一个简单的行为分析在检测视觉功能非洲爪蟾
June 12th, 2014
非洲爪蟾蝌蚪喜欢上一个黑/白罐的白边游泳。此行为是由他们的愿景指导。基于这种情况，我们提出了一个简单的实验来测试蝌蚪的视觉功能。
该程序的总体目标是通过记录动物在被黑色覆盖的测试罐的一半上花费的时间来测试蝌蚪的视觉功能。这是通过首先将蝌蚪提升到 45 到 50 阶段来实现的。第二步是设置一个半黑半白的水箱以及用于行为分析的相机。
接下来，将第二个带有蝌蚪的水箱放入外部水箱中。对于每个 tadpole 记录，作为其环境中背景的视觉引导行为都会发生变化。最后一步是对蝌蚪进行视网膜前鸡奸，然后重复行为测定。
最终，来自这种简单、廉价的分析的数据用于表明，在光顶视觉测试中，蝌蚪更喜欢在水箱的一侧游泳而不是另一侧。与光学动力学响应或尾部翻转测定等其他技术相比，使用这种方法的主要优点是它是一种廉价、简单的方法，使用大多数 opus 实验室中现成的设备。为了准备蝌蚪，首先，获得受精的非洲爪蟾胚胎，在 60 毫米培养皿中以 10 倍稀释的 PUT mark、改良的振铃或 MMR，每毫升 50 微克。
庆大霉素抗生素将囊胚置于神经板期胚胎上。在 18 摄氏度的培养皿中进行第 2 至 15 阶段。一旦胚胎达到大约 27 到 30 的新杯有利阶段，将它们切换到不含抗生素的 0.1 XMMR 以允许肠道细菌生长。
当蝌蚪在第 45 阶段左右到达摄食阶段时，将它们移入具有 0.1 XMMR 的 100 毫米培养皿中。第二天，给它们喂荨麻粉上清液。在 100 毫米培养皿中放置一周后，将半加仑的水箱装满青蛙水。
将动物移到水箱中，继续荨麻粉上清液喂养计划，但每周只换水两到三次。当动物在半加仑水箱中时，将它们保持在 12 小时的光照、12 小时的黑暗循环中，并在上午 6：00 开灯测试前，将装有测试对象的半加仑水箱在白色表面上过夜，然后再测试前 12 小时。行为测定应在安静、人流量少且具有标准荧光灯的区域进行。
在内罐的外角准备两个嵌套的半加仑测试罐。使用 Sharpie 在底部上方 5 厘米处标记吃水线。同样对于内胆，识别其内部的任何草皮。
用惰性化合物填充这些，以防止蝌蚪在其中逗留。现在将注意力转向第二个外水箱。下一步，获取黑色电工胶带和白色薄纸。
使用胶带覆盖水箱一半的外部，用薄纸覆盖另一半的外部，如图所示。准备好水箱后，设置一个接种转盘并将嵌套的水箱放在上面。放置三脚架和网络摄像头，以便相机可以从上方对油箱内部进行成像。
将网络摄像头连接到带有视频捕获和播放软件的计算机。打开相机并准备进行新的动态影像录制。接下来，在相机和气瓶上披上一块轻质棉布。
为了减少对蝌蚪的外部提示，请使用亮度计并检查布料下的亮度是否在每平方米 35 到 50 支蜡烛之间。通过取回内部测试罐开始行为测定。用青蛙水装满它至 5 厘米标记。
使用网将动物从半加仑容器转移到计算机的内部测试罐中。确保记录软件已打开并记录测试区域以保存记录。在一张纸上写下动物名称、日期和时间。
将其放在相机下方进行录制。完成此作后，预设一个 2 分钟的计时器。接下来，将外部 tank 定向到转盘上，使黑色的一面在右侧。
现在将测试槽放入外槽中。在记录区域，关闭窗帘并使用电脑屏幕确保外水箱的方向。确保正在录制视频并启动计时器。
当计时器发出哔哔声时，将窗帘保持在原位并取下内部测试罐。接下来，将外水箱旋转 180 度，使黑色面现在位于左侧。将测试罐放回外罐并启动两分钟计时器。
再次，拆下内胆。将外油箱旋转 180 度，每两分钟更换一次内油箱，共 10 次。完成后，停止视频录制。
将蝌蚪放回其半加仑水箱中。准备一台显微镜来进行视黄醇的鸡奸。用 1%aros 溶于 0.1 XMMR 的 60 毫米培养皿中填充，使其凝固。
取出一小块蝌蚪大小的矩形 aros。准备好进行时，取回测试动物并将其置于 0.02% Trica 中。当它对用 3 号镊子捏尾巴没有反应时继续。
然后将动物转移到培养皿中。继续将培养皿安装在显微镜上。准备用镊子在一侧支撑动物。
在另一侧，用 25 号针头以 45 度角刺穿眼睛背侧区域的皮肤，小心地伸入 5 号孔中，用镊子剪断视神经，同时避开旁边的静脉。手术后将神经翻转开并缩回镊子。将动物放入 100 毫米培养皿中，以 0.7 XMMR 和 50 微克/毫升
的浓度回收动物。庆大霉素 20 分钟。之后，将蝌蚪转移到装有青蛙水的回收罐中。将水箱放在白色表面上，准备测试。
让动物休息一夜。第二天早上使用行为检测来测试视觉功能。此影片显示了实验的代表性数据。
左边是手术前的动物，右边是双眼视网膜轴突被切断后的相同动物。这由底角的原理图表示。水被扰动以表明没有添加任何东西来驱赶来自黑色面的动物或将它们吸引到白色的一侧。
手术前的蝌蚪在不到 30 秒的时间内对背景颜色做出反应，而盲蝌蚪则漫无目的地在水箱周围游动。此图表显示了在三种条件下，单只动物在白色和黑色区域停留的时间百分比。首先，在进行任何手术之前使用该测定法观察动物。
在右视神经被切断后的连续两天，在两天的测试中观察了它的行为。最后，在两条视神经被切断后，再进行两天的化验观察。当至少一条视神经完好无损时，这只动物在水箱的白色一侧度过了更多的时间。
看完这个视频，你应该对如何使用大多数青蛙实验室中的简单试剂和设备来测试蝌蚪的视力有一个很好的了解。祝你的实验好运。
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概述
非洲爪蟾蝌蚪表现出对在黑白水箱中游在白色一侧的偏好，表明它们的行为受视觉的引导。本研究提出了一种简单的测定蝌蚪视觉功能的方法。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为生物学
- 视觉科学
背景
- 非洲爪蟾是发育生物学中常见的模式生物。
- 蝌蚪的视觉偏好可以提供其感觉能力的洞察。
- 理解视觉功能对于研究水生环境中的行为至关重要。
- 这种测定方法可用于评估环境变化对视觉行为的影响。
研究目的
- 测试非洲爪蟾蝌蚪的视觉功能。
- 建立一种测量蝌蚪在不同水箱部分花费时间的行为测定方法。
- 研究视觉线索如何影响蝌蚪的行为。
使用的方法
- 培育蝌蚪到45至50期以进行测试。
- 为行为测定设置半黑半白的水箱。
- 记录蝌蚪在水箱各部分的停留时间。
- 对蝌蚪进行视网膜切除，并重复测定。
主要结果
- 蝌蚪显示出对水箱白色一侧的显著偏好。
- 当背景环境发生变化时，观察到行为变化。
- 该测定方法有效地根据游泳偏好测量了视觉功能。
- 视网膜分析提供了蝌蚪视觉能力的洞察。
结论
- 可以使用这种简单的行为测定方法有效地评估非洲爪蟾蝌蚪的视觉功能。
- 结果表明，视觉在引导蝌蚪行为中起着关键作用。
- 这种方法可以应用于水生生物感觉处理的进一步研究。
常见问题
Executive Industry Relevance
