Name: VisioTracker，创新的自动化到动眼神经分析方法 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-10-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 51 s
Description: 了解VisioTracker自动化系统如何定量分析斑马鱼眼动行为，评估视觉系统功能。该技术可识别突变体视觉缺陷，研究药物对视觉处理的影响，适用于神经科学和发育生物学研究。

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KPM 受欧盟第七框架计划（RETICIRC）资助。

1. 鱼类繁殖
胚胎在标准条件下（Brand 2002）培养和饲养，并根据受精后天数（dpf）进行发育阶段划分。实验所用成体及5 dpf幼鱼用于测量。
2. 实验步骤
<ol>
	<li>仪器准备</li>
</ol>
幼鱼：将鱼类幼鱼置于预热至28°C的3%甲基纤维素中，以防止身体移动。将胚胎背侧朝上放置于VisioTracker中，面向投影屏幕。成年鱼：将鱼类在300 mg/L MS-222中短暂麻醉后，固定于固定装置中，并置于VisioTracker内。在开始测量前，使其恢复1-2分钟。
<ol start="2">
	<li>刺激模式的生成</li>
</ol>
使用专有软件包创建了由围绕斑马鱼旋转的黑白正弦波光栅组成的刺激模式。通过该软件包，可对波形、对比度、强度、角速度和空间频率进行调节。图案由 VisioTracker 内置的数字光投影仪投射到屏幕上。斑马鱼眼睛与屏幕之间的距离约为 4.5 cm，投影画面在水平方向覆盖 360 度，垂直方向覆盖 55 度。对于幼鱼，以 0.33 Hz 的频率改变刺激方向，以减少扫视频率。成年鱼则采用单向刺激，且仅分析颞侧向鼻侧方向刺激的眼动数据，因为鼻侧向颞侧的眼动速度通常显著较低且不够稳定（参见 Mueller 和 Neuhauss，2010 年）。
<ol start="3">
	<li>眼动记录</li>
</ol>
将鱼头部的明场图像输入红外摄像机。鱼体的红外照明从下方实现。摄像机分别以每秒5帧（幼体）或每秒12.5帧（成体）的速率记录图像。图像会自动进行处理，对眼球形状进行校正和平滑。随后，专用软件自动确定眼球相对于水平轴的方向，并计算眼球运动速度。软件还会自动校正鱼体的微小移动。所有记录和分析均实时完成。
3. 实验后数据处理
<ol>
	<li>对眼动速度的原始测量数据进行扫视过滤，以提取慢相速度。</li>
	<li>采用7帧滑动窗口的滑动平均法对去除扫视后的眼动速度曲线进行平滑处理。</li>
	<li>在相同刺激条件下对多帧数据的眼动速度进行平均。</li>
	<li>对于幼鱼，双眼的眼动速度取平均值。</li>
</ol>
4. 代表性结果：
为了评估VisioTracker在幼鱼和成鱼中的检测能力，实验使用了5日龄的斑马鱼幼鱼和成年斑马鱼进行。
对于幼体斑马鱼， 保险杠 选择该突变体。在此突变体中，晶状体上皮细胞过度增殖，导致晶状体尺寸减小及晶状体异位。这些形态学改变表现为对比敏感度和视力显著下降（Schonthaler 等，2010）。图1展示了突变体bumper与其野生型同胞在对比敏感度上的差异。 缓冲器 随着刺激对比度降低，突变体调节眼动速度的能力逐渐下降。类似地，当刺激的空间频率增加时，即刺激条纹宽度减小时， 保险杠 突变体同样表现出视觉敏锐度降低（图 2）
通过将成年斑马鱼置于不同浓度的酒精水环境中30分钟，随后在不同刺激条件下测量其视动反应，研究了环境条件对成年斑马鱼视觉功能的影响。当酒精浓度逐渐升高时，成年斑马鱼的对比敏感度显著降低（图3）。当斑马鱼暴露于逐渐升高的酒精浓度中时，在广泛的空間频率范围内，其整体眼动速度也呈现出类似的剂量依赖性下降（图4）。此外，随着任务难度增加（例如刺激速度提高），酒精处理以剂量依赖方式进一步降低眼动功能表现（图5）。
<img alt="眼动速度与对比度关系图；比较标记为bumper及其兄弟个体的实验结果。" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 1"> 
图1. 斑马鱼幼体的眼动速度依赖于刺激对比度。在5 dpf时，分析了10只bumper突变体和10只野生型兄弟个体在不同刺激条纹对比度条件下的表现。图表显示平均眼动速度 ± 1 SEM。
<img alt="眼动速度与空间频率关系图；bumper突变体及其同胞的行为分析研究。" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 2"> 
图2. 斑马鱼幼体的眼动速度依赖于空间频率。在5天龄时，对10只bumper突变体和10只野生型同胞个体施加不同宽度的刺激条纹，并按所述方法进行分析。图中显示平均眼动速度 ± 1 SEM。
<img alt="眼动对比敏感度图，乙醇对眼动速度的影响分析，数据图表。" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 3"> 
图 3. 成年斑马鱼表现出酒精浓度依赖性的对比敏感度下降。成年斑马鱼在不同浓度的酒精中维持30分钟，随后在不同刺激条纹对比度条件下进行分析。该图显示了每组9条鱼（对照组除外，n=11）的颞侧至鼻侧眼动速度平均值 ± 1 SEM。
<img alt="眼动速度与空间频率关系图；乙醇浓度；视觉研究结果；数据分析。" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 4"> 
图 4. 成年斑马鱼在不同宽度刺激条纹条件下，表现出随酒精浓度升高而整体眼动减少的现象。成年斑马鱼在不同浓度乙醇中处理30分钟，随后在不同刺激条纹宽度条件下进行分析。图中显示每组9条鱼（对照组：n=11）鼻侧至颞侧眼动速度的平均值 ± 1 SEM。
<img alt="角加速度与眼动速度；线形图；乙醇对眼部反应的影响。" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 5"> 
图 5. 成年斑马鱼在不同乙醇浓度处理下，其整体眼动幅度随刺激速度范围的增加而呈现浓度依赖性降低。成年斑马鱼在不同浓度乙醇中维持30分钟，随后在不同刺激速度条件下进行分析。该图显示了每组9条鱼（对照组：n=11）鼻侧至颞侧眼动速度的平均值±1倍标准误（SEM）。

