Les procédures impliquant des animaux ont été menées dans le respect des lois des États-Unis et des règlements du ministère de l’Agriculture. Toutes les expériences sur des animaux ont été menées conformément aux protocoles approuvés par le Comité des animaux et des soins et de l’utilisation du National Eye Institute des National Institutes of Health. Les écureuils terrestres mâles et femelles à 13 lignes (âgés de 6 à 8 mois) utilisés dans cette étude ont été achetés à la colonie d’écureuils d’Oshkosh de l’Université du Wisconsin. Les souris (rd10 : 1 mois, CX3CR1GFP/+ : 6,5 mois) utilisées dans cette étude ont été élevées dans notre animalerie. Les animaux et leurs cages ont été sélectionnés au hasard et répartis dans des groupes expérimentaux.
1. Préparation de la plate-forme prototype et du tunnel de manutention modifié
REMARQUE : Les plates-formes plates rondes sont couramment utilisées dans les systèmes conçus pour mesurer la réponse optomotrice13. Cependant, les modèles de rongeurs hyperactifs, tels que les écureuils, ont souvent du mal à maintenir leur stabilité sur ces plateformes. Cette conception fournit un espace semi-clos, ce qui aide les animaux à s’habituer rapidement et réduit les comportements anxiogènes. Cette amélioration améliore la capacité de concentration de l’animal et minimise les cas de déséquilibre ou de chute pendant les enregistrements.
- Dans un logiciel de dessin CAO (par exemple, OpenSCAD ou FreeCAD), concevez la plate-forme (gris) et le boîtier (rouge) comme illustré à la figure 1.
- Assurez-vous que les dimensions clés de la plate-forme d’écureuil sont maintenues, à savoir la longueur et la largeur (L x l) : 129 mm x 81 mm, l’épaisseur : 7 mm et la hauteur de la paroi qui s’étend autour du périmètre : 8 mm. Utilisez le fichier de document standard CAD gratuit fourni pour la plate-forme prototype (écureuil) utilisée dans cette étude de preuve de concept (Supplementary Coding File 1).
- Assurez-vous que les dimensions clés du boîtier supérieur amovible (de haut en bas) sont maintenues : la longueur (119,5 cm) et la largeur (76,2 cm), la hauteur des côtés (50,8 mm) et l’épaisseur de la pièce (3 mm). Utilisez le fichier de document standard CAD gratuit fourni pour reproduire le boîtier supérieur amovible (écureuil) utilisé dans cette étude de validation de concept (fichier de codage supplémentaire 2).
- Ajustez le diamètre du trou traversant à la base de la plate-forme au besoin pour s’adapter au socle utilisé pour élever la plate-forme. Le diamètre illustré est de 40 mm.
- Imprimez la plate-forme à l’aide d’un filament blanc opaque. Cela permet à la caméra d’obtenir un contraste maximal, ce qui permet au logiciel de suivi de détecter correctement le contour de l’animal sur la plate-forme.
- Imprimez le boîtier supérieur amovible avec un filament foncé opaque (par exemple, rouge). Cela donne aux rongeurs une sensation d’abri, ce qui facilite leur guidage dans le tunnel avant qu’ils ne soient soulevés et transférés vers l’arène.
- Demandez à un machiniste de couper le tube carré transparent extrudé en acrylique à l’aide d’une scie à table de sorte que l’extrémité longue ait une longueur de ~ 101,6 mm. Assurez-vous d’utiliser des lunettes de protection et un bâton poussoir pour guider l’acrylique à travers la lame tout en protégeant vos mains contre les blessures potentielles.
- À l’aide de la scie à table ou d’un outil rotatif portatif équipé d’une meule de coupe abrasive, retirez l’une des longues faces rectangulaires. Cela crée un toit ouvert à travers lequel la caméra montée au-dessus aura une vue dégagée de la position de l’animal et des mouvements de la tête.
- Nettoyez tous les bords avec une lime à main ou du papier de verre. Assemblez le tunnel de manutention modifié à l’aide du tube carré transparent extrudé en acrylique coupé à longueur avec le boîtier supérieur amovible imprimé en 3D en plaçant le boîtier sur le dessus de la face ouverte.
2. Mise en place de l’arène OMR
- Désinfectez la plate-forme et l’enclos du tube carré avec un nettoyant/désinfectant avant et entre les animaux pour éliminer les signaux olfactifs indésirables.
REMARQUE : Bien que des gants en cuir soient utilisés pour manipuler les animaux et entrer en contact direct avec eux, ils ne sont pas portés pendant les enregistrements et ne causent pas d’effets confondants durables ou observables.
