为了研究小鼠的视觉功能，我们进行了逼近视觉刺激实验。将小鼠置于一个顶部装有显示器的大型方形旷场中。逼近视觉刺激在小鼠中 consistently 引发了僵直或逃跑反应。
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本文内容
摘要
摘要
中枢神经系统中的视觉系统可处理多种视觉信号。尽管从视网膜经外侧膝状体到视觉皮层的整体结构已得到明确，该系统仍十分复杂。研究人员已开展细胞与分子水平的研究，以阐明视觉处理的机制，并进一步揭示相关疾病的发病机制。这些研究可能有助于人工视觉系统的开发。为了验证上述研究结果，必须进行行为学视觉检测。本文展示了一种可靠的、仅需相对简单装置的小鼠视觉检测方法——逼近刺激实验。该实验在一个较大的围栏中进行，围栏一角设有躲避处，天花板上安装有一台计算机显示器。显示器旁放置一台CCD相机，用于观察小鼠行为。将小鼠放入围栏中适应并探索环境10分钟，随后显示器程序化地投射10次逼近刺激。小鼠对刺激的反应表现为冻结行为或逃向躲避处。记录小鼠在逼近刺激前后的行为，并利用运动追踪软件分析视频。结果显示，小鼠运动速度在逼近刺激后发生显著变化。相比之下，盲鼠未表现出任何反应。我们的结果表明，这种简单的逼近实验是一种可靠的小鼠视觉检测方法。
引言
视觉系统始于视网膜，在此处视觉信号由光感受器捕获，并传递至双极细胞（2nd-级神经元），最后传递至神经节细胞（3rd-级神经元）。视网膜2nd- 和 3rd-order 神经元被认为可形成多条神经通路，分别传递视觉信号的特定方面，如颜色、运动或形状。这些不同的视觉特征被中继至外侧膝状体和视觉皮层。相比之下，引发眼球运动的视觉信号则被传送到上丘。传统上已鉴定出两条视网膜-皮层通路：大细胞通路和小细胞通路。这些通路分别编码运动物体和静止物体，其存在体现了平行加工的基本概念1,2,3,4,5,6最近，已发现超过15种双极细胞7,8,9,10,11
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方案
所有实验和动物护理均按照韦恩州立大学机构动物护理和使用委员会批准的方案（方案编号：17-11-0399）进行。
1. 实验准备
- 构建一个矩形的无顶盖围栏，用于在呈现逼近视觉刺激时容纳小鼠。我们使用铝制框架和PVC板构建了一个40 cm × 50 cm × 33 cm的围栏（图1A,B）。在围栏整个底部铺设一张纸，以确保每次实验后易于清理。在围栏的一个角落放置一个不透明的庇护所，其入口朝向 arena 中心，便于小鼠进出。
- 设置一台配备广角镜头的摄像机，用于记录小鼠的行为。将摄像机固定在紧邻围栏的桌面支架上。为获得最佳视频质量，摄像机帧率应设置为60 FPS或更高。
- 在围栏顶部安装一台计算机显示器。由于从外部无法看到该显示器，另准备第二台显示器，用于同步复制主显示器上的图像。
- 准备用于投射的逼近刺激图案。一种方法是使用MatLab软件中的PsychToolbox3编写一个逐渐扩大的黑色圆形图案（图1C）。将刺激设置为从2°的视觉角度开始，在250 ms内扩展至50°；这些参数决定了刺激速度（视觉角度计算见图1D）。设置....
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结果
将一只眼睛健康的小鼠放入围栏中，使其适应环境10分钟。实验 arena 的天花板上装有显示器，环境光照条件保持在中等光照水平（7 × 105 光子/μm2/s）。在适应期间，小鼠探索环境并发现不透明的穹顶可作为庇护所。当小鼠离开庇护所后，开始视频记录，随后启动视觉刺激。面对逼近刺激，大多数小鼠会逃入穹顶内（逃避反应），31只小鼠中有30只（97%）表现出该反应。部分小鼠在逃跑前出现静止不动的冻结反应（31只中有19只，61%）。逼近刺激使光照强度降低1个数量级（6 × 105 光子/μm2/s）。
使用具有手动追踪功能的商业分析软件（Image Pro Plus）或FIJI（NIH）对捕获的视频片段进行分析。利用追踪功能，在逼近刺激发生前、期间和之后的视频每一帧（60帧/秒）中确定小鼠的位置。我们分析了随时间变化的速度以及与庇护所之间的距离（图3）。当发生逃跑行为时，速度迅速增加，同时与庇护所的距离相应减少。相比之下，当小鼠呈现静止状态.......