<ol><li>Bahadori, R., Rinner, O., Schonthaler, H. B., Biehlmaier, O., Makhankov, Y. V., Paris, R., Jagadeeswaran, P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fade+out+mutant+is+a+novel+genetic+model+for+Hermansky-Pudlak+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Optical+and+Visual+Sciences%22%5BJournal%5D)">The fade out mutant is a novel genetic model for Hermansky-Pudlak syndrome.</a> Investigative Optical and Visual Sciences. 47, 4523-4531 (2006).</li>
<li>Beck, J. C., Gilland, E., Baker, R., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Instrumentation+for+measuring+oculomotor+performance+and+plasticity+in+larval+organisms%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Instrumentation for measuring oculomotor performance and plasticity in larval organisms.</a> Methods in Cell Biol. 76, 383-411 (2004).</li>
<li>Brand, M. G. M., Nüsslein-Vollhard, C. Keeping and raising Zebrafish. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrand%2C+MGM+%22Zebrafish%2C+Practical+Approach+Series%22">Zebrafish, Practical Approach Series</a>. Nüsslein-Vollhard, C., Dahm, R. , Oxford University Press. Oxford. 7-37 (2002).</li>
<li>Easter, S. S., Nicola, G. N. <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+%22Dev.+Biol%22%5BJournal%5D)">The development of vision in the zebrafish (Danio rerio).</a> Dev. Biol. 180, 646-663 (1996).</li>
<li>Easter, S. S., Nicola, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+development+of+eye+movements+in+the+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Psychobiol%22%5BJournal%5D)">The development of eye movements in the zebrafish (Danio rerio).</a> Dev. Psychobiol. 31, 267-276 (1997).</li>
<li>Haug, M. F., Biehlmaier, O., Mueller, K. P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+acuity+in+zebrafish%3A+behavior+and+histology%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Zoology%22%5BJournal%5D)">Visual acuity in zebrafish: behavior and histology.</a> Frontiers in Zoology. 7, 8-8 (2010).</li>
<li>Huang, Y., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+optokinetic+response+in+zebrafish+and+its+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Bioscience%22%5BJournal%5D)">The optokinetic response in zebrafish and its applications.</a> Frontiers in Bioscience. 13, 1899-1916 (2008).</li>
<li>Major, G., Baker, R., Aksaya, E., Mensh, B., Seung, H. S., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasticity+and+tuning+by+visual+feedback+of+the+stability+of+a+neural+integrator%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Plasticity and tuning by visual feedback of the stability of a neural integrator.</a> Proc Natl Acad Sci U.S.A. 101, 7739-7744 (2004).</li>
<li>Mueller, K. P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+Measurements+of+the+optokinetic+response+in+adult+fish%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Meth%22%5BJournal%5D)">Quantitative Measurements of the optokinetic response in adult fish.</a> J. Neurosci. Meth. 186, 29-34 (2010).</li>
<li>Neuhauss, S. C. F., Biehlmaier, O., Seeliger, M. W., Das, T., Kohler, K., Harris, W. A., Baier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+disorders+of+vision+revealed+by+a+behavioral+screen+of+400+essential+loci+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Genetic disorders of vision revealed by a behavioral screen of 400 essential loci in zebrafish.</a> J. Neurosci. 19, 8603-8615 (1999).</li>
