Verhaltensbewertung der visuellen Funktion über optomotorische Reaktion und kognitive Funktion über Y-Maze bei diabetischen Ratten

Die optomotorische Reaktion und das Y-Labyrinth sind Verhaltenstests, die bei der Messung der visuellen Funktion bzw. der kognitiven Funktion in einer Vielzahl von Krankheitsmodellen nützlich sind. Zu den Vorteilen dieser Tests gehören die Sensitivität, die Geschwindigkeit der Tests, die Verwendung angeborener Reaktionen, so dass kein Training erforderlich ist, und die Möglichkeit, die Tests an wachen, nicht anästhesierten Tieren durchzuführen. OMR und Y-Labyrinth können zusammen mit anderen Tests verwendet werden, um das vorübergehende Auftreten von Netzhaut- und Gehirnfunktionsstörungen bei Krankheiten wie Diabetes zu identifizieren, mit dem Ziel einer früheren Diagnose.

Stephen Phillips, ein Forschungstechniker aus meinem Labor, wird das Y-Labyrinth vorführen. Amber Douglass, eine Forschungstechnikerin in den Allen and Viola Labs, wird die optomotorische Reaktion oder das OMR-Verfahren demonstrieren. Um das OMR-Gerät einzurichten, wählen Sie zunächst eine Plattform in geeigneter Größe für die zu verwendende Versuchstierart aus und öffnen Sie die OMR-Software.

Vergrößern oder verkleinern Sie die Videokamera je nach Bedarf, sodass die Plattform und ihre Umgebung sichtbar sind, und klicken Sie auf das Sternchen und die rotierenden Streifensymbole, damit sowohl das grüne Sternchen als auch die grünen rotierenden Streifen aus dem Live-Feed verschwinden. Klicken Sie auf das Kompasssymbol, sodass ein grüner Kreis und zwei senkrechte Linien angezeigt werden, und strecken Sie den grünen Kreis so, dass er perfekt mit dem schwarzen Kreis auf der Plattform ausgerichtet ist. Wenn der OMR vollständig ausgerichtet ist, klicken Sie erneut auf die Symbole Kompass, Sternchen und rotierende Streifen.

Beachten Sie, dass sich die grünen Streifen in die gleiche Richtung drehen wie die Streifen in der Trommel. Klicken Sie auf der Registerkarte "Tests" auf die Registerkarte "Psychophysik". Um die Ortsfrequenz zu messen, wählen Sie unter Schwellenwert die Option Häufigkeit aus.

Klicken Sie während des Tests auf Voreinstellungen und wählen Sie die Standardeinstellungen für das verwendete Versuchstier aus. Klicken Sie auf die Registerkarte Ausblendung und aktivieren Sie das Kontrollkästchen Leerzeichen bei Tracking, um die Streifen anzuhalten und die Computerbildschirme in der Trommel auszublenden, wenn Sie mit der rechten Maustaste klicken. Klicken Sie dann auf die Registerkarte Ergebnisse, um das Fenster zu öffnen, in dem die Ergebnisse des Tests angezeigt werden.

Um die Ortsfrequenz zu beurteilen, platzieren Sie das Nagetier auf der kreisförmigen Plattform in der Mitte einer Virtual-Reality-Kammer, die aus vier Computermonitoren besteht, die vertikale Sinuswellenabstufungen zeigen, die die Kammer mit einer Geschwindigkeit von 12 Grad pro Sekunde umkreisen. Die Videokamera, die oben in der Kammer positioniert ist, soll das Verhalten des Nagetiers live auf den Computermonitor projizieren. Achten Sie auf das Vorhandensein oder Fehlen reflexiver Aktionen des Nagetierkopfes, wenn sich die Abstufungen im oder gegen den Uhrzeigersinn bewegen.

Stellen Sie sicher, dass die dargestellten Balken im Programm sichtbar sind, da sie die Richtung der Verschneidungsbewegung anzeigen. Achten Sie darauf, dass sich der Kopf des Nagetiers in die gleiche Richtung wie die Einstufungen bewegt. Wenn es eine sanfte Verfolgung gibt, keine unregelmäßigen Ausbrüche von Kopfbewegungen, zählen Sie diese Bewegung als Verfolgung.

Klicken Sie auf Ja oder Nein. Die Ortsfrequenz beginnt bei 0,042 Zyklus oder Grad und passt sich mit jedem Ja- und Nein-Klick an, um einfacher oder schwieriger zu werden. Achten Sie beim Testen des Nagetiers darauf, dass das Sternchen über dem Kopf des Nagetiers positioniert bleibt, und achten Sie darauf, dass das System sagt, dass es fertig ist, wenn die Schwelle für die Ortsfrequenz des Nagetiers erreicht ist.

