Name: 使用的视动反应研究斑马鱼的视觉功能 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-02-02T18:45:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: 学习使用视动反应（OKR）评估成年斑马鱼视觉功能的新方法。该协议通过固定装置记录眼动反应，为视觉神经科学研究提供标准化工具，适用于跨生命阶段的视觉处理机制探索。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

感谢沈凡女士对斑马鱼饲养工作的支持。本研究得到以下基金资助：胡兵博士（中国科学院“百人计划”、国家自然科学基金 30870833 及中国国家基础科学计划 2009CB941302）。
所有动物实验均按照中国科学技术大学（USTC）动物资源中心和大学动物护理与使用委员会制定的指南和规定进行。

第一部分：构建OKR装置
详细步骤见视频演示。
第二部分：成年斑马鱼的视动反应（OKR）
如果您的实验室已构建了OKR装置，成年斑马鱼OKR实验的关键在于固定鱼体。在本部分中，我们将逐步为您演示操作流程。
我们的装置由以下部分组成，与其他文献中提到的类似。圆形鱼室的外径为7.0 cm，内径为6.5 cm，高为7.0 cm。鱼室周围的转鼓外径为8.5 cm，内径为7.5 cm，高为7.0 cm。转鼓可顺时针和逆时针旋转，转速范围为20~70转/分钟（rpm）。在转鼓外侧贴有一张描图纸，其上绘制有11个黑白条纹循环。照明系统由两个直径为21 cm的环形灯管组成。
<img src="/files/ftp_upload/1742/1742fig1.jpg" alt="两个堆叠的立方体示意图，标注了尺寸，用于说明空间体积的计算。" data-altupdatedat="1761735611000" data-alt="图1"> 图1. 海绵的模型。 中间制作的凹槽是为了确保视野不被遮挡。
<ol>
<li>如图1所示，由两部分组成的海绵。左侧部分为长3 cm × 宽3 cm × 高2 cm。右侧部分为长3 cm × 宽3 cm × 高3 cm。</li>
<li>将此海绵置于鱼室底部，并加入约2 cm深的培养用水。应排出隐藏在海绵内的气泡。</li>
<li>在海绵右侧部分前端插入一根针，位置约在边缘后方2 mm处。</li>
<li>用MS-222麻醉一条成年斑马鱼。</li>
<li>将斑马鱼背侧朝上放置于海绵上，使其一侧胸鳍位于第一根针前方。</li>
<li>在另一侧胸鳍后方插入第二根针。该针与第一根针配合，可防止斑马鱼身体收缩（参见图2）。</li>
<li>用动脉夹夹住其尾部，并将动脉夹固定在粘附于鱼室的一块橡胶（油灰模型）上。</li>
<li>在鱼体泄殖孔附近位置插入第三和第四根针。可防止斑马鱼剧烈摆动尾部。</li>
<li>第五根针置于第一根与第三根针之间，第六根针位于其对侧。它们可防止斑马鱼身体晃动。</li>
<li>在靠近鳃部的位置插入第七和第八根针，以保持头部方向稳定。</li>
<li>向鱼室内加入培养用水。</li>
<li>待斑马鱼苏醒后，使其适应5~10分钟。</li>
<li>打开装置光源，让斑马鱼适应光照环境2分钟。</li>
<li>启动电机以驱动光栅，让斑马鱼适应1分钟。</li>
<li>开启摄像机并记录眼球运动。</li>
<li>在个人计算机上分析眼角6和扫视次数（眼角分析的代表性示例如图2所示）。</li>
</ol>
<img src="/files/ftp_upload/1742/1742fig2.jpg" alt="鱼类运动分析示意图，包含追踪点及随时间变化的运动角度图" data-altupdatedat="1761735611000" data-alt="图 2"> 图 2. 眼轴与体轴之间的夹角。 
a) 当光栅移动方向为鼻侧至颞侧时，我们定义鱼体前方的夹角为负角，鱼体后方的夹角为正角；反之亦然（简要回顾参见参考文献6）。本图中的数字表示标记针的顺序。 
b) 正常组一条鱼的OKR分析示例。一段一秒长的视频被转换为一系列帧，使用Image-pro Plus软件测量每帧的眼部角度。本图中每个点代表我们测量的每一帧。
注意事项：
<ol class="lalpha">
<li>所有图钉仅用于防止斑马鱼身体晃动，夹得过紧会对鱼造成伤害。</li>
<li>动脉夹因其接触面积较小，可能会损伤尾部。一旦尾部松脱，将很难再次固定该鱼。在某些情况下，建议用绷带包裹尾部。</li>
<li>插入鳃部附近位置的第七和第八枚图钉，不应遮挡其对格栅视野的观察。</li>
</ol>

