt werden. Beachten Sie, dass sich die grünen Streifen in die gleiche Richtung drehen wie die Streifen in der Trommel, so dass der Forscher die Richtung der Streifen kennen kann.
    6. Klicken Sie auf die Registerkarte Testen . Klicken Sie unter Testen auf die Registerkarte Psychophysik . Wählen Sie unter Schwellenwert die Option Frequenz aus, um die Ortsfrequenz zu messen.
      HINWEIS: Die OMR-Software verwendet ein Treppenparadigma, um die Ortsfrequenz (SF) automatisch zu berechnen. Der Kontrast wird bei 100% gehalten.
    7. Klicken Sie unter Testen auf die Registerkarte Vorgaben . Wählen Sie die Standardeinstellungen für Mouse18 oder Rat20 aus.
    8. Klicken Sie unter Testen auf die Registerkarte Ausblenden . Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Blank on Tracking , um die Streifen anzuhalten / die Computerbildschirme in der Trommel auszublenden, wenn die Maus mit der rechten Maustaste angeklickt wird.
    9. Klicken Sie auf die Registerkarte Ergebnisse , auf der die Ergebnisse des Tests angezeigt werden.
  2. Raumfrequenz auswerten
    1. Platzieren Sie das Nagetier auf der kreisförmigen Plattform in der Mitte der Virtual-Reality-Kammer, die aus vier Computermonitoren besteht, die vertikale Sinuswellengitter zeigen, die die Kammer mit einer Geschwindigkeit von 12 ° / s umkreisen (Abbildung 1D).
    2. Beachten Sie, dass die Videokamera, die oben in der Kammer positioniert ist, das Verhalten des Nagetiers live auf den Computermonitor projiziert.
    3. Achten Sie auf das Vorhandensein oder Fehlen reflexiver Handlungen des Nagetierkopfes, wenn sich die Gitter im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn bewegen. Stellen Sie sicher, dass illustrierte Balken im Programm sichtbar sind – diese zeigen die Richtung der Gitterbewegung an.
      1. Achten Sie darauf, dass sich der Kopf des Nagetiers in die gleiche Richtung wie die Gitter bewegt. Warten Sie, bis es eine reibungslose Verfolgung gibt, keine unberechenbaren Ausbrüche von Kopfbewegungen, um es als Tracking zu zählen.
      2. Klicken Sie auf Ja oder Nein . Beachten Sie, dass SF mit 0,042 cyc/deg beginnt und sich mit jedem Ja und Nein anpasst, um einfacher oder schwieriger zu werden (Abbildung 1E). Klicken Sie auf Zurücksetzen , wenn der Test aufgrund eines versehentlichen oder falschen Klickens von Ja und Nein zurückgesetzt werden muss.
    4. Wenn das Nagetier getestet wird, achten Sie darauf, das Sternchen über dem Kopf des Nagetiers zu halten.
      HINWEIS: Dies hat zwei Auswirkungen: 1) Es behält die korrekte Ortsfrequenz bei. Wenn das Sternchen beispielsweise zwischen den Schultern positioniert ist, ist die Ortsfrequenz niedriger und die Balken sind leichter zu sehen, was zu einer falsch hohen Punktzahl führt. 2) Bei Nagetieren mit leichten Kopfbewegungen lässt sich das Sternchen leichter beurteilen, ob sich der Kopf tatsächlich bewegt.
    5. Achten Sie darauf, dass das System "Fertig" sagt, wenn die Ortsfrequenz des Nagetiers erreicht ist. Beachten Sie, dass die Schaltflächen Ja und Nein nicht mehr angeklickt werden können.
    6. Klicken Sie auf die Registerkarte Ergebnisse , auf der die Ortsfrequenz für das linke Auge, das rechte Auge und die kombinierten Augen angezeigt wird.
      HINWEIS: Manchmal ist die Software so eingestellt, dass die Ergebnisse umgedreht werden, d.h. das rechte Auge wird als das linke Auge und das linke Auge als das rechte Auge gemeldet. Dies wurde bei der Beurteilung von Nagetieren entdeckt, die in einem Glaukommodell nur eine Augenlähmung aufwiesen.
  3. Bewerten der Kontrastempfindlichkeit
    HINWEIS: Der Kontrastempfindlichkeitstest kann unmittelbar nach dem Schritt der Ortsfrequenzmessung oder allein am selben Tag oder an einem anderen Tag durchgeführt werden, wenn das Nagetier nach der Ortsfrequenzprüfung ermüdet erscheint (befolgen Sie die Schritte 1 bis 2.2, wenn Sie nur die Kontrastempfindlichkeit testen).
    1. Klicken Sie auf die Registerkarte Tests und dann auf die Registerkarte Psychophysik . Wählen Sie unter Schwellenwert die Option Kontrast (einzeln) aus, um die Kontrastempfindlichkeit zu messen.
    2. Beginnen Sie auch mit einem Treppenparadigma Gitter mit SF-Konstante auf dem Höhepunkt der CS-Kurve (Contrast Sensitivity). Klicken Sie dazu auf die Registerkarte Stimulus und dann auf die Registerkarte Gitter . Geben Sie im Feld Ortsfrequenz den Wert 0,064 für Ratten und 0,103 für Mäuse ein.
    3. Beginnen Sie den Kontrast bei 100% und suchen Sie nach den gleichen reflexiven Kopfbewegungen wie bei der Ortsfrequenzprüfung. Beachten Sie, dass der Kontrast im Laufe der Tests abnimmt, bis das Nagetier keine reflexiven Kopfbewegungen mehr als Reaktion auf den Reiz hat (Abbildung 1E).
    4. Achten Sie darauf, dass das System "Fertig" sagt und die Tasten Ja und Nein nicht mehr anklickbar sind, sobald das Nagetier nicht mehr auf den visuellen Reiz reagiert und die Kontrastempfindlichkeitsschwelle erreicht wurde. Klicken Sie auf die Registerkarte Ergebnisse , wo die Kontrastempfindlichkeit für das linke Auge, das rechte Auge und die kombinierten Augen aufgelistet wird.
  4. Durchführen einer Analyse nach dem Testen
    1. Für diabetische Retinopathie-Studien, bei denen erwartet wird, dass beide Augen ähnliche Defizite aufweisen, verwenden Sie den kombinierten Score (Durchschnitt des rechten und linken Auges) für die Analyse. Für Modelle, die eine differentielle Schädigung der Augen verursachen (z. B. Explosionsverletzung oder Glaukom), halten Sie die Daten des linken und rechten Auges getrennt.
    2. Verwenden Sie für Die Räumliche Frequenz die Rohwerte (die Daten von der Registerkarte Ergebnisse ) für die Analyse und berechnen Sie diese Werte zusammen nach Gruppen (z. B. Diabetiker, Kontrollwerte usw.).
    3. Verwenden Sie für Die Kontrastempfindlichkeit den Rohwert, um die gemeldete Kontrastempfindlichkeit durch den Michelson-Kontrast aus einer vorherigen Messung der Luminanz des Bildschirms zu berechnen.

