Vidéo-oculographie chez la souris
19 juillet 2012
Vidéo-oculographie est une méthode très quantitative pour étudier les performances du moteur oculaire ainsi que l'apprentissage moteur. Ici, nous décrivons la façon de mesurer la vidéo-oculographie chez la souris. En appliquant cette technique sur la normale, pharmacologiquement traitées ou des souris génétiquement modifiées est un puissant outil de recherche pour explorer la physiologie sous-jacente des comportements moteurs.
L’objectif global de cette procédure est d’effectuer une vidéo ou une iconographie chez la souris. Ceci est accompli en équipant d’abord la souris d’une construction de piédestal sur son crâne, ce qui permet l’immobilisation de sa tête dans un dispositif spécial de contention du corps de la tête. La deuxième étape consiste à placer la souris dans la configuration de l’ocul vidéo et à calibrer le système de suivi vidéo de la pupille.
Ensuite, les mouvements oculaires sont enregistrés pendant que le système oculomoteur est activé à l’aide d’un large répertoire de stimuli cinétiques vestibulaires et optiques. La dernière étape consiste à analyser ces mouvements oculaires. En fin de compte, l’iconographie vidéo O sur des souris normales, traitées pharmacologiquement ou génétiquement modifiées peut être utilisée pour explorer la physiologie des comportements moteurs.
Bien que cette méthode puisse fournir des informations sur le système moteur oculaire, elle peut également être appliquée pour étudier les maladies d’origine cérébelleuse, vestibulaire ou oculaire en utilisant des mutants murins qui imitent les pathologies humaines. Pour commencer cette procédure, anesthésez la souris dans une chambre à gaz avec un mélange d’isof, de fluor et d’oxygène. Maintenez ensuite l’anesthésie en délivrant le gaz à travers un masque.
Ensuite, utilisez un coussin chauffant et un capteur thermique anal pour maintenir la température corporelle de la souris à 37 degrés Celsius. Par la suite, appliquez la pommade oculaire pour protéger les yeux du dessèchement, rasez la fourrure crânienne dorsale et nettoyez la zone chirurgicale. Ensuite, faites une incision médiane pour exposer la surface crânienne dorsale du crâne, nettoyez et séchez la surface.
Appliquez ensuite une goutte d’acide phosphorique de bgma sur Lambda. Après 15 secondes, retirez la gravure, puis nettoyez la surface crânienne avec une solution saline et séchez-la à nouveau. Appliquez une goutte d’opti bond prime sur le haut de la surface crânienne gravée et de l’air.
Séchez-le pendant 30 secondes. Ensuite, ajoutez une goutte d’adhésif opti bond sur l’opti bond prime. Faites-le durcir avec une lumière UV pendant une minute.
Après cela, recouvrez la couche adhésive d’une fine couche de composite charisma. Le connecteur avec trou de vis magnétique et sites de fixation est encastré dans le composite. Ensuite, durcissez le composite avec de la lumière UV.
Encore une fois, si nécessaire, appliquez des couches supplémentaires de composite et durcissez-les avec de la lumière. Laissez la souris récupérer pendant au moins trois jours après la chirurgie. L’étape suivante consiste à placer la souris dans la contention et à fixer sa tête à la retenue à l’aide de l’aimant et d’une vis, à monter la tête et le corps de la souris sur une plate-forme XY.
À l’aide de la plate-forme XY, placez la tête de la souris au-dessus du centre de la platine afin que la souris puisse être déplacée sur les axes de tangage Ya et de roulis. Placez ensuite sa tête dans le bon tangage ya et l’angle de roulis en alignant l’œil à l’aide de l’image visuelle de l’œil générée par le système de balayage oculaire. Maintenant, la platine est fixée à un moteur servocommandé à courant alternatif.
La position de la platine vinyle est surveillée à l’aide d’un potentiomètre fixé sur l’axe de la platine. La platine est recouverte d’un écran périphérique cylindrique avec un motif de points aléatoires, qui est également équipé d’un moteur servocommandé à courant alternatif. La position de l’écran cylindrique est surveillée par un potentiomètre fixé à son axe.