<li>Qian, H., Zhu, Y., Ramsey, D. J., Chappell, R. L., Dowling, J. E., Ripps, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directional+asymmetries+in+the+optokinetic+response+of+larval+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Directional asymmetries in the optokinetic response of larval zebrafish.</a> Zebrafish. 2, 189-196 (2005).</li>
<li>Renninger, S. L., Gesemann, M., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cone+arrestin+confers+cone+vision+of+high+temporal+resolution+in+zebrafish+larvae%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cone arrestin confers cone vision of high temporal resolution in zebrafish larvae.</a> Eur. J. Neurosci. 33, 658-667 (2011).</li>
<li>Rick, J. M., Horschke, I., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optokinetic+behavior+is+reversed+in+achiasmatic+mutant+zebrafish+larvae%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Optokinetic behavior is reversed in achiasmatic mutant zebrafish larvae.</a> Curr. Biol. 10, 595-598 (2000).</li>
<li>Rinner, O., Rick, J. M., Neuhauss, S. C. F. <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+%22Invest.+Ophthalmol.+Vis.+Sci%22%5BJournal%5D)">Contrast sensitivity, spatial and temporal tuning of the larval zebrafish optokinetic response.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46, 137-142 Forthcoming.</li>
<li>Rinner, O., Makhankov, Y. V., Biehlmaier, O. S., Neuhauss, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Knockdown+of+cone+specific+kinase+GRK7+in+larval+zebrafish+leads+to+impaired+cone-response+recovery+and+delayed+dark+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Knockdown of cone specific kinase GRK7 in larval zebrafish leads to impaired cone-response recovery and delayed dark adaptation.</a> Neuron. 47, 231-242 (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+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Visuomotor behaviors in larval zebrafish after GFP-guided laser ablation of the optic tectum.</a> J. Neurosci. 23, 3726-3734 (2003).</li>
<li>Schonthaler, H., Fleisch, V. C., Biehlmaier, O., Makhankov, Y. M., Rinner, O., Bahadori, R., Schwarz, H., Neuhauss, S. C. F., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+zebrafish+mutant+leberkn+del%2Fvam6+resembles+human+multi-systemic+disorders+caused+by+aberrant+trafficking+of+endosomal+vesicles%5BTitle%5D)+AND+%22Development%22%5BJournal%5D)">The zebrafish mutant leberkn del/vam6 resembles human multi-systemic disorders caused by aberrant trafficking of endosomal vesicles.</a> Development. 135, 387-399 (2008).</li>
<li>Schonthaler, H. B., Franz-Odendaal, T. A., Hodel, C., Gehring, I., Schwarz, H., Neuhauss, S. C. F., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+zebrafish+mutant+bumper+shows+a+hyperproliferation+of+lens+epithelial+cells+and+fibre+cell+degeneration+leading+to+functional+blindness%5BTitle%5D)+AND+%22Mech.+Dev%22%5BJournal%5D)">The zebrafish mutant bumper shows a hyperproliferation of lens epithelial cells and fibre cell degeneration leading to functional blindness.</a> Mech. Dev. 127, 203-219 (2010).</li>
<li>Schonthaler, H. B., Lampert, J. M., Lintig, J. von, Schwarz, H., Geisler, R., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mutation+in+the+pmel17+gene+leads+to+defects+in+melanosome+biogenesis+and+alterations+the+visual+system+in+the+zebrafish+mutant+fading+vision%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Biology%22%5BJournal%5D)">A mutation in the pmel17 gene leads to defects in melanosome biogenesis and alterations the visual system in the zebrafish mutant fading vision.</a> Developmental Biology. 284, 231-242 (2005).</li>
</ol>

