Los procedimientos que involucran animales se llevaron a cabo de conformidad con las leyes de los Estados Unidos y las regulaciones del Departamento de Agricultura. Todos los experimentos con animales se llevaron a cabo de acuerdo con los protocolos aprobados por el Comité de Animales y Cuidado y Uso del Instituto Nacional del Ojo de los Institutos Nacionales de Salud. Las ardillas terrestres macho y hembra de 13 líneas (de 6 a 8 meses) utilizadas en este estudio se compraron en la colonia de ardillas Oshkosh de la Universidad de Wisconsin. Los ratones (rd10: 1 mes, CX3CR1GFP/+: 6,5 meses) utilizados en este estudio fueron criados en nuestro animalario. Los animales y sus jaulas fueron seleccionados al azar y asignados a grupos experimentales.
1. Preparación de la plataforma prototipo y túnel de manipulación modificado
NOTA: Las plataformas planas redondas se emplean comúnmente en sistemas diseñados para medir la respuesta optomotora13. Sin embargo, los modelos de roedores hiperactivos, como las ardillas, a menudo luchan por mantener la estabilidad en estas plataformas. Este diseño proporciona un espacio semicerrado, lo que ayuda a los animales a habituarse rápidamente y reduce los comportamientos similares a la ansiedad. Esta mejora mejora la capacidad del animal para concentrarse y minimiza los casos de desequilibrio o caídas durante las grabaciones.
- En el software de dibujo CAD (por ejemplo, OpenSCAD o FreeCAD), diseñe la plataforma (gris) y el recinto (rojo) como se muestra en la Figura 1.
- Asegúrese de que las dimensiones clave para la plataforma de ardilla se mantengan como la longitud y el ancho (largo x ancho): 129 mm x 81 mm, el grosor: 7 mm y la altura de la pared que se extiende alrededor del perímetro: 8 mm. Utilice el archivo de documento estándar CAD gratuito proporcionado para la plataforma prototipo (ardilla) utilizada en este estudio de prueba de concepto (Archivo de codificación complementario 1).
- Asegúrese de que las dimensiones clave de la carcasa superior extraíble (mirando de arriba hacia abajo) se mantengan como la longitud (119,5 cm) y la anchura (76,2 cm), la altura de los lados (50,8 mm) y el grosor de la pieza (3 mm). Utilice el archivo de documento estándar CAD gratuito proporcionado para replicar la carcasa superior extraíble (ardilla) empleada en este estudio de prueba de concepto (Archivo de codificación complementario 2).
- Ajuste el diámetro del orificio pasante en la base de la plataforma según sea necesario para que se ajuste al pedestal utilizado para elevar la plataforma. El diámetro de la imagen es de 40 mm.
- Imprime la plataforma con un filamento blanco opaco. Esto proporciona el máximo contraste para la cámara, lo que permite que el software de seguimiento detecte correctamente el contorno del animal en la plataforma.
- Imprima la carcasa superior extraíble con filamento oscuro opaco (por ejemplo, rojo). Esto proporciona una sensación de refugio para los roedores, lo que facilita guiarlos hacia el túnel antes de que sean levantados y transferidos a la arena.
- Haga que un maquinista corte el tubo cuadrado transparente extruido acrílico con una sierra de mesa para que el extremo largo tenga ~ 101,6 mm de longitud. Asegúrese de usar gafas protectoras y un palo de empuje para guiar el acrílico a través de la cuchilla mientras mantiene sus manos a salvo de posibles lesiones.
- Con la sierra de mesa o una herramienta rotativa de mano equipada con una rueda de corte abrasiva, retire una de las caras rectangulares largas. Esto crea una parte superior abierta a través de la cual la cámara montada arriba tendrá una vista sin obstáculos de la posición del animal y los movimientos de la cabeza.
- Limpie todos los bordes con una lima de mano o papel de lija. Ensamble el túnel de manipulación modificado utilizando el tubo cuadrado transparente extruido acrílico cortado a medida con el recinto superior extraíble impreso en 3D colocando el recinto encima de la cara abierta.
2. Configuración de la arena OMR
- Desinfecte la plataforma y el conjunto del recinto de tubo cuadrado con un limpiador / desinfectante antes y entre los animales para eliminar las señales olfativas no deseadas.
NOTA: Si bien se utilizan guantes de cuero para manipular a los animales y entrar en contacto directo con ellos, no se usan durante las grabaciones y no causan ningún efecto de confusión duradero u observable.