L’écran peut être éclairé par une lumière halogène. Le mouvement de la platine vinyle et de l’écran qui l’entoure est contrôlé par un ordinateur connecté à une interface d’entrée et de sortie. Les signaux de position de la platine vinyle et de l’écran environnant sont filtrés par une fréquence de coupure de 20 hertz numérisée par l’interface d’entrée et de sortie et stockée sur cet ordinateur.
L’œil de la souris est éclairé par trois émetteurs infrarouges. Deux sont fixés à la platine et le troisième est fixé à l’appareil photo. Ce troisième émetteur produit une réflexion cornéenne de référence, qui est utilisée lors de la procédure d’étalonnage et lors de l’enregistrement des mouvements oculaires.
Une caméra CCD infrarouge équipée d’un zoom est fixée à la platine vinyle et est focalisée sur la tête de la souris. Au centre de la platine. La caméra peut être déverrouillée et déplacée autour de l’axe de la plaque tournante sur exactement 20 degrés.
Pendant la procédure d’étalonnage. Le signal vidéo est ensuite traité par un système de suivi oculaire, qui peut suivre la pupille et faire référence à la réflexion cornéenne dans les directions horizontale et verticale à une fréquence d’échantillonnage de 120 hertz. Ensuite, les signaux de référence de la position de référence de la cornée, de la position de la pupille et de la taille des personnes sont numérisés par l’interface d’entrée et de sortie et sont stockés dans le même fichier que la table et les signaux de position de l’écran environnant pour calibrer les mouvements oculaires, ajuster la position de la tête de la souris avec la caméra de manière à ce que l’image vidéo de la pupille soit située au milieu du moniteur et la représentation de la référence cornéenne de référence est situé sur la ligne médiane verticale de l’œil directement au-dessus de la pupille.
Ensuite, déplacez la caméra plusieurs fois de 20 degrés de crête. Pic autour de l’axe vertical de la platine. Utilisez les positions de la pupille suivie et la référence cornéenne de référence enregistrée dans les positions extrêmes de la caméra pour calculer le rayon de rotation de la pupille.
Répétez ces étapes plusieurs fois dans différentes conditions d’éclairage afin de déterminer la relation entre la taille de la pupille et la rotation de la pupille. Composez ensuite une courbe de correction de la rotation de la pupille. Calculez maintenant la position angulaire de l’œil en mesurant la position de référence de la cornée, la position de la pupille et la taille de la pupille.
La valeur de rotation de la pupille peut être extraite de la courbe de correction de la rotation de la pupille et la position angulaire de l’œil peut être calculée à l’aide de la formule suivante. L’expérience de mouvement oculaire VVOR est démontrée ici. Maintenant, convertissez les positions des yeux, des tables et des écrans environnants en positions angulaires.
Ensuite, différenciez et filtrez les positions angulaires de la table des yeux et de l’écran environnant avec un filtre passe-bas Butterworth. En utilisant une fréquence de coupure de 20 hertz sub, supprimez le secod du signal de vitesse oculaire à l’aide d’un seuil de détection de 40 degrés par seconde. Ensuite, faites la moyenne des signaux de vitesse de la table et de l’œil à l’aide de chaque cycle individuel de l’essai, ajustez les signaux moyennés avec une fonction appropriée.
En général, une stimulation sinusoïdale de la vitesse est utilisée et les cycles moyens sont équipés d’une fonction de signe ou de cosinus. Cette vidéo montre comment les mouvements oculaires sont générés par la rotation de l’écran environnant pour provoquer un réflexe optocinétique faisant pivoter l’écran environnant sur une gamme de fréquences de 0,2 à un hertz avec une amplitude de 1,6 degré. Le système cinétique optique de la souris s’avère plus efficace dans la gamme des basses fréquences que dans la gamme des hautes fréquences.
Voici un autre film pour montrer comment les mouvements oculaires sont générés. En faisant pivoter la souris dans l’obscurité pour provoquer le réflexe oculaire vestibulaire, en faisant pivoter la platine sur une gamme de fréquences de 0,2 à un hertz avec une amplitude de 1,6 degré. Le système oculaire vestibulaire de la souris s’avère plus efficace dans la gamme des hautes fréquences que dans la gamme des basses fréquences.