- Déchirez un petit morceau d’essuie-tout mesurant environ 50 mm x 50 mm et pliez-le pour couvrir la surface supérieure du piédestal. Placez la plate-forme imprimée en 3D sur le piédestal (14 pouces de haut) avec le morceau de serviette en papier en place.
REMARQUE : Le papier ajuste l’ajustement de la plate-forme, empêche les mouvements involontaires, fournit un fond blanc uniforme pour l’imagerie (si la surface du piédestal n’est pas blanche) et agit comme une couche absorbante au cas où l’animal urinerait pendant l’enregistrement, empêchant la plate-forme de devenir glissante.
- En portant des gants de travail en cuir, guidez doucement l’animal dans l’ensemble de l’enclos en tube carré.
- Transférez l’animal dans l’arène en plaçant l’enclos sur la plate-forme (figure 1J).
- Détachez soigneusement l’enclos supérieur amovible en laissant l’animal dans le tube carré transparent extrudé en acrylique sur la plate-forme. Fermez la porte du système OMR
3. Configuration des paramètres du logiciel OMR
REMARQUE : Le système OMR illustré utilise un appareil photo industriel compact doté d’un capteur CMOS 1/3" sensible aux IR avec un obturateur global à 25 images par seconde (ips). La caméra est équipée d’un objectif grand-angle F1.6, permettant une vue complète de haut en bas de l’arène. Des tests préliminaires d’acuité visuelle effectués sur des écureuils à l’aide du réglage de contraste standard de 100 % ont révélé que l’acuité visuelle des écureuils dépassait les limites de résolution du matériel. Les écrans de commutation dans le plan Full HD de 23,8 pouces utilisés dans la configuration ont une résolution de seulement 1920 pixels de largeur, et le logiciel est donc codé en dur avec une fréquence spatiale maximale de 2 cyc/°. À titre de comparaison, l’acuité visuelle des souris C57Bl/6 est d’environ 0,3-0,5 cyc/°. À 2 cyc/°, chaque bande a une largeur moyenne de 5,3 pixels. Avec une vitesse de rotation de 12°/s et une fréquence d’images de 60 images par seconde, le motif se décale de 0,2° par image, ce qui équivaut à 4,2 pixels par image, en supposant une vitesse de pixel uniforme. À des fréquences spatiales proches de 2 cyc/°, le motif de bandes s’approche de la limite de résolution où le repliement peut se produire, ce qui donne l’impression que le motif se déplace vers l’arrière. Pour éviter cet artefact, le logiciel est codé en dur pour plafonner la fréquence spatiale à 2 cyc/°.
Ainsi, pour les écureuils, nous avons conçu un protocole où nous effectuons le test d’acuité mais avec un contraste beaucoup plus faible. Nous avons sélectionné un réglage de contraste (12,78 %) où les écureuils étaient incapables de voir le motif rayé à 2 cycles/°.
- Dans le panneau vidéo en direct, assurez-vous que l’animal s’adapte bien au nouvel environnement et qu’il commence à bouger moins et à se calmer.
- À 2 cyc/°, chaque bande a une largeur moyenne de 5,3 pixels. Réglez la vitesse de rotation sur 12°/s et une fréquence d’images de 60 images par seconde ; Le motif se décale de 0,2° par image, ce qui équivaut à 4,2 pixels par image, en supposant une vitesse de pixel uniforme. Réglez les fréquences spatiales à une température proche de 2 cyc/° de sorte que le motif de bandes s’approche de la limite de résolution où le crénelage peut se produire, ce qui donne l’impression que le motif recule. Pour éviter cet artefact, codez en dur le logiciel pour plafonner la fréquence spatiale à 2 cyc/°.
REMARQUE : Pour les écureuils, nous avons conçu un protocole où nous effectuons le test d’acuité mais à un contraste beaucoup plus faible. Nous avons sélectionné un réglage de contraste (12,78 %) auquel les écureuils étaient incapables de voir le motif rayé à 2 cycles/°.
- Télécharger le fichier de codage supplémentaire 3. Ouvrez le logiciel OptoDrum.
- Sous l’onglet Paramètres, cliquez sur Importer les paramètres. Chargez le fichier de codage supplémentaire 3.
- Sous l’onglet Paramètres, définissez le décalage du seuil d’arrière-plan sur 17, la taille minimale de l’animal [px] sur 30 et la largeur maximale de la queue [ % de la taille] sur 1.