2. Das Y-Labyrinth

  1. Bereiten Sie Nagetiere für die Prüfung vor
    1. Passen Sie Nagetiere vor dem Test 30 Minuten lang an den Raum an.
      HINWEIS: Der Forscher kann bei eingeschaltetem Licht im Raum bleiben, sollte aber während dieser Zeit stumm bleiben.
    2. Reinigen Sie das Y-Labyrinth mit einer für Tiere sicheren Desinfektionslösung und wischen Sie alle Desinfektionslösungen mit Papiertüchern ab. Stellen Sie sicher, dass das Labyrinth trocken ist.
  2. Führe das Y-Labyrinth durch
    1. Beschriften Sie den Anfangsarm des Y-Labyrinths als B und die anderen 2 Arme als A und C (Abbildung 2A). Legen Sie ein Nagetier in den Arm, der dem Forscher am nächsten ist (Arm B) in der Nähe der Mitte des Y-Labyrinths. Sobald das Nagetier platziert wurde, starten Sie den Timer (Details zu Labyrinth und Timer in der Materialtabelle).
      1. Erlauben Sie jedem Nagetier, das Y-Labyrinth für 8 Minuten zu erkunden. Machen Sie während dieser Zeit Aufnahmen und notieren Sie alle Beobachtungen. Setzen Sie sich mehrere Meter vom Labyrinth entfernt, während Sie es in Sichtweite halten und keinen Lärm machen.
      2. Notieren Sie den Startort als A, und jedes Mal, wenn das Nagetier in einen neuen Arm eintritt, notieren Sie den neuen Standort des Nagetiers (Abbildung 2B). Definieren Sie einen Eintrag als alle vier Gliedmaßen des Nagetiers, die sich in einem der Arme befinden.
      3. Achten Sie darauf, dass sich Nagetiere verstecken und in einem Arm des Labyrinths stationär bleiben. Wenn das Nagetier länger als 60 s an der gleichen Stelle bleibt und kein Erkundungsverhalten zu zeigen scheint, bewegen Sie das Nagetier in Richtung des Zentrums des Y-Labyrinths und setzen Sie den Versuch fort.
    2. Entfernen Sie nach jedem Nagetier alle Fäkalien und reinigen Sie das Labyrinth mit Desinfektionslösung.
      1. Stellen Sie sicher, dass alle Desinfektionslösungen mit Papiertüchern abgewischt werden und das Labyrinth vollständig trocken ist, bevor Sie das nächste Nagetier in das Labyrinth legen.
  3. Spontanes Wechsel- und Erkundungsverhalten berechnen
    1. Berechnen Sie das explorative Verhalten als die Gesamtzahl der Einträge, die während 8 Minuten getätigt wurden.
    2. Berechnen Sie die räumliche Kognition, gemessen durch spontanen Wechsel:
      die Anzahl der erfolgreichen Änderungen/(die Gesamtzahl der Einträge - 2)
      1. Definieren Sie eine erfolgreiche Abwechslung, während sich das Nagetier nacheinander an drei verschiedenen Orten bewegt (Beispiel: ABC, CAB, BCA usw.). Notieren Sie sich jede erfolgreiche Abwechslung (Abbildung 2B).
      2. Wenn die Bewegungen als ACABCABABCABC aufgezeichnet wurden, ignorieren Sie die beiden anfänglichen Startorte bei der Berechnung des spontanen Wechsels (so dass sich 11 Bewegungen im Nenner befinden). Zählen Sie die Anzahl der genauen Bewegungen (genaue Bewegungen = 8). Berechnen Sie die prozentuale Genauigkeit als: 8/(13 - 2) = 72,7%.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Die OMR gilt als erfolgreich, wenn von einem Nagetier Räumliche Frequenz- und Kontrastempfindlichkeitsschwellenwerte erhalten werden können. Hier wird die Verwendung der OMR zur Beurteilung der Ortsfrequenz bei naiven Kontroll-Brown-Norway- und Long-Evans-Ratten veranschaulicht, beide jung (3–6 Monate) und gealtert (9–12 Monate). Braun-Norwegen-Ratten zeigen typischerweise eine höhere Ausgangs-Ortsfrequenz als Long-Evans-Ratten. Zusätzlich wurde bei den Long-Evans-Ratten ein Alterungseffekt auf die Ortsfrequenz beobachtet (Abbildung 3A). Die Daten wurden anhand einer Einweg-ANOVA analysiert, gefolgt von Holms-Sidak-Post-hoc-Vergleichen, da die Ergebnisse für junge und ältere Menschen aus verschiedenen Kohorten stammten.

