Quantification de la sélectivité des caractéristiques visuelles du réflexe optocinétique chez la souris

Summary

Nous décrivons ici un protocole standard pour quantifier le réflexe optocinétique. Il combine la stimulation virtuelle du tambour et la vidéo-oculographie, et permet ainsi une évaluation précise de la sélectivité caractéristique du comportement et de sa plasticité adaptative.

Abstract

Le réflexe optocinétique (OKR) est un mouvement oculaire inné essentiel qui est déclenché par le mouvement global de l’environnement visuel et sert à stabiliser les images rétiniennes. En raison de son importance et de sa robustesse, l’OKR a été utilisé pour étudier l’apprentissage visuo-moteur et pour évaluer les fonctions visuelles de souris ayant des antécédents génétiques, des âges et des traitements médicamenteux différents. Nous présentons ici une procédure permettant d’évaluer avec une grande précision les réponses OKR des souris à tête fixe. La fixation de la tête permet d’exclure l’apport de la stimulation vestibulaire sur les mouvements oculaires, ce qui permet de mesurer les mouvements oculaires déclenchés uniquement par le mouvement visuel. L’OKR est obtenu par un système de batterie virtuelle, dans lequel un réseau vertical présenté sur trois écrans d’ordinateur dérive horizontalement de manière oscillatoire ou unidirectionnelle à une vitesse constante. Avec ce système de réalité virtuelle, nous pouvons modifier systématiquement les paramètres visuels tels que la fréquence spatiale, la fréquence temporelle/d’oscillation, le contraste, la luminance et la direction des réseaux, et quantifier les courbes de réglage de la sélectivité des caractéristiques visuelles. La vidéo-oculographie infrarouge à haute vitesse assure une mesure précise de la trajectoire des mouvements oculaires. Les yeux de chaque souris sont calibrés pour permettre de comparer les OKR entre des animaux d’âges, de sexes et de milieux génétiques différents. La puissance quantitative de cette technique lui permet de détecter les changements dans l’OKR lorsque ce comportement s’adapte plastiquement en raison du vieillissement, de l’expérience sensorielle ou de l’apprentissage moteur ; Ainsi, elle fait de cette technique un ajout précieux au répertoire d’outils utilisés pour étudier la plasticité des comportements oculaires.

Introduction

En réponse à des stimuli visuels dans l’environnement, nos yeux bougent pour déplacer notre regard, stabiliser les images rétiniennes, suivre les cibles en mouvement ou aligner les fovéae de deux yeux avec des cibles situées à différentes distances de l’observateur, ce qui est vital pour une bonne vision ^1,2. Les comportements oculomoteurs ont été largement utilisés comme modèles attrayants d’intégration sensorimotrice pour comprendre les circuits neuronaux dans la santé et la maladie, au moins en partie en raison de la simplicité du système oculomoteur³. Contrôlé par trois paires de mu....

Protocol

Toutes les procédures expérimentales effectuées dans le cadre de cette étude ont été approuvées par le Comité local de protection des animaux de la Division des sciences biologiques, conformément aux lignes directrices établies par le Comité de protection des animaux de l’Université de Toronto et le Conseil canadien de protection des animaux.

1. Implantation d’une barre de tête sur le dessus du crâne

REMARQUE : Pour éviter la contribution du comportement VOR aux mouvements oculaires, la tête de la souris est immobilisée pendant le test OKR. Par conséquent, une barre de tête est implantée chirurgica....

Results

Avec la procédure détaillée ci-dessus, nous avons évalué la dépendance de l’OKR sur plusieurs caractéristiques visuelles. Les exemples de traces présentés ici ont été dérivés à l’aide des codes d’analyse fournis dans le fichier de codage supplémentaire 1, et l’exemple de fichier brut de traces se trouve dans le fichier de codage supplémentaire 2. Lorsque le réseau du tambour dérivait sur une trajectoire sinusoïdale (0,4 Hz), l’œil de l’animal suivait automatiquement le mouvement du résea.......

Discussion

La méthode du test comportemental OKR présentée ici offre plusieurs avantages. Tout d’abord, la stimulation visuelle générée par ordinateur résout les problèmes intrinsèques de la batterie physique. Traitant du problème que les tambours physiques ne prennent pas en charge l’examen systématique de la fréquence spatiale, de la direction ou de l’accord de contraste⁸, le tambour virtuel permet de modifier ces paramètres visuels essai par essai, facilitant ainsi une analyse systématique et quantitative.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Etape translationnelle 2D	Thorlabs	XYT1
Résine acrylique	Lang Dental	B1356	Pour la fixation de la plaque frontale sur le crâne et la protection du crâne
Bupivacaïne	STERIMAX	ST-BX223	Bupivacaïne Injection BP 0.5 %. Anesthésie locale
Carprofène	RIMADYL	8507-14-1	Analgésie
Air comprimé	Dépoussiérage
Pommade oculaire	Alcon	Systane	Pour maintenir l’hydratation des yeux
Carte graphique	NVIDIA	Geforce GTX 1650 ou Quadro P620.	Pour générer un seul écran entre trois moniteurs
Coussin chauffant	Kent Scientific	HTP-1500	Pour le maintien de la température corporelle
Caméra infrarouge (IR) à grande vitesse	Teledyne Dalsa	G3-GM12-M0640	Pour l’enregistrement de la rotation des yeux
LED IR	Digikey	PDI-E803-ND	Pour la référence CR et l’éclairage de l’œil
Miroir IR	Edmund optics	64-471	Pour refléter l’image de l’œil
Isoflurane	FRESENIUS KABI	CP0406V2
Labview	National instruments	version 2014	eye tracking Sonnerie
lactée	BAXTER	JB2324	Approvisionnement en eau et en énergie
Mélange de lidocaïne et d’épinéphrine	Dentsply Sirona	82215-1	XYLOCAÏNE. Anesthésie locale
Luminance Mètre	Konica Minolta	LS-150	pour l’étalonnage des moniteurs
Matlab	MathWorks	version xxx	analyse des mouvements oculaires
Meyhoefer Curette	World Precision Instruments	501773	Pour gratter le crâne et enlever le fascia
Lame d’étalonnage de microscope	Amscope	MR095	pour mesurer le grossissement de vidéo-oculographie
Moniteurs	Acer  ;	B247W	Stimulation visuelle
Filtre à densité neutre	Filtres Lee	299	pour générer une stimulation visuelle scotopique
Lunettes de vision nocturne	Optique alpha	AO-3277	pour scotopique OKR
Photodiode	Digikey	TSL254-R-LF-ND	pour synchroniser la stimulation visuelle et la vidéo-oculographie
Chlorhydrate de pilocarpine	Sigma-Aldrich	P6503
Poteau	Thorlabs	TR1.5
Support de poteau	Thorlabs	PH1
PsychoPy	du logiciel open source	xxx	boîte à outils de stimulation visuelle
Ciseaux	RWD	S12003-09	Pour l’enlèvement de la peau
Superglue	Krazy Type de colle		: Tout usage. Pour l’adhérence de la plaque frontale sur le crâne