- Rasgue un pequeño trozo de toalla de papel que mida aproximadamente 50 mm x 50 mm y dóblelo para cubrir la superficie superior del pedestal. Coloque la plataforma impresa en 3D sobre el pedestal (14 pulgadas de alto) con el trozo de toalla de papel en su lugar.
NOTA: El papel ajusta el ajuste a presión de la plataforma, evita movimientos involuntarios, proporciona un fondo blanco uniforme para la obtención de imágenes (si la superficie del pedestal no es blanca) y actúa como una capa absorbente en caso de que el animal orine durante la grabación, evitando que la plataforma se vuelva resbaladiza.
- Con guantes de trabajo de cuero, guíe suavemente al animal hacia el conjunto del recinto de tubo cuadrado.
- Transfiera el animal a la arena colocando el conjunto del recinto en la plataforma (Figura 1J).
- Separe con cuidado el recinto superior extraíble dejando al animal en el tubo cuadrado transparente extruido acrílico en la plataforma. Cierre la puerta al sistema OMR
3. Configuración de los parámetros del software OMR
NOTA: El sistema OMR de la imagen utiliza una cámara industrial compacta con un sensor CMOS de 1/3" sensible a los infrarrojos con un obturador global a 25 fotogramas por segundo (fps). La cámara está equipada con una lente gran angular F1.6, lo que permite una vista completa de arriba hacia abajo de la arena. Las pruebas preliminares de agudeza visual realizadas en ardillas utilizando la configuración estándar de contraste del 100% revelaron que la agudeza visual de las ardillas excedía los límites de resolución del hardware. Las pantallas Full HD In-Plane Switching de 23,8" utilizadas en la configuración tienen una resolución de solo 1920 píxeles de ancho y, por lo tanto, el software está codificado con una frecuencia espacial máxima de 2 cyc/°. A modo de comparación, la agudeza visual de los ratones C57Bl/6 es de aproximadamente 0,3-0,5 cyc/°. A 2 cícticos/°, cada franja tiene un promedio de 5,3 píxeles de ancho. Con una velocidad de rotación de 12°/s y una velocidad de fotogramas de 60 fotogramas por segundo, el patrón cambia 0,2° por fotograma, lo que equivale a 4,2 píxeles por fotograma, suponiendo una velocidad de píxel uniforme. A frecuencias espaciales cercanas a 2 cyc/°, el patrón de bandas se acerca al límite de resolución donde puede ocurrir el aliasing, lo que hace que el patrón parezca que se está moviendo hacia atrás. Para evitar este artefacto, el software está codificado para limitar la frecuencia espacial a 2 cyc/°.
Así, para las ardillas ideamos un protocolo en el que realizamos la prueba de agudeza pero con un contraste mucho menor. Seleccionamos una configuración de contraste (12,78%) en la que las ardillas no pudieron ver el patrón de rayas a 2 ciclos / °.
- En el panel de video en vivo, asegúrese de que el animal se esté adaptando bien al nuevo entorno y comience a moverse menos y a calmarse.
- A 2 cícticos/°, cada franja tiene un promedio de 5,3 píxeles de ancho. Establezca la velocidad de rotación en 12 ° / s y una velocidad de fotogramas de 60 fotogramas por segundo; El patrón cambia 0,2° por fotograma, lo que equivale a 4,2 píxeles por fotograma, suponiendo una velocidad de píxel uniforme. Establezca las frecuencias espaciales cerca de 2 cyc/° para que el patrón de franjas se acerque al límite de resolución donde puede ocurrir el aliasing, lo que hace que el patrón parezca que se está moviendo hacia atrás. Para evitar este artefacto, codifique el software para limitar la frecuencia espacial a 2 cyc/°.
NOTA: Para las ardillas, ideamos un protocolo en el que realizamos la prueba de agudeza pero con un contraste mucho menor. Seleccionamos una configuración de contraste (12,78%) en la que las ardillas no pudieron ver el patrón de rayas a 2 ciclos / °.
- Descargar archivo de codificación complementario 3. Abra el software OptoDrum.
- En la pestaña Configuración, haga clic en Configuración de importación. Cargue el archivo de codificación complementario 3.
- En la pestaña Configuración, establezca el Desplazamiento del umbral de fondo en 17, el tamaño mínimo del animal [px] en 30 y el ancho máximo de la cola [% del tamaño] en 1.