Voici un autre film sur la façon dont les mouvements oculaires sont générés par la rotation de la souris dans la lumière pour provoquer un réflexe oculaire vestibulaire visuellement amélioré en faisant pivoter la platine sur une gamme de fréquences de 0,2 à un hertz avec une amplitude de 1,6 degrés tandis que l’écran environnant est bien éclairé, que la souris génère des mouvements oculaires compensatoires efficaces sur toute la gamme de fréquences. Et ce film montre comment l’apprentissage moteur a été accompli en augmentant de manière adaptative le réflexe oculaire vestibulaire. En utilisant un paradigme d’entraînement déphasé, la rotation de la platine par rapport à l’écran environnant augmente le gain VOR de cette souris.
Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’effectuer une vidéo ocul chez la souris.
Aperçu
Cet article décrit la procédure de réalisation de la vidéonystagmographie chez la souris, une méthode quantitative pour étudier la performance motrice oculaire et l'apprentissage moteur. Cette technique peut être appliquée à des souris normales, traitées pharmacologiquement ou modifiées génétiquement afin d'explorer la physiologie des comportements moteurs.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Performance motrice oculaire
- Apprentissage moteur
Contexte
- La vidéonystagmographie est une méthode utilisée pour étudier les mouvements oculaires.
- Cette technique permet d'obtenir des informations sur le système oculomoteur.
- Elle peut également être utilisée pour étudier des maladies d'origine cérébelleuse ou vestibulaire.
- Les modèles murins peuvent imiter les pathologies humaines à des fins de recherche.
Objectif de l'étude
- Mesurer et analyser les mouvements oculaires chez la souris.
- Étudier la physiologie sous-jacente des comportements moteurs.
- Appliquer la méthode à divers modèles murins pour des études de maladies.
Méthodes utilisées
- Équiper la souris d'un socle pour l'immobilisation de la tête.
- Étalonner le système vidéo de suivi de la pupille.
- Enregistrer les mouvements oculaires à l'aide de stimuli vestibulaires et optiques.
- Analyser les mouvements oculaires enregistrés afin d'obtenir des informations physiologiques.
Résultats principaux
- Calibration réussie du système de suivi oculaire.
- Enregistrement des mouvements oculaires dans diverses conditions de stimuli.
- Analyse des données révélant des informations sur la physiologie du comportement moteur.
- Application de la méthode à l'étude des maladies du système moteur oculaire.
Conclusions
- La vidéonystagmographie est un outil puissant pour l'étude des mouvements oculaires.
- Cette méthode peut améliorer la compréhension de l'apprentissage moteur et de la performance.
- Elle présente un potentiel pour l'investigation des maladies affectant le système oculomoteur.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
La vidéonystagmographie chez la souris fournit un indicateur comportemental quantitatif permettant d'évaluer la fonction oculomotrice, facilitant ainsi l'analyse mécanistique et la réduction des risques associés aux cibles impliquées dans les voies vestibulaires, cérébelleuses et motrices oculaires. Cette méthode soutient la validation des cibles en reliant des manipulations génétiques ou pharmacologiques à des modifications mesurables des mouvements réflexes des yeux, offrant une prédiction fiable en phase précoce de découverte. Son applicabilité à des modèles pertinents pour la maladie renforce la continuité translationnelle des programmes de recherche sur les troubles neuropsychiatriques et neurodégénératifs.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet d'interroger des hypothèses thérapeutiques ciblant les systèmes vestibulaire, cérébelleux et oculomoteur grâce à des phénotypes comportementaux quantifiables.
- Valeur opérationnelle : Fournit un test reproductible et compatible avec les analyses à haut débit pour l'identification de modificateurs génétiques et pharmacologiques du comportement moteur.
- Valeur scientifique : Facilite la détection biologique des risques en isolant le fonctionnement du circuit oculomoteur des variables motrices ou motivationnelles interférantes.