第三部分. 幼年斑马鱼的OKR
1. 甲基纤维素
幼鱼斑马鱼可在6%甲基纤维素溶液中固定，同时长时间保持存活。按如下方法制备甲基纤维素溶液。
<ol>
<li>将 200 ml ddH2O 放入微波炉中，高火加热约 3 分钟至沸腾。</li>
<li>将热水转移至搅拌加热板上，剧烈搅拌。</li>
<li>逐渐加入 12 g 甲基纤维素。</li>
<li>待甲基纤维素充分分散后，继续搅拌 3 分钟。</li>
<li>用冰水冷却溶液至澄清，然后置于 4°C 下保存。</li>
</ol>
2. 幼体斑马鱼
<ol>
<li>在17:00喂食后，将两条雄性成年斑马鱼和一条雌性成年斑马鱼配对放入交配缸中。次日早晨转移至新的交配缸，并在1小时后收集胚胎。</li>
<li>将卵置于胚胎培养基中，在28.5±0.5°C、光照与黑暗周期为14:10的培养箱中孵育。</li>
<li>受精后48小时（hpf）卵将孵化，视动反应（OKR）测试可在72 hpf或之后进行。本视频中的幼鱼处于受精后5天（5 dpf）。</li>
</ol>
3. OKR 实验步骤
<ol>
<li>将装置置于配备CCD相机的体视显微镜下，并打开该装置的光源。</li>
<li>在55 mm培养皿中加入20 ml 6%甲基纤维素。</li>
<li>将数条幼虫并排置于培养皿中央。</li>
<li>在相机视野中引入一个体积约为1 μl的气泡，该气泡可作为反射光栅方向的镜面。</li>
<li>启动电机并记录幼虫眼球的运动。</li>
</ol>

第四部分. 成年斑马鱼的OMR
使用该装置也可进行成年斑马鱼的OMR实验，只需在鱼缸中放置一根柱子以防止鱼游过中心区域（如图3a所示，旋转速度为36 rpm，黑白周期为11个）。
<ol>
<li>将一条鱼放入该鱼用培养室中。</li>
<li>在鱼用培养室中央放置一个直径为 2 cm 的柱体。</li>
<li>分别在静止光栅和旋转光栅条件下适应一分钟。</li>
<li>记录斑马鱼的运动情况。</li>
<li>在个人计算机上分析时间重合率（示例见图3b，旋转速度为 36 rpm，黑白周期为 11）。</li>
</ol>
<img src="/files/ftp_upload/1742/1742fig3.jpg" alt="培养皿中的斑马鱼（a）和刺激反应柱状图（b），显示一致率。" data-altupdatedat="1761735611000" data-alt="图 3"> 图 3. 成年斑马鱼的视动反应（OMR）。（a）在鱼缸中央放置一根白色塑料柱，以防止鱼游过中心区域。（b）成年斑马鱼跟随光栅运动的一致率。一致率定义为跟随光栅运动的时间占总记录时间的比例。50% 的值表示鱼处于随机游动状态，而 100% 表示鱼能非常好地跟随光栅运动。使用珠宝镊子对两侧视神经进行约 10 秒的压迫损伤。损伤后，斑马鱼的视动反应表现为随机游动。