Die Verwendung der OMR zur Beurteilung der Kontrastempfindlichkeit wird im STZ-Modell des Typ-I-Diabetes veranschaulicht, das eine Trainingsinterventionsbehandlung erhielt. Long-Evans-Ratten wurden einer der vier Gruppen zugeordnet: Kontrolle, Kontrolle + aktiv, Diabetiker und Diabetiker + Aktiv. Diabetische Ratten erhielten intravenöse Injektionen des Toxins STZ, um die Betazellen der Bauchspeicheldrüse zu schädigen und Hyperglykämie zu induzieren. Aktive Ratten erhielten 30 Minuten Laufbandtraining, 5 Tage die Woche. Inaktive Ratten hatten ein verschlossenes Laufband. Signifikante Defizite in der Kontrastempfindlichkeit (Abbildung 3B) wurden bei diabetischen Ratten beobachtet. Die Bewegungsbehandlung reduzierte diese Defizite (Abbildung 3B). Diese Ergebnisse zeigen, dass die OMR sowohl für die Erkennung und Verfolgung von Netzhautdefiziten im Laufe der Zeit als auch für die Bewertung der Auswirkungen von Behandlungen und Interventionen auf Netzhauterkrankungen nützlich ist22. Die Daten wurden unter Verwendung einer ANOVA mit wiederholten Zwei-Wege-Messungen analysiert, gefolgt von Holms-Sidak-Post-hoc-Vergleichen. Beachten Sie, dass die Ergebnisse als auf Kontrolle normierte Daten (Abbildung 3B) oder als Rohwerte (Abbildung 3A; für die Ortsfrequenz: in Zyklen/Grad oder c/d; für die Kontrastempfindlichkeit: beliebige Einheiten oder a.u.) dargestellt werden können. Typischerweise werden 6-10 Tiere, abhängig von der Schwere der Verletzung, benötigt, um einen signifikanten Unterschied zur OMR zu finden.

Das Y-Labyrinth gilt als erfolgreich, wenn das Nagetier innerhalb von 8 Minuten mindestens 5 Arme des Labyrinths betritt. Hier wird die Fähigkeit des Y-Labyrinths, die kognitive Funktion und das explorative Verhalten zu beurteilen, in der Goto-Kakizaki-Ratte veranschaulicht, einem polygenen, nicht fettleibigen Modell des Typ-II-Diabetes, das ab dem Alter von 2-3 Wochen eine moderate Hyperglykämie entwickelt und keine Insulinsupplementierung erfordert. Signifikante Defizite in der räumlichen Kognition, gemessen durch spontanen Wechsel (Abbildung 4A), und des explorativen Verhaltens, gemessen anhand der Anzahl der Einträge (Abbildung 4B), wurden bei Goto-Kakizaki-Ratten im Vergleich zu Wistar-Kontrollen ab einem Alter von 7 Wochen beobachtet. Kontrollratten scheinen eine Abnahme des Erkundungsverhaltens von 4 bis 8 Wochen zu zeigen. Dieser Trend wird auch in Langzeitstudien beobachtet (8+ Monate alt). Die Abnahme der Bewegung könnte auf mangelnde Neuheit bei wiederholter Labyrinthexposition oder eine allgemeine verminderte Bewegung mit zunehmendem Alter zurückzuführen sein. Kontrollratten scheinen eine Zunahme der räumlichen Kognition von 4 auf 8 Wochen zu zeigen. Dieser Trend wird in Langzeitstudien nicht beobachtet, in denen die Tiere monatlich statt wöchentlich laufen (tatsächlich wird oft ein Rückgang mit zunehmendem Alter beobachtet), und daher kann diese Zunahme der räumlichen Kognition auf einen Lerneffekt zurückzuführen sein, das Labyrinth einmal pro Woche laufen zu lassen. Die Daten wurden unter Verwendung einer ANOVA mit wiederholten Zwei-Wege-Messungen analysiert, gefolgt von Holms-Sidak-Post-hoc-Vergleichen. Ein Minimum von 10 Tieren, abhängig von der Schwere der Verletzung, ist in der Regel erforderlich, um einen signifikanten Unterschied zum Y-Labyrinth zu finden.

Dieses Protokoll generierte visuelle Funktions- und kognitive Funktionsdaten in Modellen von Typ-I- und Typ-II-Diabetes. Die Scores für einzelne Tiere wurden zusammen gemittelt und verwendet, um signifikante Unterschiede zwischen den Behandlungsgruppen früh im Fortschreiten des Diabetes zu erkennen. Die Durchführung sowohl retinaler als auch kognitiver Bewertungen im Laufe der Zeit in Modellen systemischer Erkrankungen wie Diabetes ermöglicht die Überwachung des zeitlichen Auftretens von Defiziten im Laufe der Zeit. Im Goto-Kakizaki-Modell wurde beispielsweise gezeigt, dass Netzhautfunktionsdefizite kognitiven und explorativen Verhaltensdefiziten vorausgehen23 (Abbildung 5).