Développement de tests et criblage
- Valeur scientifique : Génère des mesures quantitatives de variables dépendantes (vitesse oculaire, gain, phase) permettant des corrélations dose-réponse et génotype-phénotype.
- Valeur opérationnelle : Des protocoles standardisés d'étalonnage et de suivi garantissent la reproductibilité inter-laboratoires et la préparation du test pour l'évaluation de composés.
- Valeur scientifique : Les résultats permettent une détection mécanistique en distinguant les contributions vestibulaire, optocinétique et visuellement améliorée du réflexe vestibulo-oculaire (VOR) au contrôle moteur.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Système pertinent pour les maladies : les modèles murins reproduisant des pathologies vestibulaires, cérébelleuses ou oculaires humaines permettent un alignement direct des biomarqueurs en vue d'une application translationnelle.
- Valeur opérationnelle : Permet le suivi longitudinal de l'apprentissage moteur et de la plasticité adaptative, soutenant ainsi la validation préclinique de thérapeutiques ciblant les fonctions cognitives et motrices.
- Valeur scientifique : Facilite la prise de décisions d'avancement pondérées par les risques, en quantifiant la récupération fonctionnelle ou la progression des déficits dans des modèles génétiques.
Intégration du pipeline et du flux de travail
La méthode s'intègre aux flux de travail de la phase de découverte précoce en tant qu'outil de criblage phénotypique pour la validation de cibles, les résultats orientant l'identification des composés candidats et les décisions de progression préclinique en fonction de l'intégrité du système oculomoteur.
- Découverte en biologie : Facilite la vérification d'hypothèses et la clarification des voies en isolant les contributions vestibulaire et optocinétique au contrôle des mouvements oculaires.
- Écrantage : Assure la préparation des tests grâce à une fixation standardisée de la tête, à l'étalonnage et à la présentation normalisée des stimuli, permettant une évaluation fiable de composés ou de génotypes.
- Analyse : Fournit des mesures quantitatives (position angulaire de l'œil, vitesse, gain) filtrées et ajustées aux stimuli sinusoïdaux, permettant des analyses comparatives entre différentes conditions.
- Recherche translationnelle : S'inscrit dans la continuité préclinique par son applicabilité aux modèles de maladies, permettant d'évaluer l'impact thérapeutique sur les phénotypes comportementaux moteurs.
- Réutilisation en entreprise : Met en place une plateforme réutilisable pour les équipes pluridisciplinaires étudiant l'apprentissage moteur, les troubles de l'équilibre et les indications neuropsychiatriques.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Confiance prédictive dans l'engagement de la cible grâce à des modifications mesurables du gain et de la phase du RVO, du ROK et du RVOV.
- Valeur opérationnelle : Une préparation chirurgicale standardisée, l'immobilisation de la tête et le suivi infrarouge assurent la reproductibilité entre laboratoires et au fil du temps.
- Valeur stratégique : Réduit les risques biologiques tardifs en permettant une détection précoce d'un dysfonctionnement des circuits moteurs dans des modèles génétiques ou pharmacologiques.
- Impact sur le portefeuille : Éclaire les décisions d'avancement ou d'abandon en quantifiant la performance oculomotrice comme biomarqueur de l'intégrité des circuits neuronaux.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en chirurgie murine, en implantation de plaquettes crâniennes et en systèmes de suivi oculomoteur infrarouge.
- Dépend d'un équipement spécialisé comprenant des plateformes XY, des tables tournantes commandées par servomoteurs, des émetteurs infrarouges et des caméras CCD haute vitesse.
- Exige une standardisation inter-équipes des protocoles chirurgicaux, des procédures d'étalonnage et des paramètres de stimulus pour des résultats reproductibles.
- Les considérations d'adaptation incluent des ajustements spécifiques au modèle en fonction de la souche de souris, du poids et de la pigmentation oculaire, qui peuvent affecter la précision du suivi infrarouge.
- Les limites pratiques incluent le temps de récupération post-chirurgical ainsi que les facteurs de confusion potentiels liés à l'anesthésie ou à l'inflammation, qui peuvent influencer la fonction oculomotrice de base.