<ol><li>Beck, J., Gilland, E., Tank, D., Baker, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+the+Ontogeny+of+Optokinetic+and+Vestibuloocular+Behaviors+in+Zebrafish+Medaka%2C+and+Goldfish%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Quantifying the Ontogeny of Optokinetic and Vestibuloocular Behaviors in Zebrafish Medaka, and Goldfish.</a> J Neurophysiol. 92, 3546-3561 (2004).</li>
<li>Brockerhoff, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+optokinetic+response+of+zebrafish+larvae%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Measuring the optokinetic response of zebrafish larvae.</a> Nature Protocols. 1, 2448-2451 (2006).</li>
<li>Emran, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OFF+ganglion+cells+cannot+drive+the+optokinetic+reflex+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">OFF ganglion cells cannot drive the optokinetic reflex in zebrafish.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 19126-19131 (2007).</li>
<li>Rinner, O., Rick, J., Neuhauss, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrast+Sensitivity%2C+Spatial+and+Temporal+Tuning+of+the+Larval+Zebrafish+Optokinetic+Response%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Ophthalmology+and+Visual+Science%22%5BJournal%5D)">Contrast Sensitivity, Spatial and Temporal Tuning of the Larval Zebrafish Optokinetic Response.</a> Investigative Ophthalmology and Visual Science. 46, 137-142 (2005).</li>
<li>Roeser, T., Baier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visuomotor+Behaviors+in+Larval+Zebrafish+after+GFP-Guided+Laser+Ablation+of+the+Optic+Tectum%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Visuomotor Behaviors in Larval Zebrafish after GFP-Guided Laser Ablation of the Optic Tectum.</a> The Journal of Neuroscience. 23, 3726-3734 (2003).</li>
<li>Easter, S., Nicola, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Development+of+Vision+in+the+Zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Biology%22%5BJournal%5D)">The Development of Vision in the Zebrafish (Danio rerio).</a> Developmental Biology. 180, 646-663 (1996).</li>
<li>Maaswinkel, H., Li, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatio-temporal+frequency+characteristics+of+the+optomotor+response+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Research%22%5BJournal%5D)">Spatio-temporal frequency characteristics of the optomotor response in zebrafish.</a> Vision Research. 43, 21-30 (2003).</li>
</ol>

根据OKR的定义，它是一种动物眼睛自发跟随旋转光栅移动的现象。如果这种行为持续较长时间（例如超过6小时），眼肌可能会疲劳，导致OKR减弱。
成年斑马鱼的视动反应（OMR）已被其他研究者完整描述7。在本视频中，我们仅使用我们的设备展示这种行为。一旦视神经受到挤压损伤，斑马鱼便无法很好地跟随这种光栅图案。
我们使用自行设计的简易装置，对成年斑马鱼和幼体斑马鱼进行了OKR行为测试，并对成年鱼进行了OMR测试，以评估斑马鱼的视觉功能。在本实验中，成年斑马鱼的OKR检测反应在4小时内可保持足够强度，且不会对其造成伤害。这可能使成年斑马鱼的OKR测试在功能研究中更加高效。

<table><tbody><tr><td>甲基纤维素</td><td>西格玛奥德里奇</td><td>M6385</td><td>黏度 25 cP</td></tr></tbody></table>