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讨论
在逼近视觉刺激系统下，大多数（97%）健康眼睛的小鼠表现出逃跑反应。29只小鼠中有1只未表现出明显的逃跑反应，但该小鼠会走向穹顶并在其附近停留，直到逼近刺激消失，表明该小鼠在逼近刺激出现时至少表现出警觉性。因此，逼近刺激在健康眼睛的小鼠中始终能够引发先天性的恐惧反应。另一方面，三只盲鼠对逼近刺激未表现出任何反应（初步结果）。综上所述，我们证明逼近实验是一种对小鼠有效且一致的视力检测方法。
我们将逼近刺激的速度设定为 192 度/秒。Franceschi 等人29研究了在不同速度（5 至 84 度/秒）下的逼近反应，发现冻结反应更倾向于在较低速度下出现。Yilmaz 和 Meister28观察到在 35 至 350 度/秒范围内的逃跑反应；然而，在较高速度下，逃跑反应的潜伏期更长。因此，为了引发一致的逃跑反应，逼近刺激的速度应至少达到 50 度/秒或更高。即使使用标准的呈现软件，也可以轻松生成逼近刺激。然而，这类软件无法实现更高速度的逼近刺激。我们转而使用 MatLab 和 PsychTo.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作由美国国立卫生研究院（NIH）R01 EY028915（TI）和RPB基金资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 10.1" 显示器（2° 显示） | Elecrow | Elecrow 10.1 英寸树莓派 1920x1080p 分辨率显示屏 | |
| 14" 商务笔记本电脑 5490 | Dell | 84 / rcrc961481-4860836 | |
| 20" × 50" 吸水垫 | Fisher Scientific | AL2050 | 用于保护实验区域地面效果良好，也可使用其他类型的垫子 |
| 21.5" 显示器（1° 显示） | Acer | Acer R221Q bid 21.5 英寸 IPS 全高清显示屏 | |
| CCD 相机 | Lumenera Corporation | Infiniyy3S-1UR | 由于高帧率（60 fps），非常适合行为学研究 |
| enclosure（铝框和PVC面板） | 80/20 Inc. | 4x 货号#9010, 4x 货号#9005, 1x 货号#9000, 5x 货号#65-2616 | 性能优异，使用快速构建选项卡查找PVC材料、接头和框架 |
| 乙醇 | Fisher Scientific | 22-032-601 | |
| Excel 电子表格软件 | Microsoft Office | 用户友好，且 Microsoft Office 软件广为人知 | |
| Freearm | Amazon | 用于将相机固定在桌面上，也可使用任何可安装的伸缩臂 | |
| ImagePro Premiere 3D | Media Cybernetics | 版本 9.3 | 功能良好，但自动追踪功能有待进一步更新 |
| Matlab 软件（Psychotoolbox 3） | MathWorks | Matlab R2018b 64 位 (9.5.0.944444) | 优秀的软件，可用于生成任意条件下的图形刺激 |
| SteamPix 软件 | Norpix | StreamPix 7 64 位单相机版 | 运行良好，偶有丢帧问题，但客户服务良好 |
| WD My Book 外置硬盘 | Western Digital | WDBBGB0080HBK 硬盘 8 TB USB 3.0 | 若使用无压缩编解码器的 .avi 文件，由于文件体积较大，此设备为必需 |
| 广角镜头 | Navitar | NMV-5M23 | 性能优异，且为完整捕捉整个实验区域所必需 |
参考文献
- Enroth-Cugell, C., Robson, J. G. The contrast sensitivity of retinal ganglion cells of the cat. The Journal of Physiology. 187 (3), 517-552 (1966).
- Boycott, B. B., Wässle, H. The morphological types of ganglion cells of the domestic cat's retina. The....
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重印与许可