This assay provides a low-cost, scalable method for evaluating visual function in a vertebrate model, supporting early-stage target validation in neuroscience drug discovery. By quantifying visually guided behavior, it enables mechanistic de-risking of compounds affecting sensory pathways. The approach offers translational continuity from basic vision research to preclinical assessment of neuroactive substances.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of visual pathway function through quantifiable behavioral readouts.
- Operational Value: Uses readily available equipment, reducing barriers to adoption in discovery labs.
- Predictive Value: Supports hypothesis testing for compounds targeting retinal or neural processing targets.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates quantitative preference metrics suitable for high-throughput adaptation.
- Reproducibility: Standardized tank setup and lighting conditions ensure consistent results across operators.
- Scalability: Nested tank design allows parallel testing, supporting future automation for compound screening.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models visual dysfunction relevant to retinal degeneration and neurodevelopmental disorders.
- Mechanistic De-risking: Distinguishes between general locomotor effects and specific visual impairment via contralateral testing.
- Translational Continuity: Bridges phenotypic screening with functional validation in a disease-relevant system.
Pipeline & Workflow Integration
The assay fits within early discovery workflows, particularly for target validation and lead identification in neuroscience programs focused on visual processing.
- Discovery Biology: Supports functional validation of visual targets by linking genetic or pharmacological manipulation to measurable behavior.
- Screening: Provides a platform for primary or secondary screening of compounds affecting visual-guided behavior.
- Analytics: Outputs time-in-zone measurements that enable statistical comparison between control and treatment groups.
- Translational Research: Connects to preclinical models by assessing functional outcomes of retinal or neural interventions.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable behavioral platform adaptable across multiple neuroscience projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases confidence in target engagement by reducing false positives from non-specific motor effects.
- Operational Value: Low cost and simplicity promote widespread adoption without specialized training.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early functional readouts on sensory pathways.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on behavioral specificity.
Implementation Considerations
- Requires basic animal husbandry skills for Xenopus tadpole maintenance and staging.
- Dependent on standard video recording equipment and lighting-controlled environments.
- Necessitates behavioral observation training to ensure consistent assay execution.
- May require adaptation for automated tracking in large-scale screening applications.
- Limited to visual function assessment; does not capture other sensory modalities.