Figure 1
Abbildung 1: Einrichtung der OMR-Ausrüstung. (A) Bild von Maus-, Ratten- und großen oder beeinträchtigten Rattenplattformen. (B) Bild des Computerbildschirms während des Tests. (C) Bedienfeld der Tasten während der Prüfung. (D) Schematische Darstellung der Ratte auf der Plattform in der Kammer. (E) Beispielgradienten mit zunehmender Ortsfrequenz und Kontrastempfindlichkeit. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2: Aufbau der Y-Labyrinth-Ausrüstung. (A) Bild des Y-Labyrinths mit beschrifteten Armen. (B) Bild eines Labornotizbuchs mit Beispiel für die Y-Labyrinth-Aufzeichnung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3: Verwenden der OMR zum Verfolgen der visuellen Funktion. (A) Räumliche Häufigkeitsschwellen für junge (n = 11) und gealterte (n = 15) Brown-Norway (BN) und junge (n = 20) und gealterte (n = 13) Long-Evans (LE) Ratten. Diese Abbildung zeigt Brown-Norway-Daten von Feola et al., 201921. (B) Verwendung der OMR zur Verfolgung einer reduzierten Netzhautfunktion im Laufe der Zeit und der schützenden Wirkungen von Bewegung in einem STZ-Rattenmodell für Typ-I-Diabetes. Kontrastempfindlichkeitsschwellen für inaktive diabetische Ratten im Vergleich zu aktiven diabetischen Ratten und Kontrollratten. Dunkelgraue Sternchen stellen Unterschiede zwischen beiden Kontrollgruppen und beiden Diabetikergruppen dar. Orangefarbene Sternchen stellen Unterschiede zwischen inaktiven diabetischen Ratten und aktiven diabetischen Ratten dar. Diese Abbildung zeigt Daten aus einer Untergruppe von Ratten von Allen et al., 201822. Mittlere ± SEM. ** p < 0,01, *** p < 0,001. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 4
Abbildung 4: Verwendung des Y-Labyrinths zur Verfolgung der kognitiven Funktion und des explorativen Verhaltens im Laufe der Zeit im Goto-Kakizaki-Modell von Typ-II-Diabetes im Vergleich zu Wistar-Kontrollen. (A) Kognitive Funktion (spontaner Wechsel) für Goto-Kakizaki (Diabetiker) und Wistar (Kontrolle) Ratten im Alter von 4 bis 8 Wochen. (B) Exploratives Verhalten (Anzahl der Einträge) im Alter von 4 bis 8 Wochen. Mittlere ± SEM. ** p < 0,01, *** p < 0,001. Sternchen stellen Unterschiede zwischen Goto-Kakizaki- und Wistar-Ratten zu jedem Zeitpunkt dar. Nur eine Kohorte von Ratten wurde von 4 Wochen bis 8 Wochen durchgeführt (GK: n = 7; Wistar: n = 10). Alle anderen Kohorten wurden von 5 Wochen bis 8 Wochen durchgeführt (GK: n = 22; Wistar: n = 23) für insgesamt n von 29 (GK) und 33 (Wistar) in den Wochen 5 bis 8. Diese Zahl wurde aus Allen et al., 201923, geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 5
Abbildung 5: Zeitleiste der funktionellen Veränderungen im Goto-Kakizaki-Modell von Typ-II-Diabetes. Nach dem Auftreten einer Hyperglykämie waren die ersten Veränderungen, die bei der Goto-Kakizaki-Ratte beobachtet wurden, in der Netzhautfunktion, gemessen durch Elektroretinogramm (ERG), die im Alter von 4 Wochen auftrat. Kognitive und explorative Verhaltensänderungen traten nach dem Alter von 6 Wochen auf. Diese Zahl wurde aus Allen et al., 201923, geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Die OMR und das Y-Labyrinth ermöglichen die nicht-invasive Beurteilung von Sehfunktions- und kognitiven Funktionsdefiziten bei Nagetieren im Laufe der Zeit. In diesem Protokoll wurde gezeigt, dass die OMR und das Y-Labyrinth visuelle und kognitive Defizite in Nagetiermodellen von Diabetes verfolgen.

Kritische Schritte im Protokoll

Die OMR

Einige wichtige Punkte, die bei der Durchführung der OMR zur Beurteilung der visuellen Funktion zu berücksichtigen sind, sind die verwendeten Testparameter, das experimentelle Design und der Zeitpunkt der Tests sowie die Erfahrung des Forschers, der die Messungen durchführt. Einer der kritischeren Schritte im Protokoll besteht darin, sicherzustellen, dass die Parameter korrekt eingestellt sind. Darüber hinaus sollte die OMR-Kammer im Rahmen des Aufbaus vor und nach jedem Nagetier mit Desinfektionslösung oder einem anderen zugelassenen Desinfektionsmittel gereinigt werden. Es ist auch wichtig, dass der Forscher, der die Maßnahmen durchführt, geschult wurde und Erfahrung in der Durchführung der Maßnahmen hat. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Nagetiere ruhig sind und sich an den Raum gewöhnt haben, indem sie sie vor Beginn des Experiments 30 Minuten in ihren Käfigen lassen. Es ist auch wichtig, die Ortsfrequenz und die Kontrastempfindlichkeit zu bestimmen, wenn sie mit einer neuen Dehnung arbeiten, und zu beachten, dass nicht alle Dehnungen die gleichen Ausgangswerte aufweisen. Braun-Norwegen-Ratten haben eine größere Ausgangs-Ortsfrequenz als Long-Evans-Ratten. In der Zwischenzeit scheinen einige Stämme von Albino-Ratten die Ortsfrequenz kompromittiert zu haben24, während andere Stämme von Albino-Ratten überhaupt kein Tracking-Verhalten zeigen. Viele Faktoren können zur begrenzten Reaktion von Albino-Tieren auf die OMR beitragen: gestörte Binokularität aufgrund einer differentiellen Dekussation der Sehnervenfasern, Mangel an Melanin im Augenhintergrund und großer Anteil an dualen Opsinkegeln. Unabhängig davon sind Albino-Ratten möglicherweise keine geeigneten Probanden für den OMR-Test, da ihre Leistung zu nahe an der Nachweisgrenze liegen könnte.

Das Y-Labyrinth

Eine kritische Komponente bei der Durchführung des Y-Labyrinths besteht darin, Störungen während des Aufzeichnungszeitraums zu minimieren. Die anfängliche Platzierung des Nagetiers im Labyrinth sollte erst erfolgen, nachdem sich das Nagetier 30 Minuten lang an den Raum gewöhnt hat. Dies ermöglicht es dem Nagetier, sich an die neue Umgebung anzupassen und verhindert, dass Störfaktoren das normale Verhalten des Nagetiers beeinflussen. Die Minimierung von Störungen während jedes Versuchs ist sehr wichtig. Dazu gehört, laute Geräusche zu vermeiden und sicherzustellen, dass der Forscher außer Sichtweite des Nagetiers ist. Diese Ablenkungen können dem Nagetier Stress bereiten. Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Wände des Raumes mit einer neutralen Farbe so kahl wie möglich bleiben sollten. Alle hellen Farben an den Wänden oder Postern können das Nagetier ablenken und sein exploratives Verhaltensmuster beeinflussen.

