Quantifizierung der visuellen Merkmalsselektivität des optokinetischen Reflexes in Mäusen

Summary

Hier beschreiben wir ein Standardprotokoll zur Quantifizierung des optokinetischen Reflexes. Es kombiniert virtuelle Trommelstimulation und Video-Okulographie und ermöglicht so eine präzise Bewertung der Merkmalsselektivität des Verhaltens und seiner adaptiven Plastizität.

Abstract

Der optokinetische Reflex (OKR) ist eine essentielle angeborene Augenbewegung, die durch die globale Bewegung der visuellen Umgebung ausgelöst wird und der Stabilisierung von Netzhautbildern dient. Aufgrund seiner Bedeutung und Robustheit wurde das OKR verwendet, um visuell-motorisches Lernen zu untersuchen und die visuellen Funktionen von Mäusen mit unterschiedlichen genetischen Hintergründen, Altersgruppen und medikamentösen Behandlungen zu bewerten. Hier stellen wir ein Verfahren vor, um OKR-Antworten von kopffixierten Mäusen mit hoher Genauigkeit zu bewerten. Die Kopffixierung kann den Beitrag der vestibulären Stimulation zu den Augenbewegungen ausschließen, so dass Augenbewegungen gemessen werden können, die nur durch visuelle Bewegungen ausgelöst werden. Das OKR wird durch ein virtuelles Trommelsystem hervorgerufen, bei dem ein vertikales Gitter, das auf drei Computermonitoren präsentiert wird, horizontal oszillierend oder unidirektional mit konstanter Geschwindigkeit driftet. Mit diesem Virtual-Reality-System können wir visuelle Parameter wie Ortsfrequenz, Zeit-/Schwingungsfrequenz, Kontrast, Leuchtdichte und die Richtung von Gittern systematisch ändern und Abstimmungskurven der visuellen Merkmalsselektivität quantifizieren. Die Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Videookulografie sorgt für eine genaue Messung der Flugbahn von Augenbewegungen. Die Augen einzelner Mäuse sind kalibriert, um die Möglichkeit zu bieten, die OKRs zwischen Tieren unterschiedlichen Alters, Geschlechts und genetischem Hintergrund zu vergleichen. Die quantitative Leistungsfähigkeit dieser Technik ermöglicht es, Veränderungen im OKR zu erkennen, wenn sich dieses Verhalten aufgrund von Alterung, sensorischer Erfahrung oder motorischem Lernen plastisch anpasst. Damit ist diese Technik eine wertvolle Ergänzung des Repertoires an Werkzeugen, die zur Untersuchung der Plastizität des Augenverhaltens verwendet werden.

Introduction

Als Reaktion auf visuelle Reize in der Umgebung bewegen sich unsere Augen, um unseren Blick zu verschieben, Netzhautbilder zu stabilisieren, sich bewegende Ziele zu verfolgen oder die Foveen zweier Augen auf Ziele auszurichten, die sich in unterschiedlichen Entfernungen vom Beobachter befinden, was für das richtige Sehen von entscheidender Bedeutung ist ^1,2. Okulomotorische Verhaltensweisen werden häufig als attraktive Modelle der sensomotorischen Integration verwendet, um die neuronalen Schaltkreise in Gesundheit und Krankheit zu verstehen, zumindest teilweise aufgrund der Einfachheit des okulomotorischen Sys....

Protocol

Alle experimentellen Verfahren, die in dieser Studie durchgeführt wurden, wurden vom Biological Sciences Local Animal Care Committee in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Animal Care Committee der University of Toronto und des Canadian Council on Animal Care genehmigt.

1. Implantation eines Kopfbügels auf dem Schädel

HINWEIS: Um den Beitrag des VOR-Verhaltens zu den Augenbewegungen zu vermeiden, wird der Kopf der Maus während des OKR-Tests bewegungsunfähig gemacht. Dazu wird ein Kopfbügel chirurgisch auf den Schädel implantiert.