利用视动反应研究斑马鱼的视觉功能

Using the optokinetic response to study visual function of zebrafish

视动反应（OKR）是一种动物通过眼球振动来追随周围旋转光栅的行为。该方法已被广泛用于评估幼年斑马鱼的视觉功能1-5。然而，目前尚无适用于成年斑马鱼的标准实验方案。本文介绍了一种在实验室建立的新方案，并利用自行设计的简易装置来测量成年斑马鱼的OKR。本视频将展示该装置的结构以及成年斑马鱼OKR检测的详细操作步骤。此外，视频中还演示了幼年斑马鱼OKR的测量，以及成年斑马鱼视动反应（OMR）测试的过程。本实验中成年斑马鱼OKR检测可持续长达4小时。在对成年斑马鱼视觉系统进行干预的情况下，应用此类成年鱼OKR检测将更高效地促进视觉功能的研究。
Su-Qi Zou 和 Wu Yin 对本论文贡献相同。

视动反应已被广泛用于评估幼体斑马鱼的视觉功能。然而，目前尚无适用于成年斑马鱼的标准实验方案1-5。本文中，我们介绍一种在本实验室建立的新方案，用于测量成年斑马鱼的视动反应（OKR）。

视动反应（optokinetic response, OKR）是一种动物通过眼球震颤跟随周围旋转光栅的行为。该方法已被广泛用于评估……

大家好。我叫Mean Jing，来自中国科学技术大学。众所周知，视动反应（Opto kinetic response，简称OKR）是一种行为测试，指动物通过移动眼睛来跟随移动的光栅图案。围绕它游动。这种行为已被广泛用于评估幼年斑马鱼的视觉功能。然而，使用标准的固定方法对幼鱼进行固定并不适用于成年鱼。因此在本视频中，我们将向您展示一种新的固定方法，使得记录成年鱼OKR成为可能。同时，为了对比，我们还将演示幼鱼的OKR检测以及成年鱼的OMR检测。而 OMR 指的是运动反应。现在我将向您展示我们定制的 OKR 应用界面，看起来不错吧？在此装置中，有一个由电机驱动的光栅底座。光栅管放置在该光栅底座上，并随其一同旋转。光栅底座上方覆盖有一块腔室板，该腔室板不旋转，同时使用一个环形灯对光栅进行照明。就是这样。只需将鱼皿放在皿板上，我们就可以开始了。大家好，我是 Sui。大家好，我是W。我们在中国台湾的USPC从事神经发育和ELL方面的研究。今天我们将向大家展示斑马鱼的高通量筛选实验。好的，我们开始吧。首先，我们将向您展示如何对成年斑马鱼进行OKR测试。现在将海绵放入鱼缸中，并倒入一些水。轻轻挤压海绵以排出其中的气泡。现在我们将逐步向您展示如何使用大头针固定鱼类标本。首先轻轻摆动鱼体，确保其背鳍向上，拉直尾部使鱼体呈直线。使用动脉夹固定尾鳍，并用油泥将动脉夹固定在观察室内。固定后，向腔室中倒入更多的水，并向鱼吹入一些水以使其苏醒。现在我们终于完成了准备工作，可以开始真正的实验了，即OKR测试。请注意，屏幕上方的两个物体仅仅是光栅在针头上的反射。现在让我们看看如何进行幼鱼OKR测试。我们将雄性和雌性鱼放入交配缸中，让它们产卵。然后收集卵并将其转移到玻璃培养皿中。我们使用甲基纤维素溶液来固定幼鱼。该溶液在加热后必须迅速冷却。因此，将其放入冰水中并轻轻摇晃，直至变得透明。现在将20毫升甲基纤维素放入培养皿中。确保溶液中无气泡。将幼虫排成一行放入溶液中。在视野中加入一个微小的1 µL空气气泡，以便观察到分级的反射。这就是野生型斑马鱼幼虫OKR行为的演示。最后，我们将向您展示如何对成年斑马鱼进行 OMR 测试。首先，抓一条鱼并将其放入鱼 chamber 中。现在将鱼 chamber 放置到位。然后在实验箱中央安装一个白色圆柱，以防止斑马鱼在测试前通过中心区域。最好让斑马鱼在此光照条件下适应一分钟。好了，这就是成年斑马鱼视动反应（OMR）测试的演示过程。我们刚刚向您展示了如何在成年斑马鱼上进行OKR测试。在此测试中，我们尝试使用针具固定斑马鱼，而非甲基纤维素。通过该方法，我们成功记录到持续超过四小时的强烈反应。这将为实验人员提供充足的时间。