Einschränkungen der Methode und Änderungen und Fehlerbehebung der Methode

Die OMR

Eine mögliche Einschränkung der OMR besteht darin, dass sie durch die Verzerrung des Experimentators beeinflusst werden kann und verschiedene Experimentatoren leicht unterschiedliche Ergebnisse erzielen können, da das OMR-Scoring subjektiv ist. Es kann leicht sein, eine zu subtile Kopfbewegung zu übersehen oder exploratives Verhalten als Kopfbewegung zu klassifizieren. Da Verzerrungen die OMR-Ergebnisse beeinflussen können, ist es am besten, wenn der Experimentator nach Möglichkeit für die Behandlungsgruppe und das Studiendesign maskiert ist. Die Entwicklung einer automatischen OMR oder der Vergleich der Ergebnisse von zwei Testern könnte ebenfalls dazu beitragen, den Bias der Experimentatoren zu verringern.

Ein häufiges Problem, das während des OMR-Tests auftreten kann, ist, wenn das Nagetier wiederholt von der Plattform springt, was es schwierig macht, eine visuelle Schwelle zu erreichen. Wenn dies geschieht, beachten Sie es und legen Sie die Ratte vorsichtig zurück auf die Plattform; Es kann auch notwendig sein, die Ratte am nächsten Tag erneut zu messen. Darüber hinaus können Ratten, die noch nie zuvor gemessen wurden, explorative Verhaltensweisen zeigen, wenn sie in die OMR gebracht werden. Wenn dies ein Problem ist, kann eine zusätzliche Baseline-Messung etwa eine Woche nach der ersten Messung dazu beitragen, die Genauigkeit zu verbessern. Tests mit übermäßigen Mengen dieser Verhaltensweisen sollten verworfen werden.

Andere Faktoren wie Alter oder geruchliche Hinweise könnten ebenfalls zu unerwünschten Aktivitäten beitragen. Daher ist es wichtig, Experimente in Übereinstimmung mit dem Zeitplan der visuellen Systementwicklung bei Ratten zu entwerfen und die Plattform und die Kammer vor und nach dem Testen jedes Nagetiers gründlich zu reinigen. Die Tageszeit, zu der die OMR-Messungen durchgeführt werden, sollte ebenfalls berücksichtigt werden, da frühere Studien gezeigt haben, dass es zirkadiane Rhythmen in der Ortsfrequenz gibt25. Die Ratten vor Mittag laufen zu lassen, scheint für ihren Fokus am besten zu sein (Rachael Allens Labor - persönliche Beobachtungen). Wenn Ratten zu abgelenkt werden, kann es helfen, sanft auf die Außenseite des OMR zu klopfen.

Die Geschwindigkeit, mit der die Tests durchgeführt werden, kann sich ebenfalls auf die Ergebnisse auswirken. Die Maßnahmen können nach etwa 30 Minuten ungenauer werden, wenn die Nagetiere das Interesse an dem Reiz verlieren. Daher können genauere Ergebnisse erzielt werden, wenn Messungen in etwa ≤20 min durchgeführt werden. Die Dauer eines einzelnen Versuchs (entweder für SF oder CS) beträgt 5-10 Minuten für einen Experten und 30 Minuten für einen Anfänger. Wenn ein Nagetier wenig Bewegung zeigt, die meiste Zeit mit der Pflege verbringt oder anderweitig nicht in Richtung der Stäbe schaut, kann es ermüdet sein. Das Nagetier kann an einem anderen Tag wieder gelaufen werden. Darüber hinaus können SF- und CS-Tests an verschiedenen Tagen durchgeführt werden, insbesondere für neuere Tester, die möglicherweise langsamer sind. Die Häufigkeit, mit der der Test durchgeführt wird, kann sich auch auf die Ergebnisse auswirken - die wöchentliche oder jede zweite Woche durchzuführen, hilft den Tieren, sich an den Test zu gewöhnen, aber die tägliche oder jeden zweiten Tag durchzuführen, kann zu Hyperakuität führen26. Wir führen nicht mehr als eine Testversion pro Tag durch, obwohl wir oft sowohl SF als auch CS am selben Tag oder sogar in derselben Sitzung durchführen. Die kumulative tägliche Zeit für die Durchführung einer Kohorte von Ratten (n = 10) beträgt 2 h für einen Experten.

Die OMR misst jedes Auge unabhängig, was zu separaten visuellen Scores für jedes Auge führt. In den Morrison- und Mikroperlenmodellen des Glaukoms und in einem Optikus-Nerv-Crush-Modell hat unser Labor keinen Einfluss des geschädigten Auges auf das unbeschädigte Auge beobachtet27. In einem Explosionsmodell, bei dem die Explosion auf ein Auge gerichtet war, zeigte das kontralaterale Auge schädigte, aber dies könnte auch auf einen partiellen Explosionseffekt zurückzuführen sein28. Bei Kontrollratten sollte es keinen Unterschied in den Ergebnissen zwischen dem Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn geben, aber einige Nagetiere könnten eine Verzerrung haben; Daher wäre es am besten, die Richtungen29 abzuwechseln, wenn das OMR-System nicht automatisch wechselt.

Abhängig vom Krankheitsmodell können die Unterschiede in der Sehfunktion der Behandlungsgruppe je nach den verwendeten Parametern variieren. Wenn beispielsweise beim Testen der Kontrastempfindlichkeit die Ortsfrequenz auf ein Niveau eingestellt ist, das über dem normalen Räumlichen Frequenzschwellenwert liegt und schwer zu lösen ist, sind die Unterschiede in der Kontrastempfindlichkeit zwischen gruppen gering. Wenn die Ortsfrequenz jedoch auf ein Niveau eingestellt wird, das normalerweise für Ratten leicht zu erkennen ist, sind die Unterschiede in der Kontrastempfindlichkeit zwischen den Gruppen größer30. Daher ist es wichtig, das Studiendesign und die normalen Ortsfrequenzschwellenwerte von Nagetieren bei der Festlegung von Parametern für die Durchführung der OMR zu berücksichtigen.

