כימות סלקטיביות תכונות חזותיות של רפלקס האופטוקינטי בעכברים

Summary

במאמר זה אנו מתארים פרוטוקול סטנדרטי לכימות הרפלקס האופטוקינטי. הוא משלב גירוי תוף וירטואלי ווידאו-אוקולוגרפיה, ובכך מאפשר הערכה מדויקת של סלקטיביות התכונה של ההתנהגות והפלסטיות האדפטיבית שלה.

Abstract

הרפלקס האופטוקינטי (OKR) הוא תנועת עיניים מולדת חיונית המופעלת על ידי התנועה הגלובלית של הסביבה החזותית ומשמשת לייצוב תמונות רשתית. בשל חשיבותו וחוסנו, ה-OKR שימש לחקר למידה חזותית-מוטורית ולהערכת תפקודי הראייה של עכברים בעלי רקע גנטי שונה, גילאים שונים וטיפולים תרופתיים. כאן, אנו מציגים הליך להערכת תגובות OKR של עכברים קבועים ראש עם דיוק גבוה. קיבוע ראש יכול לשלול את תרומת הגירוי הווסטיבולרי על תנועות העיניים, מה שמאפשר למדוד תנועות עיניים המופעלות רק על ידי תנועה חזותית. ה-OKR מופעל על ידי מערכת תופים וירטואלית, שבה סורג אנכי המוצג על שלושה צגי מחשב נסחף אופקית באופן תנודתי או חד-כיווני במהירות קבועה. באמצעות מערכת מציאות מדומה זו, אנו יכולים לשנות באופן שיטתי פרמטרים חזותיים כמו תדר מרחבי, תדר טמפורלי/תנודה, ניגודיות, בהיקות וכיוון הגרגים, ולכמת עקומות כוונון של סלקטיביות תכונות חזותיות. וידאו-אוקוקולוגרפיה אינפרא אדום במהירות גבוהה מבטיחה מדידה מדויקת של מסלול תנועות העיניים. עיניהם של עכברים בודדים מכוילים כדי לספק הזדמנויות להשוות את ה-OKR בין בעלי חיים בגילאים, מינים שונים ומרקעים גנטיים שונים. כוחה הכמותי של טכניקה זו מאפשר לה לזהות שינויים ב- OKR כאשר התנהגות זו מסתגלת באופן פלסטי עקב הזדקנות, חוויה חושית או למידה מוטורית; לפיכך, היא הופכת טכניקה זו לתוספת רבת ערך לרפרטואר הכלים המשמשים לחקר הפלסטיות של התנהגויות עיניות.

Introduction

בתגובה לגירויים חזותיים בסביבה, העיניים שלנו נעות כדי להסיט את מבטנו, לייצב תמונות רשתית, לעקוב אחר מטרות נעות, או ליישר את הגומות של שתי עיניים עם מטרות הממוקמות במרחקים שונים מהצופה, שהן חיוניות לראייה תקינה ^1,2. התנהגויות אוקולומוטוריות שימשו באופן נרחב כמודלים אטרקטיביים של אינטגרציה סנסומוטורית להבנת המעגלים העצביים בבריאות ובחולי, לפחות חלקית בגלל הפשטות של המערכת האוקולומוטורית³. נשלטת על ידי שלושה זוגות של שרירים חוץ-עיניים, העין מסתובבת בשקע בעיקר סביב שלושה צירים תואמים: הגבהה ודיכאון לאורך הציר הרוחבי, חטיפה וחטיפה לאורך הציר האנכי, וחדירה ושחול לאורך הציר הקדמי

Protocol

כל ההליכים הניסיוניים שבוצעו במחקר זה אושרו על ידי הוועדה המקומית לטיפול בבעלי חיים של מדעי הביולוגיה, בהתאם להנחיות שנקבעו על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים באוניברסיטת טורונטו והמועצה הקנדית לטיפול בבעלי חיים.

1. השתלת מוט ראש על גבי הגולגולת

הערה: כדי למנוע את התרומה של התנהגות VOR לתנועות העיניים, ראש העכבר משותק במהלך מבחן OKR. לכן, מוט ראש מושתל בניתוח על גבי הגולגולת.

1. מרדימים עכבר (נקבה בת 2-5 חודשים וזכר C57BL/6) על ידי תערובת של 4% איזופלורן (v/v) ו-O₂ בתא גזים. מעבירים את העכבר לפלטפורמת ניתוח מותאמת אישית ומפחיתים את ריכוז האיזופלורן ל-1.5%-2%. עקוב אחר עומק ההרדמה ע....