Oliver D.R. Schnaedelbach 和 Holger D. Russig 是 TSE Systems GmbH 的员工，该公司生产本文所使用的视觉性能追踪系统。本文的制作由 TSE Systems GmbH 赞助。Stephan C.F. Neuhuass 是苏黎世大学的员工，该大学因每售出一套系统而从 TSE Systems 获得报酬。

视动反应（OKR）在视觉功能研究中的重要性早已被科学界所公认（Easter &amp; Nicola 1996, 1997），而对这一范式进行真正量化的工作早在十多年前便已开始。Easter 和 Nicola（1996）开发了一种使用电机驱动的条纹滚筒的系统，通过人工分析眼动的录像。该系统因缺乏对鱼胚胎的有效固定，需频繁手动重新定位，且极难检测到眼球的追踪运动。进一步的改进是采用视频投影的条纹滚筒，从而实现更灵活的计算机生成刺激呈现（Roeser &amp; Baier, 2003；Rinner et al., 2005a）。
对录像记录进行主要依赖人工、逐帧分析的方法已被证明极为耗时，且在一定程度上受到观察者偏倚的限制（Beck et al., 2004）。实时自动化分析被提出，可用于行为反馈学习机制的研究（Major et al., 2004）。Beck et al.（2004）率先采用了红外照明和频率控制的旋转刺激装置。然而，该系统仅用于幼虫，且分析为离线进行。此外，VisioTracker 可实现对刺激的完全控制，包括在实验过程中动态更改刺激，从而提供更高的灵活性，并可对实验进程进行即时干预。同时，VisioTracker 采用的数字刺激生成方式，克服了此前使用条纹刺激鼓时因惯性质量加速所带来的问题（Beck et al., 2004）。
甲基纤维素固定幼鱼不会显著干扰其眼动，且对斑马鱼的健康无任何长期影响。斑马鱼幼体成功地在甲基纤维素中嵌入培养数天，直至随着年龄增长，通过皮肤供氧无法满足其代谢需求（Qian et al., 2005）。
成年鱼类的固定方法对动物同样温和。实验时间短，且可快速更换测试鱼类，进一步提升了该系统的动物福利优势。由于鱼鳃持续受到水流冲洗，因此可方便地向水中添加任何选定的化学物质，以研究其对眼动和视觉功能的影响。类似地，在实验之间无需对动物进行操作，即可直接增加一个洗脱实验。
通过专有的 VisioTracker 软件中的平滑算法，视频图像中的像素噪声被降至最低，从而实现了对眼位和角速度的高精度测量。此外，为了便于统计分析，该软件滤除了以恒定速度发生的扫视运动，这些运动对实验结论并无贡献。对7个视频帧的速度曲线进行平均处理，有助于后续分析。
VisioTracker 为众多不同的研究领域开辟了新的维度。该系统及其前身已被成功用于量化斑马鱼幼鱼的视觉功能，所采用的参数包括视敏度、对比敏感度和光适应能力（Rinner 等., 2005a; Schonthaler 等., 2010），也可用于在调控视觉信号转导级联中的成员后，对视锥光感受器进行功能分析（例如 Rinner 等., 2005b; Renninger 等., 2011），或用于分析突变型斑马鱼幼鱼的视觉缺陷（例如 Schonthaler 等., 2005, 2008；Bahadori 等., 2006）。通过记录眼动反应（OKR）的方法，研究人员已探究了视觉系统形态发育与功能成熟之间的相互依赖关系，结果表明，在幼鱼阶段，视敏度主要但并非完全受限于光感受器之间的间距（Haug 等., 2010）。
VisioTracker 同样适用于分析成年斑马鱼及其他体型相似的鱼类物种的视觉功能（Mueller 和 Neuhauss（2010），本报告）。
也可以将该系统应用于毒理学或药理学等研究领域，通过向包围成年斑马鱼鳃部的水流中添加待研究的物质来进行实验。此外，VisioTracker 系统具有高度的多功能性，可实现对视觉功能的个体发育、神经环路功能及其发育过程或感觉运动控制等更深入的分析（参见 Huang 与 Neuhauss，2008 年的综述）。