Das Y-Labyrinth

Wenn ein Tier Angst hat, kann es in einer Ecke des Labyrinths einfrieren. Wenn ein lautes Geräusch außerhalb des Raumes auftritt, kann ein Tier außerdem Angst bekommen und sich nicht im Labyrinth bewegen. Um diese Probleme zu berücksichtigen, können Forscher Ratten zuerst an den Raum gewöhnen, ein gefrorenes Tier zu einem Auswahlpunkt bewegen, ein Tier an einem anderen Tag erneut laufen lassen oder die Tiere in rotem Licht laufen lassen, was sie weniger nervös macht, da sie normalerweise in der Dunkelheit aktiv sind (Rachael Allens Labor - persönliche Kommunikation). Es wird auch empfohlen, das Y-Labyrinth jeden Tag zur gleichen Zeit laufen zu lassen, um Veränderungen des Aktivitätsniveaus im Laufe des Tages aufgrund von circadianen Rhythmen zu berücksichtigen. Normalerweise lassen wir die Ratten vor Mittag laufen (Rachael Allens Labor - persönliche Beobachtungen). Die Dauer eines einzelnen Versuchs beträgt 8 min (10 min, mit Aufräumarbeiten). Wir führen nie mehr als eine Testversion pro Tag durch. Wenn eine zusätzliche Studie erforderlich ist, wird die Studie an einem anderen Tag durchgeführt. Die kumulative tägliche Zeit für das Ausführen einer Kohorte von Ratten (n = 10) beträgt 2–3 h. Altersbedingte Abnahmen des räumlichen Wechsels wurden bei Ratten im Alter von 9–12 Monaten und beim explorativen Verhalten im Alter von 12 Monaten beobachtet28.

Während sowohl das explorative Verhalten als auch die räumliche Kognition bei diabetischen Nagetieren abnehmen, scheinen die beiden nicht eng miteinander korreliert zu sein, und daher bewerten wir die lokomotorische Aktivität vor dem Y-Labyrinth-Test nicht unabhängig.

Die Bedeutung der Methode im Hinblick auf bestehende/alternative Methoden

Die OMR

Andere Methoden der visuellen Funktionstests, wie z. B. die optokinetische Verfolgung, beruhen auf der Fixierung des Kopfes des Tieres und der Verfolgung von Augenbewegungen. Die uneingeschränkte optomotorische Reaktion (OMR) ermöglicht eine longitudinale, nicht-invasive und zuverlässige Messung der Sehfunktion bei Nagetieren. In diesem Protokoll wurde beschrieben, wie die OMR verwendet werden kann, um sowohl die Räumliche Frequenz als auch die Kontrastempfindlichkeitsschwellen für jedes Auge zu quantifizieren. Diese Methode kann sehr nützlich sein, um neuronale Dysfunktion im Frühstadium bei Krankheiten wie Diabetes zu erkennen. Andere Tests wie die visuelle Wasseraufgabe können auch verwendet werden, um die Ortsfrequenz zu messen31, aber da dies das Training von Nagetieren beinhaltet, um in einem modifizierten Y-Labyrinth zu einem Gradienten zu schwimmen, ist die Aufgabe zeitaufwendig und erfordert viel Training. Darüber hinaus misst die OMR Werte für jedes Auge unabhängig, was in Modellen nützlich ist, bei denen die Verletzung auf ein Auge gerichtet ist und das andere Auge als kontralaterale Kontrolle dient (z. B. viele Glaukommodelle). Darüber hinaus ist OMR eine empfindliche Bewertung, die in der Lage ist, Veränderungen bereits 3-4 Wochen nach Diabetes zu erkennen, was früher ist als andere visuelle Beurteilungen. Elektrophysiologische Assays sind eine Alternative zu verhaltensorientierten visuellen Tests. Die Elektroretinographie (ERG) ist verfügbarer als die OMR und kann Defizite in präzisen Zelltypen mit verschiedenen Komponenten der ERG-Welle32 bestimmen (a-Wellen stehen für die Funktion der Photorezeptorzelle, b-Wellen für die bipolare Zellfunktion). In der Zwischenzeit kann die OMR verwendet werden, um ein Defizit in der visuellen Funktion zu bestimmen, ohne den genauen Punkt des Zusammenbruchs entlang des Pfades preiszugeben. Die OMR ist jedoch ein empfindlicheres Maß für DR als ERG, wobei die OMR-Defizite typischerweise zwischen 2-4 Wochen nach Hyperglykämie und ERG-Defiziten typischerweise 4-8 Wochen nach Hyperglykämie bei Nagetieren beobachtet werden. Schwere diabetische Katarakte können die OMR beeinflussen. Diabetische Katarakte bei Nagetieren treten jedoch unter Narkose auf und / oder verschlechtern sich, und daher sind Tests wie ERG und optische Kohärenztomographie, die eine Anästhesie erfordern, viel häufiger betroffen als die OMR, die bei wachen Tieren durchgeführt wird.

Das Y-Labyrinth

Das Y-Labyrinth stützt sich auf räumliche Kognition wie das Morris-Wasserlabyrinth, verwendet jedoch keinen starken negativen Reiz (z. B. Wasser), um das Tier zur Ausführung der Aufgabe zu motivieren. Somit ist das Y-Labyrinth für die Tiere weniger belastend und auch einfacher durchzuführen. Es ist jedoch möglich, dass das Y-Labyrinth nicht so empfindlich ist wie das Morris-Wasserlabyrinth oder das Barnes-Labyrinth. Im Gegensatz zum Morris-Wasserlabyrinth ist das Y-Labyrinth ein automatisches Verhalten und erfordert kein Training. Somit ist der Zeitaufwand für die Durchführung des Y-Labyrinths viel geringer.

Schlussfolgerungen und zukünftige Anwendungen oder Richtungen der Methode

Die OMR

Das OMR ist nützlich für Messungen der Sehfunktion bei Nagetieren, indem es Kopfbewegungen verfolgt. Es ist eine effektive Methode, aber es gibt Updates und Ergänzungen, die kontinuierlich vorgenommen werden, um das Protokoll zu verbessern. Einige neuartige Methoden verwenden das Nagetier, das seinen Kopf pausiert, als negativen OMR-Indikator in Kombination mit Head-Tracking als positiven Indikator33. Dies ermöglicht eine schnellere und genauere Messung der visuellen Funktion34. Eine weitere Möglichkeit, diesen Prozess zu modifizieren, besteht darin, ein System zu entwickeln, das den Kopf automatisch ohne künstliche Marker verfolgt, um Inkonsistenzen zu reduzieren, die von menschlichen Testern ausgehen könnten35. Seit 2016 ist ein automatisiertes oder quantitatives OMR-System namens qOMR gut entwickelt und kommerziell verfügbar. Im obigen Protokoll konnte die OMR Defizite in der Ortsfrequenz und Kontrastempfindlichkeit bei diabetischen Ratten sowie den Schutz vor Defiziten mit einer Behandlung (Übung) nachweisen.