using-the-optokinetic-response-to-study-visual-function-of-zebrafish

Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

使用的视动反应研究斑马鱼的视觉功能

我们开发了视觉-运动反应方法，用于定量分析幼年斑马鱼对光强增加和减少的运动输出。我们还研究了斑马鱼的视觉突变体，包括在另一种视觉检测方法——视动反射检测中被认为完全失明的无视动反应（nrc）突变体。...

测量斑马鱼对光强度变化反应性的行为学实验

VisioTracker：一种用于眼动分析的创新自动化方法

本视频介绍了斑马鱼的视动反应检测方法。该视频通过视觉移动刺激来测量斑马鱼的反射性眼球运动，并确定其视觉敏锐度。...

视动反应检测：一种测量斑马鱼视觉敏锐度的方法

本视频介绍了通过激活基因改造的体感神经元，并使用高速摄像机记录所引发的行为反应的光遗传学技术。...

斑马鱼光遗传学：激活基因改造的体感神经元以研究幼鱼行为反应

光遗传学技术使得研究特定神经元对行为的贡献成为可能。本文描述了一种在幼年斑马鱼中激活表达通道视紫红质变体（ChEF）的单个躯体感觉神经元的方法，该方法采用半导体泵浦固体（DPSS）激光器进行激活，并使用高速摄像机记录所引发的行为反应。...

使用ChEF-tdTomato对斑马鱼体感神经元进行光遗传学激活

斑马鱼已成为许多研究领域的重要工具。本文演示了一种诱导成年斑马鱼产生视觉反应并计算其功能性视敏度的方法。...

斑马鱼视觉敏锐度的定量测量：视动反应

我们介绍一种利用显微操作和视网膜电图（ERG）技术对斑马鱼幼鱼进行视网膜电图分析的方法。该方法简便直接，适用于检测斑马鱼幼鱼的视觉功能。 体内.

斑马鱼幼鱼视觉反应的视网膜电图分析

本方案描述了一种对斑马鱼早期眼部发育进行整体标记和多维成像的方法。我们介绍了利用激光扫描共聚焦显微镜进行标记、包埋和四维（4D）成像的操作步骤，并讨论了优化数据采集的注意事项，以深入解析视杯形态发生机制。...

斑马鱼视杯形态发生的四维成像

本文介绍了如何通过手术从活体斑马鱼幼体中摘除眼球，作为研究视网膜输入如何影响视顶盖生长与发育的第一步。此外，本文还提供了幼体麻醉、固定和脑组织解剖的方法，并进一步介绍了免疫组织化学染色和共聚焦成像技术。...

活体斑马鱼幼鱼眼球摘除以研究视觉系统发育和生长对神经支配的依赖性

利用光遗传学手段调控信号通路，是研究发育、再生、稳态及疾病过程中信号如何被解码的一种强有力策略。本方案提供了在早期斑马鱼胚胎中使用基于光-氧-电压感应结构域的 Nodal...

斑马鱼胚胎中的光遗传学信号激活

本文介绍了一种详细的实验方案，利用共聚焦显微镜检测表达GCaMP钙指示剂的转基因斑马鱼脑区中神经活动的方法。...

体内 共聚焦荧光成像技术用于观察部分固定幼年斑马鱼在感觉刺激下诱导的神经活动

学习使用视动反应（OKR）评估成年斑马鱼视觉功能的新方法。该协议通过固定装置记录眼动反应，为视觉神经科学研究提供标准化工具，适用于跨生命阶段的视觉处理机制探索。

利用视动反应研究斑马鱼的视觉功能

探索更多视频