- Sous les paramètres de l’appareil photo, laissez l’option Inverser la vidéo et les commandes manuelles de l’appareil photo décochées et Lumière IR désactivée.
- Élargissez la position et la taille de la région d’intérêt pour le suivi afin d’accueillir l’écureuil s’il se penche à l’extérieur de l’ouverture du tube. Les valeurs suggérées sont Position : X : 359, Y : 237, Size : X : 570, Y : 455. N’étendez pas le retour sur investissement sur l’écran des stimuli, car cela pourrait entraîner des faux positifs.
- Sélectionnez Configuration de session dans le panneau supérieur (Figure 2A).
- Pour l’escalier, définissez l’acuité spatiale estimée comme suit. Régler l’acuité attendue à 1.800 cyc/° (648 cycles) ; régler la résolution optimale du stimulus à 0,5 cyc/° (180 cycles) ; Réglez la résolution de mesure à 0,100 cyC/° (36 cycles).
- Pour l’escalier, fixez le nombre de confirmations requises comme suit. Fixé à 3 pour les essais échoués ; réglé pour les essais réussis à 2.
REMARQUE : Le nombre d’essais réussis peut être augmenté afin de réduire davantage l’occurrence de confirmations faussement positives. Cependant, avec l’utilisation de cette plate-forme et du tunnel de manutention modifié, le taux d’erreur reste assez faible. Cela est principalement dû à l’immobilité relative des écureuils et à la rareté des mouvements de rotation de la tête en dehors de ceux provoqués par des stimuli évoqués visuellement.
- Sous l’onglet Escalier (Figure 2B), définissez l’anticrénelage sur width sur 3 px et laissez l’option sinusoïdale décochée.
- Pour les critères de test, verrouillez le contraste à 12,78 % et verrouillez la vitesse de rotation à 12 °/s.
REMARQUE : Au réglage de contraste de 12,78 %, l’acuité spatiale des écureuils est limitée à environ 1,5-1,8 cyc/°. Ne dépassant plus les paramètres matériels maximum, cette configuration permet d’évaluer l’acuité spatiale en réponse à une maladie ou à une blessure.
- Une fois que deux des trois paramètres sont verrouillés, l’option Définir automatiquement les paramètres devient active (et n’est plus grisée). Cochez la case à côté de Définir automatiquement les paramètres.
- Réglez le sens de rotation selon que l’on s’attend à ce qu’une déficience visuelle se trouve dans un œil ou dans les deux. Notez que pour chaque œil, seul le mouvement dans la direction temporale-nasale suscite un suivi. Par conséquent, évaluez les lésions de l’œil gauche à l’aide d’une stimulation dans le sens des aiguilles d’une montre (CW), car la stimulation dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (CCW) est censée provoquer des réponses normales. En cas de dégénérescence ou de lésion attendue dans les deux yeux, une rotation du stimulus dans les deux sens peut être utilisée.
- Cliquez sur Démarrer l’essai pour commencer la présentation du stimulus. La caméra ci-dessus commencera à enregistrer et à suivre les mouvements de la tête des animaux. Pendant que le stimulus est présenté, cliquez sur l’onglet Analyse pour afficher en temps réel les paramètres Vitesses angulaires (rotation de la tête), Qualité de la piste et Score. À la fin de chaque présentation de stimulus, le logiciel déterminera automatiquement s’il faut passer (indiqué par la coche verte) au Cyc/° suivant, répéter l’essai ou réduire le Cyc/° (indiqué par le X rouge).
- Pendant l’enregistrement, si le logiciel de suivi retourne correctement les marqueurs de nez (rouge) et de queue (vert), appuyez sur la touche Ctrl du clavier pour permettre la commande manuelle afin de corriger l’orientation tête-queue.
- Si l’animal tombe de la plate-forme, interrompez l’essai en appuyant sur Pause l’évaluation ou en cliquant sur la barre d’espace. Retirez le tunnel de manipulation de la plate-forme et utilisez-le avec le couvercle pour manipuler l’animal en toute sécurité et le remettre sur la plate-forme. Une fois que l’animal est prêt, cliquez sur Reprendre l’évaluation pour continuer l’essai.
- Une fois que tous les essais ont été terminés, cliquez sur l’onglet Résumé pour afficher les essais réussis en vert et les essais infructueux en rouge. L’essai entouré en vert indique le seuil d’acuité visuelle de l’écureuil en utilisant le contraste de 12,78 %. Remettez l’animal avec précaution dans sa cage d’origine.