<table><tbody><tr><td>甲基纤维素</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M0387</td><td></td></tr><tr><td>氨基苯甲酸乙酯甲磺酸盐（MS-222）</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E10521</td><td></td></tr><tr><td>35 mm 细胞培养皿</td><td>Corning</td><td>430165</td><td></td></tr><tr><td>血清移液管</td><td>Greiner Bio-One</td><td>612 361</td><td></td></tr><tr><td>VisioTracker</td><td>TSE Systems</td><td>302060</td><td></td></tr></tbody></table>

visiotracker：一种用于眼动分析的创新自动化方法

VisioTracker, an Innovative Automated Approach to Oculomotor Analysis

研究视觉系统的发育与功能需要具有可量化、易于诱发、稳定且便于操控的视觉行为模型。一个合适的模型是视动反应（OKR），这是一种存在于所有脊椎动物中的反射性行为，因其具有高度的选择价值而被保留。OKR包括缓慢跟随刺激的眼球运动，随后交替出现快速复位的扫视眼动。由于斑马鱼幼虫的视动反应出现早且稳定（受精后96小时即完全发育），加之数十年来对斑马鱼遗传学的深入研究，使其成为该领域最受欢迎的模式生物之一，因此对该行为的测量在斑马鱼幼虫中易于实施。与此同时，对成年鱼类类似机制的研究也日益重要，尤其在药理学和毒理学应用方面。
本文介绍了VisioTracker，一种完全自动化、高通量的视觉功能定量分析系统。该系统基于Stephan Neuhauss教授课题组的研究成果，并由TSE Systems公司重新设计。系统包含一个用于固定小型鱼类的装置，由配备高分辨率变焦镜头的高质量摄像机进行监测。鱼缸周围环绕着一个圆筒形屏幕，可在其上投射计算机生成的刺激图案。眼动被实时记录，并由VisioTracker软件包自动实时分析。
数据分析能够即时识别出慢相和快相持续时间、运动周期频率、慢相增益、视敏度以及对比敏感度等参数。
典型结果可实现例如快速鉴定视觉系统突变体，这些突变体在野生型形态上无明显改变，或定量确定药理学、毒性和诱变剂对视觉系统功能的影响。

VisioTracker 是一种自动化系统，通过记录幼体及小型成年鱼类的眼球运动，实现对其视觉功能的定量分析。该系统可完全控制视觉刺激参数，并具备实时分析能力，适用于视觉系统发育与功能、药理学、神经环路研究以及感觉运动整合等领域的高通量研究。