1. Eine Maus (2-5 Monate alte weibliche und männliche C5....

Results

Mit der oben beschriebenen Vorgehensweise haben wir die Abhängigkeit des OKR von mehreren visuellen Merkmalen bewertet. Die hier gezeigten Beispiel-Traces wurden mit den Analysecodes in Supplementary Coding File 1 abgeleitet, und die Beispiel-Traces-Rohdatei befindet sich in Supplementary Coding File 2. Wenn das Trommelgitter in einer sinusförmigen Trajektorie (0,4 Hz) driftete, folgte das Auge des Tieres automatisch der Bewegung des Gitters in ähnlicher oszillatorischer Weise (

Discussion

Die hier vorgestellte Methode des OKR-Verhaltensassays bietet mehrere Vorteile. Erstens löst die computergenerierte visuelle Stimulation die intrinsischen Probleme physischer Trommeln. Die virtuelle Trommel befasst sich mit dem Problem, dass physische Trommeln die systematische Untersuchung von Ortsfrequenz-, Richtungs- oder Kontrastabstimmung nicht unterstützen⁸ und ermöglicht es, diese visuellen Parameter versuchsweise zu ändern, wodurch eine systematische und quantitative Analyse der Merkmalsse.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2D-Translationstisch	Thorlabs	XYT1
Acrylharz	Lang Dental	B1356	Zur Befestigung der Kopfplatte am Schädel und zum Schutz des Schädels
Bupivacain	STERIMAX	ST-BX223	Bupivacain Injektion BP 0,5%. Lokalanästhesie
Carprofen	RIMADYL	8507-14-1	Analgesie
Druckluft	Dust-Off
Augensalbe	Alcon	Systane	Zur Erhaltung der Augenfeuchtigkeit
Grafikkarte	NVIDIA	Geforce GTX 1650 oder Quadro P620.	Zur Erzeugung eines einzelnen Bildschirms auf drei Monitoren
Heizkissen	Kent Scientific	HTP-1500	Zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur
Hochgeschwindigkeits-Infrarotkamera (IR)	Teledyne Dalsa	G3-GM12-M0640	Zur Aufzeichnung der Augendrehung
IR-LED	Digikey	PDI-E803-ND	Zur CR-Referenz und zur Beleuchtung des Augen-IR-Spiegels
	Edmund-Optik	64-471	Zur Reflexion des Bildes des Auges
Isofluran	FRESENIUS KABI	CP0406V2
Labview	National instruments	Version 2014	Eye-Tracking
Laktat-Klingelton	BAXTER	JB2324	Wasser- und Energieversorgung
Lidocain- und Adrenalin-Mix	Dentsply Sirona	82215-1	XYLOCAIN. Lokalanästhesie
Leuchtdichtemessgerät	Konica Minolta	LS-150	zur Kalibrierung von Monitoren
Matlab	MathWorks	Version xxx	Analyse von Augenbewegungen
Meyhoefer Curette	World Precision Instruments	501773	Zum Schaben des Schädels und Entfernen von Faszien
Mikroskop-Kalibrierungsobjektträger	Amscope	MR095	zur Messung der Vergrößerung von Video-Okulographie-Monitore
	Acer	B247W	Visuelle Stimulation
Neutraldichtefilter	Lee-Filter	299	zur Erzeugung skotopischer visueller Stimulation
Nachtsichtbrille	Alpha-Optik	AO-3277	für skotopische OKR-Fotodiode
	Digikey	TSL254-R-LF-ND	zur Synchronisierung von visueller Stimulation und Video-Okulographie
Pilocarpinhydrochlorid	Sigma-Aldrich	P6503
Pfosten	Thorlabs	TR1.5
Pfostenhalter	Thorlabs	PH1
PsychoPy	Open-Source-Softwareversion	xxx	visuelles Stimulations-Toolkit
Schere	RWD	S12003-09	Zur Hautentfernung
Sekundenkleber	Krazy Kleber		Typ: Allzweck. Zum Aufkleben der Kopfplatte auf den Schädel