Results

עם ההליך המפורט לעיל, הערכנו את התלות של OKR במספר תכונות חזותיות. העקבות לדוגמה המוצגות כאן נגזרו באמצעות קודי הניתוח שסופקו בקובץ קידוד משלים 1, ואת קובץ העקבות הגולמי לדוגמה ניתן למצוא בקובץ קידוד משלים 2. כאשר סורג התוף נסחף במסלול סינוסואידלי (0.4 הרץ), עינו של בעל החיים עקבה באופן אוטומטי אחר תנועת הסורג באופן תנודתי דומה (איור 3B בלוח העליון), מה שמאפיין את התנהגות OKR ^2,5,8.<.......

Discussion

השיטה של הבדיקה ההתנהגותית OKR המוצגת כאן מספקת מספר יתרונות. ראשית, גירוי חזותי שנוצר על ידי מחשב פותר את הבעיות המהותיות של תופים פיזיים. בהתמודדות עם הבעיה שתופים פיזיים אינם תומכים בבחינה שיטתית של תדר, כיוון או כוונון ניגודיות מרחבית⁸, התוף הווירטואלי מאפשר לשנות פרמטרים חזותיים אלה על בסיס ניסוי אחר ניסוי, ובכך מאפשר ניתוח שיטתי וכמותי של סלקטיביות התכונות של התנהגות OKR (איור 4A); בעוד שתופים פיזיים סובלים מהארה לא אחידה על ידי מקור אור חיצוני^.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
שלב תרגום דו-ממדי	Thorlabs	XYT1
שרף אקרילי	Lang Dental	B1356	לקיבוע לוחית ראש על הגולגולת והגנה על הגולגולת
Bupivacaine	STERIMAX	ST-BX223	Bupivacaine הזרקת BP 0.5%. הרדמה מקומית
קרפרופן	RIMADYL	8507-14-1	משכך כאבים
אוויר דחוס	אבק
משחת עיניים	Alcon	Systane	לשמירה על לחות העיניים
כרטיס גרפי	NVIDIA	Geforce GTX 1650 או Quadro P620.	ליצירת מסך יחיד בין שלושה צגים
כרית חימום	Kent Scientific	HTP-1500	לשמירה על טמפרטורת הגוף
מצלמת אינפרא אדום (IR) במהירות גבוהה	Teledyne Dalsa	G3-GM12-M0640	להקלטת סיבוב עיניים
IR LED	Digikey	PDI-E803-ND	לעיון CR והארת מראה IR של העין
	אופטיקה אדמונד	64-471	להחזרת תמונה של העין
איזופלורן	FRESENIUS KABI	CP0406V2
Labview	מכשירים לאומיים	גרסת 2014	מעקב עיניים
צלצול חלב	BAXTER	JB2324	אספקת מים
ואנרגיה לידוקאין ותערובת אפינפרין	Dentsply Sirona	82215-1	XYLOCAINE. מד בהרדמה מקומית
	Konica Minolta	LS-150	לכיול צגים
Matlab	MathWorks	גרסה xxx	ניתוח תנועות עיניים
Meyhoefer Curette	World Precision Instruments	501773	לגירוד גולגולת והסרת פאשיה
שקופית כיול מיקרוסקופ		Amscope MR095	למדידת ההגדלה של וידאו-אוקולוגרפיה
מוניטורים	Acer	B247W	גירוי חזותי
מסנן צפיפות ניטרלית מסנני	Lee	299	ליצירת גירוי חזותי סקוטופי
משקפי ראייה Nigh	אופטיקה אלפא אופטיקה	AO-3277	עבור סקוטופ OKR
פוטודיודה	Digikey	TSL254-R-LF-ND	לסנכרון גירוי חזותי ווידאו-אוקולוגרפיה
Pilocarpine hydrochloride	Sigma-Aldrich	P6503
Post	Thorlabs	TR1.5
מחזיק פוסט	Thorlabs	PH1
PsychoPy	גרסת תוכנת קוד פתוח	xxx	ערכת כלים לגירוי חזותי
מספריים	RWD	S12003-09	להסרת עור
Superglue	Krazy סוג דבק		כל מטרה. להדבקת לוחית הראש על הגולגולת