Das Y-Labyrinth

Das Y-Labyrinth enthüllt Informationen über exploratives Verhalten und räumliche Kognition und wurde hier verwendet, um Verhaltensdefizite bei diabetischen Nagetieren nach 7 Wochen zu erkennen. Andere Tests zur Beobachtung der kognitiven Funktion existieren (z. B. Morris-Wasserlabyrinth, Barnes-Labyrinth, neuartige Objekterkennung), und es ist möglich, dass diese Tests in der Lage sind, den kognitiven Verfall früher aufzudecken oder Informationen über verschiedene Aspekte der Kognition zu liefern. Zukünftige Richtungen für das Y-Labyrinth umfassen das Platzieren eines neuartigen Objekts oder Nahrungsreizes in einem der Arme und die Beobachtung des Erkundungsmusters des Nagetiers36. Eine Variante davon besteht darin, einen der Arme des Y-Labyrinths zu blockieren, dem Nagetier zu erlauben, die beiden verbleibenden Arme zu erkunden, und dann den Zugang zum dritten Arm wieder zu öffnen und zu bewerten, wie lange das Nagetier im dritten neuartigen Arm verbringt. Eine weitere wertvolle Verbesserung, die in Bezug auf das Y-Labyrinth gemacht werden könnte, ist die Entwicklung einer automatischen Verfolgung der Nagetiere, um ihre Bewegungen aufzuzeichnen. Dies würde die Notwendigkeit einer manuellen Aufzeichnung der Bewegungen der Nagetiere überflüssig machen und die Berechnungen der spontanen Wechsel genauer und effizienter machen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Die Autoren haben nichts preiszugeben.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde durch die Department of Veterans Affairs Rehab R&D Service Career Development Awards (CDA-1, RX002111; CDA-2; RX002928) zu RSA und (CDA-2, RX002342) zu AJF und den National Institutes of Health (NIH-NICHD F31 HD097918 zu DACT und NIH-NIEHS T32 ES012870 zu DACT) und NEI Core Grant P30EY006360.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
OptoMotry HD CerebralMechanics Inc. OMR apparatus & software
Timer Thomas Scientific 810029AR
Y-Maze apparatus San Diego Instruments 7001-043 Available specifically for rats