Beachten Sie, dass die Schaltflächen Ja und Nein nicht mehr angeklickt werden können. Öffnen Sie dann die Registerkarte "Ergebnisse", um die räumliche Häufigkeit für das linke, rechte und kombinierte Auge anzuzeigen. Um die Kontrastempfindlichkeit zu messen, wählen Sie auf den Registerkarten "Testen" und "Psychophysik" die Option "Kontrast einzeln" aus.

Öffnen Sie die Registerkarten "Stimulus" und "Gradings" und geben Sie den entsprechenden Wert in das Feld "Ortsfrequenz" ein, um Gradings mit der Ortsfrequenzkonstante am oberen Rand der Kontrastempfindlichkeitskurve zu starten. Beginnen Sie den Kontrast bei 100 % und achten Sie auf die gleichen reflexiven Kopfbewegungen, die beim Ortsfrequenztest beobachtet wurden. Beachten Sie, dass der Kontrast mit fortschreitendem Verlauf des Tests abnimmt, bis das Nagetier keine reflexartigen Kopfbewegungen mehr als Reaktion auf den Reiz zeigt.

Wenn der Schwellenwert für die Kontrastempfindlichkeit erreicht ist, öffnen Sie die Registerkarte "Ergebnisse", um die Kontrastempfindlichkeitswerte für das linke, rechte und kombinierte Auge anzuzeigen. Um eine Y-Labyrinth-Analyse durchzuführen, beschriften Sie zuerst den ersten Arm des Y-Labyrinths als B und die beiden anderen Arme als A und C und platzieren Sie das Nagetier im B-Arm in der Nähe der Mitte des Labyrinths. Starten Sie sofort den Timer und lassen Sie das Nagetier acht Minuten lang das Y-Labyrinth erkunden.

Setzen Sie sich einige Meter vom Labyrinth entfernt, behalten Sie es im Auge und vermeiden Sie Geräusche, während Sie Aufnahmen machen und Beobachtungen notieren. Notieren Sie den Startort als B.Jedes Mal, wenn das Nagetier in einen neuen Arm eindringt, notieren Sie den neuen Standort des Nagetiers. Wenn das Nagetier länger als 60 Sekunden an der gleichen Stelle verharrt und kein Erkundungsverhalten zu zeigen scheint, bewegen Sie das Nagetier in die Mitte des Y-Labyrinths und setzen Sie den Versuch fort.

Entfernen Sie am Ende jedes Versuchs alle Fäkalien und reinigen Sie das Labyrinth mit Desinfektionslösung. Berechnen Sie das explorative Verhalten als die Gesamtzahl der Einträge, die in den acht Minuten der Testversion vorgenommen wurden. Die räumliche Wahrnehmung errechnet sich aus der Anzahl der gelungenen Wechsel dividiert durch die Gesamtzahl der Einträge.

Hier wird die Verwendung der OMR zur Beurteilung der Ortsfrequenz an naiv kontrollierten Braunen Wanderratten und Long-Evans-Ratten veranschaulicht. Braune Wanderratten weisen in der Regel eine höhere Ausgangshäufigkeit auf als Long-Evans-Ratten. Zusätzlich wird ein Alterungseffekt auf die Ortsfrequenz bei den Long-Evans-Ratten beobachtet.

Die Verwendung des OMR zur Beurteilung der Kontrastempfindlichkeit zeigt signifikante Defizite in der Kontrastempfindlichkeit bei Typ-1-Diabetikern. Die Bewegungsbehandlung reduziert diese Defizite und zeigt, dass die OMR sowohl für die Erkennung als auch für die Verfolgung von Netzhautdefiziten im Laufe der Zeit mit und ohne Intervention nützlich ist. Die Verwendung eines Y-Labyrinths zur Beurteilung der kognitiven Funktion und des explorativen Verhaltens in einem Typ-2-Modell von Diabetes zeigt signifikante Defizite in der räumlichen Kognition, gemessen durch spontane Abwechslung und exploratives Verhalten, gemessen an der Anzahl der Einträge bei Goto-Kakizaki-Ratten im Vergleich zu Wistar-Kontrolltieren ab einem Alter von sieben Wochen.

Zu lernen, wie man eine Bewegung des Tracking-Kopfes in Schritt 3.4 erkennt, ist der schwierigste Teil von OMR. Es ist wichtig zu lernen, wie eine reibungslose Verfolgungsbewegung aussieht. Das OMR und das Y-Labyrinth ebneten den Weg für IM-Hirnforscher, die visuelle und kognitive Funktion schnell und zuverlässig zu messen, ohne Training und mit minimalem Stress für die Tiere.