- En la configuración de la cámara, deje Invertir video y control manual de la cámara sin marcar y Luz IR apagada.
- Amplíe la posición y el tamaño de la región de interés para el seguimiento para acomodar a la ardilla si se inclina fuera de la abertura del tubo. Los valores sugeridos son Posición: X: 359, Y: 237, Tamaño: X: 570, Y: 455. No extienda el ROI sobre la pantalla de estímulos, ya que puede dar lugar a falsos positivos.
- Seleccione Configuración de sesión en el panel superior (Figura 2A).
- Para la escalera, establezca la agudeza espacial estimada de la siguiente manera. Establezca la agudeza esperada en 1.800 cyc / ° (648 ciclos); establecer la resolución óptima del estímulo en 0,5 cyc/° (180 ciclos); Establezca la resolución de medición en 0,100 Cyc/° (36 ciclos).
- Para la escalera, fije el número de confirmaciones necesarias de la siguiente manera. Establecer para ensayos fallidos a 3; establecer para pruebas exitosas a 2.
NOTA: El número de ensayos exitosos se puede aumentar para reducir aún más la aparición de confirmaciones falsas positivas. Sin embargo, con el uso de esta plataforma y el túnel de manejo modificado, la tasa de error sigue siendo aceptablemente baja. Esto se debe principalmente a la relativa quietud de las ardillas y a la poca frecuencia de los movimientos rotacionales de la cabeza, aparte de los provocados por estímulos evocados visualmente.
- En la pestaña Escalera (Figura 2B), establece el suavizado de contorno en width en 3 px y deja sinusoidal sin marcar.
- Para los criterios de prueba, bloquee el contraste al 12,78% y bloquee la velocidad de rotación a 12 ° / s.
NOTA: Con el ajuste de contraste del 12,78%, la agudeza espacial de las ardillas se limita a aproximadamente 1,5-1,8 cícticos/°. Esta configuración, que ya no supera la configuración máxima de hardware, permite evaluar la agudeza espacial en respuesta a enfermedades o lesiones.
- Una vez que dos de los tres parámetros estén bloqueados, la opción Establecer automáticamente los parámetros se activará (ya no estará atenuada). Marque la casilla junto a Configurar automáticamente los parámetros.
- Establezca la dirección de rotación dependiendo de si se espera que la discapacidad visual esté en uno o ambos ojos. Tenga en cuenta que para cada ojo, solo el movimiento en la dirección temporal a nasal provoca seguimiento. En consecuencia, evalúe la lesión del ojo izquierdo mediante la estimulación en el sentido de las agujas del reloj (CW), ya que se espera que la estimulación en sentido contrario a las agujas del reloj (CCW) provoque respuestas normales. Para la degeneración o lesión esperada en ambos ojos, se puede usar la rotación del estímulo en ambas direcciones.
- Haga clic en Iniciar prueba para comenzar la presentación del estímulo. La cámara de arriba comenzará a grabar y rastrear los movimientos de la cabeza de los animales. Mientras se presenta el estímulo, haga clic en la pestaña Análisis para ver en tiempo real los parámetros Velocidades angulares (rotación de la cabeza), Calidad de pista y Puntuación. Al final de cada presentación de estímulo, el software determinará automáticamente si avanzar (indicado por la marca de verificación verde) al siguiente Cyc/°, repetir la prueba o reducir el Cyc/° (indicado por la X roja).
- Durante la grabación, si el software de seguimiento voltea incorrectamente los marcadores de nariz (rojo) y cola (verde), presione Ctrl en el teclado para permitir la anulación manual para corregir la orientación cabeza-cola.
- Si el animal se cae de la plataforma, pausa la prueba presionando Pausar evaluación o haciendo clic en la barra espaciadora. Retire el túnel de manipulación de la plataforma y utilícelo con la tapa para manipular de forma segura al animal y volver a colocarlo en la plataforma. Una vez que el animal esté listo, haga clic en Reanudar evaluación para continuar con la prueba.
- Una vez que se hayan completado todas las pruebas, haga clic en la pestaña Resumen para mostrar las pruebas exitosas en verde y las pruebas fallidas en rojo. El ensayo marcado con un círculo verde indica el umbral de agudeza visual para la ardilla usando el contraste del 12,78%. Regrese al animal con cuidado a su jaula de origen.