VisioTracker：一种用于眼动分析的创新自动化方法

研究视觉系统发育与功能需要易于诱发且可量化的视觉行为检测模型，……

本实验的总体目标是通过行为学方法评估斑马鱼幼体及成体的视觉系统功能，从而快速鉴定出具有视觉系统缺陷的突变体幼鱼，或比较野生型与突变体或经形态发生素处理动物之间的视觉系统特性。该目标首先通过限制实验动物的身体运动来实现：将幼鱼固定于甲基纤维素中，而成鱼则通过麻醉后置于固定装置中完成 immobilization。接下来，将身体固定的动物置于Vizio追踪系统中，位于圆筒形屏幕的中心。使用数字光投影仪将垂直的黑白条纹投影到屏幕内壁。眼位随后由Vizio Tracker软件包自动记录并分析，该软件还可实时计算眼球运动速度。最后一步是处理获得的数据，将眼动速度与视觉刺激的特性相关联，并计算每种实验条件下平均眼动速度及其标准误。尽管该方法可为斑马鱼幼体和成体的视觉系统特性提供见解，但也可应用于其他模式生物，如medica、kpi以及几乎所有其他小型T物种。我最初产生该方法的想法，是在我们利用视动反应筛选植物幼虫时，很快对幼虫数据产生了兴趣——这些幼虫并非完全失明，而是存在视觉功能障碍。这些牛顿幼虫可能影响视觉处理的某些方面。该系统包含一个固定装置，用于固定置于高质量摄像机下的小型鱼类，摄像机配备有变焦镜头。鱼缸周围环绕着一个圆筒形屏幕，计算机生成的刺激图案被投影到该屏幕上。使用摄像头记录眼动，并通过Vizio Tracker软件包实时自动分析。为防止记录过程中幼鱼身体移动，将受精后五天的幼鱼置于已加热至28摄氏度的3%甲基纤维素中固定。将温热的甲基纤维素倒入35毫米细胞培养皿中，然后用带有大弯头的血清移液管转移幼鱼。将幼虫混入甲基纤维素中，然后用细针去除气泡并调整幼虫位置，可同时制备最多八只幼虫用于实验。待幼虫固定后，将细胞培养皿放入可容纳八个培养皿的支架中。随后开始将刺激条纹投射到周围圆筒上，以固定成年鱼。首先，在另一个水族箱中使用 300 毫克/升的 MS 222 对鱼进行短暂麻醉。麻醉后，将鱼放入固定装置中，通过两块海绵轻轻夹住鱼体，位置要恰当。限制成年鱼的身体活动是该操作中最困难的步骤。为便于插入固定装置，使用两根塑料小管固定海绵。鱼体固定后，将装置放入 Vizio 跟踪系统中，并在开始记录前让鱼恢复一到两分钟。为提供诱发眼动的刺激，在圆筒屏幕上映射由软件生成的垂直黑白正弦光栅刺激图案。使用 Vizio 追踪系统内置的数字光投影仪，从下方用红外光照射斑马鱼，然后利用软件包记录鱼眼对刺激图形的眼动反应。幼体 bumper 突变体具有缩小的晶状体以及晶状体的异位定位，这些形态学改变表现为与野生型相比，对比度敏感性显著降低。如图所示，随着刺激对比度的降低，bumper 突变体在调节眼动速度方面的能力逐渐减弱。此外，当通过减小刺激的宽度来增加刺激的空间频率时，条纹碰撞突变体与野生型同胞相比也表现出视觉敏锐度降低。成年野生型斑马鱼在记录前于浓度逐渐升高的酒精中维持30分钟，其对比敏感度会显著下降。当斑马鱼经受逐渐升高的酒精浓度处理时，在较宽范围的空间频率下，其整体眼动速度也呈现出类似的剂量依赖性降低。酒精处理还会在刺激速度增加后，独立地以剂量依赖方式降低在更高要求任务中的眼动表现。该技术的建立为视觉研究领域的研究人员探索斑马鱼、药用金鱼及其他模式生物视觉系统的发育与功能铺平了道路，可同时结合遗传学与药理学模型进行研究。

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Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

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使用移动眼动仪捕捉联合视觉注意的方法学

VisualEyes2020（VE2020）是一种自定义脚本语言，用于呈现、记录和同步视觉眼动刺激。VE2020...

通过仪器与分析工具箱对眼动反应和调节进行量化

本文介绍了一种利用眼动追踪系统评估婴幼儿视力的新自动化方法。...

使用眼动追踪系统评估婴幼儿视力的自动化方法

本文介绍了PyOKR，一种半自动化的定量分析方法，可直接测量由二维图像运动引起的视觉反应所产生的眼动。基于Python的用户界面和分析算法使得眼动追踪参数的定量测量通量更高、结果更准确，优于以往的方法。...

PyOKR：一种用于量化视动反射追踪能力的半自动化方法

该方法探讨了视动和全身旋转过程中视觉与前庭觉对凝视稳定性的贡献。通过视觉、前庭觉以及视听觉联合试验实施刺激。每项试验中，扭转性眼动增益和眼震频率作为感觉特异性运动信息向反射性脑干反应的皮层下传递通路的指标。...

利用眼动追踪评估视觉与前庭输入在翻滚平面中对皮层下运动处理的相对重要性

了解VisioTracker自动化系统如何定量分析斑马鱼眼动行为，评估视觉系统功能。该技术可识别突变体视觉缺陷，研究药物对视觉处理的影响，适用于神经科学和发育生物学研究。

VisioTracker：一种用于眼动分析的创新自动化方法

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