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. IDF. International Diabetes Federation Diabetes Atlas, 9th edn. , Available from: https://diabetesatlas.org/upload/resources/material/20200302_133351_IDFATLAfinal-web.pdf (2019).
  2. Wang, W., Lo, A. C. Y. Diabetic retinopathy: pathophysiology and treatments. International Journal of Molecular Sciences. 19 (6), (2018).
  3. Akpek, E. K., Smith, R. A. Overview of age-related ocular conditions. The American Journal of Managed Care. 19 (5), Suppl 67-75 (2013).
  4. Urano, F. Wolfram syndrome: diagnosis, management, and treatment. Current Diabetes Reports. 16 (1), 6 (2016).
  5. Adeva-Andany, M. M., Funcasta-Calderón, R., Fernández-Fernández, C., Ameneiros-Rodríguez, E., Domínguez-Montero, A. Subclinical vascular disease in patients with diabetes is associated with insulin resistance. Diabetes & Metabolic Syndrome: Clinical Research & Reviews. 13 (3), 2198-2206 (2019).
  6. Chin, J. A., Sumpio, B. E. Diabetes mellitus and peripheral vascular disease: diagnosis and management. Clinics in Podiatric Medicine and Surgery. 31 (1), 11-26 (2014).
  7. Barber, A. J., Gardner, T. W., Abcouwer, S. F. The significance of vascular and neural apoptosis to the pathology of diabetic retinopathy. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 52 (2), 1156-1163 (2011).
  8. Pardue, M. T., Allen, R. S. Neuroprotective strategies for retinal disease. Progress in Retinal and Eye Research. 65, 50-76 (2018).
  9. Aung, M. H., Kim, M. K., Olson, D. E., Thule, P. M., Pardue, M. T. Early visual deficits in streptozotocin-induced diabetic long evans rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54 (2), 1370-1377 (2013).
  10. Antonetti, D. A., et al. Diabetic retinopathy: seeing beyond glucose-induced microvascular disease. Diabetes. 55 (9), 2401-2411 (2006).
  11. Logroscino, G., Kang, J. H., Grodstein, F. Prospective study of type 2 diabetes and cognitive decline in women aged 70-81 years. BMJ. 328 (7439), 548 (2004).
  12. London, A., Benhar, I., Schwartz, M. The retina as a window to the brain-from eye research to CNS disorders. Nature Reviews Neurology. 9 (1), 44-53 (2013).
  13. Archibald, N. K., Clarke, M. P., Mosimann, U. P., Burn, D. J. The retina in Parkinson's disease. Brain. 132 (5), 1128-1145 (2009).
  14. Sakai, R. E., Feller, D. J., Galetta, K. M., Galetta, S. L., Balcer, L. J. Vision in multiple sclerosis: the story, structure-function correlations, and models for neuroprotection. Journal of Neuroophthalmology. 31 (4), 362-373 (2011).
  15. Wong, T. Y., et al. Retinal microvascular abnormalities and incident stroke: the Atherosclerosis Risk in Communities Study. The Lancet. 358 (9288), 1134-1140 (2001).
  16. Marquié, M., et al. Association between retinal thickness and β-amyloid brain accumulation in individuals with subjective cognitive decline: Fundació ACE Healthy Brain Initiative. Alzheimer's Research & Therapy. 12 (1), 37 (2020).
  17. Thomas, B. B., Seiler, M. J., Sadda, S. R., Coffey, P. J., Aramant, R. B. Optokinetic test to evaluate visual acuity of each eye independently. Journal of Neuroscience Methods. 138 (1-2), 7-13 (2004).
  18. Prusky, G. T., Alam, N. M., Beekman, S., Douglas, R. M. Rapid quantification of adult and developing mouse spatial vision using a virtual optomotor system. Investigative Ophthalmology & Vision Science. 45 (12), 4611-4616 (2004).
  19. Maurice, T., et al. Behavioral evidence for a modulating role of σ ligands in memory processes. I. Attenuation of dizocilpine (MK-801)-induced amnesia. Brain Research. 647 (1), 44-56 (1994).
  20. Douglas, R. M., et al. Independent visual threshold measurements in the two eyes of freely moving rats and mice using a virtual-reality optokinetic system. Visual Neuroscience. 22 (5), 677-684 (2005).
  21. Feola, A. J., et al. Menopause exacerbates visual dysfunction in experimental glaucoma. Experimental Eye Research. 186, 107706 (2019).
  22. Allen, R. S., et al. TrkB signalling pathway mediates the protective effects of exercise in the diabetic rat retina. European Journal of Neuroscience. 47 (10), 1254-1265 (2018).
  23. Allen, R. S., et al. Retinal deficits precede cognitive and motor deficits in a rat model of type II diabetes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 60 (1), 123-133 (2019).
  24. Prusky, G. T., Harker, K. T., Douglas, R. M., Whishaw, I. Q. Variation in visual acuity within pigmented, and between pigmented and albino rat strains. Behavioural Brain Research. 136 (2), 339-348 (2002).
  25. Hwang, C. K., et al. Circadian rhythm of contrast sensitivity is regulated by a dopamine-neuronal PAS-domain protein 2-adenylyl cyclase 1 signaling pathway in retinal ganglion cells. Journal of Neuroscience. 33 (38), 14989-14997 (2013).
  26. Mui, A. M., et al. Daily visual stimulation in the critical period enhances multiple aspects of vision through BDNF-mediated pathways in the mouse retina. PLoS One. 13 (2), 0192435 (2018).
  27. Feola, A. J., et al. Menopause exacerbates visual dysfunction in experimental glaucoma. Experimental Eye Research. 186, 107706 (2019).
  28. Allen, R. S., et al. Long-term functional and structural consequences of primary blast overpressure to the eye. Journal of Neurotrauma. 35 (17), 2104-2116 (2018).
  29. Maaswinkel, H., Li, L. Spatio-temporal frequency characteristics of the optomotor response in zebrafish. Vision Research. 43 (1), 21-30 (2003).
  30. Benkner, B., Mutter, M., Ecke, G., Münch, T. A. Characterizing visual performance in mice: an objective and automated system based on the optokinetic reflex. Behavioral Neuroscience. 127 (5), 788-796 (2013).
  31. Lehmann, K., Schmidt, K. F., Löwel, S. Vision and visual plasticity in ageing mice. Restorative Neurology and Neuroscience. 30, 161-178 (2012).
  32. Leinonen, H., Tanila, H. Vision in laboratory rodents-tools to measure it and implications for behavioral research. Behavioral Brain Research. 352, 172-182 (2018).
  33. Spielmann, M., Schröger, E., Kotz, S. A., Pechmann, T., Bendixen, A. Using a staircase procedure for the objective measurement of auditory stream integration and segregation thresholds. Frontiers in Psychology. 4, 534 (2013).
  34. Shi, C., et al. Optimization of optomotor response-based visual function assessment in mice. Scientific Reports. 8 (1), 9708 (2018).
  35. You, M., Yamane, T., Tomita, H., Sugano, E., Akashi, T. A novel rat head gaze determination system based on optomotor responses. PLoS One. 12 (4), 0176633 (2017).
  36. Whyte, A. J., et al. Reward-related expectations trigger dendritic spine plasticity in the mouse ventrolateral orbitofrontal cortex. The Journal of Neuroscience. 39 (23), 4595-4605 (2019).

Tags

Verhalten diabetische Retinopathie Netzhaut Y-Labyrinth optomotorische Reaktion exploratives Verhalten Ortsfrequenz Kontrastempfindlichkeit räumliches Gedächtnis spontaner Wechsel

Erratum

Formal Correction: Erratum: Behavioral Assessment of Visual Function via Optomotor Response and Cognitive Function via Y-Maze in Diabetic Rats
Posted by JoVE Editors on 01/05/2022. Citeable Link.

An erratum was issued for: Behavioral Assessment of Visual Function via Optomotor Response and Cognitive Function via Y-Maze in Diabetic Rats. The author list was updated.

The author list was updated from:

Kaavya Gudapati*1,2, Anayesha Singh*1,3, Danielle Clarkson-Townsend1,4, Andrew J. Feola1,2, Rachael S. Allen1,2
1Center for Visual and Neurocognitive Rehabilitation, Atlanta VA Medical Center,
2Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology,
3Department of Neuroscience, Emory University,
4Gangarosa Department of Environmental Health, Emory University
* These authors contributed equally

to:

Kaavya Gudapati*1,2, Anayesha Singh*1,3, Danielle Clarkson-Townsend1,4, Stephen Q. Phillips1, Amber Douglass1, Andrew J. Feola1,2, Rachael S. Allen1,2
1Center for Visual and Neurocognitive Rehabilitation, Atlanta VA Medical Center,
2Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology,
3Department of Neuroscience, Emory University,
4Gangarosa Department of Environmental Health, Emory University
* These authors contributed equally

Verhaltensbewertung der visuellen Funktion über optomotorische Reaktion und kognitive Funktion über Y-Maze bei diabetischen Ratten
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gudapati, K., Singh, A.,More

Gudapati, K., Singh, A., Clarkson-Townsend, D., Phillips, S. Q., Douglass, A., Feola, A. J., Allen, R. S. Behavioral Assessment of Visual Function via Optomotor Response and Cognitive Function via Y-Maze in Diabetic Rats. J. Vis. Exp. (164), e61806, doi:10.3791/61806 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter