Le procedure che coinvolgono gli animali sono state condotte in conformità con le leggi degli Stati Uniti e i regolamenti del Dipartimento dell'Agricoltura. Tutti gli esperimenti con gli animali sono stati condotti secondo i protocolli approvati dall'Animal and Care and Use Committee del National Eye Institute presso il National Institutes of Health. I maschi e le femmine di scoiattoli di terra a 13 linee (età 6-8 mesi) utilizzati in questo studio sono stati acquistati dalla colonia di scoiattoli Oshkosh dell'Università del Wisconsin. I topi (rd10: 1 mese, CX3CR1GFP/+: 6,5 mesi) utilizzati in questo studio sono stati allevati nella nostra struttura per animali. Gli animali e le loro gabbie sono stati selezionati in modo casuale e assegnati a gruppi sperimentali.
1. Preparazione della piattaforma prototipo e del tunnel di movimentazione modificato
NOTA: Le piattaforme piatte rotonde sono comunemente impiegate nei sistemi progettati per misurare la risposta optomotoria13. Tuttavia, i modelli di roditori iperattivi, come gli scoiattoli, spesso faticano a mantenere la stabilità su queste piattaforme. Questo design fornisce uno spazio semi-chiuso, che aiuta gli animali ad abituarsi rapidamente e riduce i comportamenti ansiosi. Questo miglioramento migliora la capacità di concentrazione dell'animale e riduce al minimo i casi di squilibrio o cadute durante le registrazioni.
- Nei software di disegno CAD (ad esempio, OpenSCAD o FreeCAD), progettare la piattaforma (grigio) e l'involucro (rosso) come mostrato nella Figura 1.
- Assicurarsi che le dimensioni chiave per la piattaforma dello scoiattolo siano mantenute come la lunghezza e la larghezza (L x P): 129 mm x 81 mm, lo spessore: 7 mm e l'altezza del muro che si estende lungo il perimetro: 8 mm. Utilizzare il file di documentazione CAD standard gratuito fornito per la piattaforma prototipo (scoiattolo) utilizzata in questo studio di prova di concetto (File di codifica supplementare 1).
- Assicurarsi che le dimensioni principali per l'involucro superiore rimovibile (guardando dall'alto verso il basso) siano mantenute come la lunghezza (119,5 cm) e la larghezza (76,2 cm), l'altezza dei lati (50,8 mm) e lo spessore della parte (3 mm). Utilizza il file di documento CAD standard gratuito fornito per replicare l'involucro superiore rimovibile (scoiattolo) impiegato in questo studio proof-of-concept (Supplementary Coding File 2).
- Regolare il diametro del foro passante alla base della piattaforma secondo necessità per adattarsi al piedistallo utilizzato per sollevare la piattaforma. Il diametro nella foto è di 40 mm.
- Stampa la piattaforma utilizzando un filamento bianco opaco. Ciò fornisce il massimo contrasto per la telecamera, consentendo al software di tracciamento di rilevare correttamente il contorno dell'animale sulla piattaforma.
- Stampa l'involucro superiore rimovibile con filamento scuro opaco (ad es. rosso). Ciò fornisce un senso di riparo per i roditori, che facilita la guida all'interno del tunnel prima che vengano sollevati e trasferiti nell'arena.
- Chiedi a un macchinista di tagliare il tubo quadrato trasparente estruso in acrilico utilizzando una sega da banco in modo che l'estremità lunga sia lunga ~ 101,6 mm. Assicurati di utilizzare occhiali protettivi e un bastoncino di spinta per guidare l'acrilico attraverso la lama mantenendo le mani al sicuro da potenziali lesioni.
- Utilizzando la sega da banco o un utensile rotante portatile dotato di una mola da taglio abrasiva, rimuovere una delle facce rettangolari lunghe. Questo crea una parte superiore aperta attraverso la quale la telecamera montata sopra avrà una visione senza ostacoli della posizione dell'animale e dei movimenti della testa.
- Pulire tutti i bordi con una lima a mano o carta vetrata. Assembla il tunnel di movimentazione modificato utilizzando il tubo quadrato trasparente estruso in acrilico tagliato a misura con l'involucro superiore rimovibile stampato in 3D posizionando l'involucro sopra la faccia aperta.
2. Impostazione dell'arena OMR
- Disinfettare la piattaforma e il gruppo dell'involucro del tubo quadrato con un detergente/disinfettante prima e tra gli animali per rimuovere i segnali olfattivi indesiderati.
NOTA: Sebbene i guanti di pelle vengano utilizzati per maneggiare gli animali ed entrare in contatto diretto con loro, non vengono indossati durante le registrazioni e non causano effetti confondenti duraturi o osservabili.
- Strappare un piccolo pezzo di carta assorbente di circa 50 mm x 50 mm e piegarlo per coprire la superficie superiore del piedistallo. Posiziona la piattaforma stampata in 3D sul piedistallo (alto 14 pollici) con il pezzo di carta assorbente in posizione.
NOTA: La carta regola l'adattamento a pressione della piattaforma, impedisce movimenti involontari, fornisce uno sfondo bianco uniforme per l'imaging (se la superficie del piedistallo non è bianca) e funge da strato assorbente nel caso in cui l'animale urina durante la registrazione, impedendo che la piattaforma diventi scivolosa.
- Indossando guanti da lavoro in pelle, guidare delicatamente l'animale nel gruppo del recinto del tubo quadrato.
- Trasferire l'animale nell'arena posizionando il gruppo di recinzione sulla piattaforma (Figura 1J).
- Staccare con cautela l'involucro superiore rimovibile lasciando l'animale nel tubo quadrato trasparente estruso in acrilico sulla piattaforma. Chiudi la porta al sistema OMR
3. Impostazione dei parametri del software OMR
NOTA: Il sistema OMR raffigurato utilizza una telecamera industriale compatta dotata di un sensore CMOS da 1/3" sensibile a IR con un otturatore globale a 25 fotogrammi al secondo (fps). La telecamera è dotata di un obiettivo grandangolare F1.6, che consente una visione completa dall'alto dell'arena. I test preliminari dell'acuità visiva condotti sugli scoiattoli utilizzando l'impostazione standard del contrasto al 100% hanno rivelato che l'acuità visiva degli scoiattoli superava i limiti di risoluzione dell'hardware. Gli schermi In-Plane Switching Full HD da 23,8" utilizzati nella configurazione hanno una risoluzione di soli 1920 pixel di larghezza e il software è quindi codificato con una frequenza spaziale massima di 2 cyc/°. Per confronto, l'acuità visiva dei topi C57Bl/6 è di circa 0,3-0,5 cyc/°. A 2 cyc/°, ogni striscia ha una larghezza media di 5,3 pixel. Con una velocità di rotazione di 12°/s e una frequenza fotogrammi di 60 fotogrammi al secondo, il pattern si sposta di 0,2° per fotogramma, equivalenti a 4,2 pixel per fotogramma, supponendo una velocità di pixel uniforme. A frequenze spaziali vicine a 2 cyc/°, il pattern a strisce si avvicina al limite di risoluzione in cui può verificarsi l'aliasing, facendo apparire il pattern come se si stesse muovendo all'indietro. Per evitare questo artefatto, il software è codificato per limitare la frequenza spaziale a 2 cyc/°.
Così, per gli scoiattoli abbiamo ideato un protocollo in cui eseguiamo il test di acuità ma con un contrasto molto più basso. Abbiamo selezionato un'impostazione di contrasto (12,78%) in cui gli scoiattoli non erano in grado di vedere il motivo a strisce a 2 cicli/°.
- Nel pannello video in diretta, assicurati che l'animale si stia adattando bene al nuovo ambiente e stia iniziando a muoversi meno e a calmarsi.
- A 2 cyc/°, ogni striscia ha una larghezza media di 5,3 pixel. Impostare la velocità di rotazione a 12°/s e un frame rate di 60 fotogrammi al secondo; Il pattern si sposta di 0,2° per fotogramma, equivalenti a 4,2 pixel per fotogramma, supponendo una velocità di pixel uniforme. Impostare le frequenze spaziali vicino a 2 cyc/° in modo che il motivo a strisce si avvicini al limite di risoluzione in cui può verificarsi l'aliasing, facendo apparire il modello come se si stesse muovendo all'indietro. Per evitare questo artefatto, codificare il software in modo che limiti la frequenza spaziale a 2 cyc/°.
NOTA: Per gli scoiattoli, abbiamo ideato un protocollo in cui eseguiamo il test di acuità ma con un contrasto molto più basso. Abbiamo selezionato un'impostazione di contrasto (12,78%) in cui gli scoiattoli non erano in grado di vedere il motivo a strisce a 2 cicli/°.
- Scarica il file di codifica supplementare 3. Apri il software OptoDrum.
- Nella scheda Impostazioni, fai clic su Impostazioni di importazione. Caricare il file di codifica supplementare 3.
- Nella scheda Impostazioni, imposta l'offset della soglia di sfondo su 17, la dimensione minima dell'animale [px] su 30 e la larghezza massima della coda [% della dimensione] su 1.
- Nelle impostazioni della fotocamera, lascia deselezionata l'opzione Inverti video e Controllo manuale della videocamera e disattiva Luce IR.
- Allargare la posizione e le dimensioni della regione di interesse per l'inseguimento per accogliere lo scoiattolo se si sporge al di fuori dell'apertura del tubo. I valori suggeriti sono Posizione: X: 359, Y: 237, Taglia: X: 570, Y: 455. Non estendere il ROI oltre la schermata Stimoli, in quanto può portare a falsi positivi.
- Selezionare Configurazione sessione dal pannello superiore (Figura 2A).
- Per la scala, impostare l'acuità spaziale stimata come segue. Impostare l'acuità attesa a 1.800 cyc/° (648 cicli); impostare la risoluzione ottimale dello stimolo a 0,5 CyC/° (180 cicli); Impostare la risoluzione di misurazione su 0,100 Cyc/° (36 cicli).
- Per la scala, impostare il numero di conferme richieste come segue. Impostare a 3 per le prove fallite; impostato per le prove di successo a 2.
NOTA: Il numero di prove riuscite può essere aumentato per ridurre ulteriormente il verificarsi di false conferme positive. Tuttavia, con l'uso di questa piattaforma e del tunnel di gestione modificato, il tasso di errore rimane accettabilmente basso. Ciò è dovuto principalmente alla relativa immobilità degli scoiattoli e alla scarsa frequenza dei movimenti rotatori della testa, a parte quelli suscitati dagli stimoli evocati visivamente.
- Nella scheda Scala (Figura 2B), impostare l'antialiasing su larghezza a 3 px e lasciare la sinusoidale deselezionata.
- Per i criteri di test, bloccare il contrasto a 12,78% e bloccare la velocità di rotazione a 12 °/s.
NOTA: Con un'impostazione di contrasto del 12,78%, l'acuità spaziale degli scoiattoli è limitata a circa 1,5-1,8 cyc/°. Non superando più le impostazioni hardware massime, questa configurazione consente la valutazione dell'acuità spaziale in risposta a malattie o lesioni.
- Una volta bloccati due dei tre parametri, l'opzione Imposta automaticamente i parametri diventa attiva (non più disattivata). Seleziona la casella accanto a Imposta automaticamente i parametri.
- Impostare il senso di rotazione a seconda che si preveda una disabilità visiva in uno o entrambi gli occhi. Si noti che per ogni occhio, solo il movimento nella direzione temporale-nasale suscita il tracciamento. Di conseguenza, valutare la lesione all'occhio sinistro utilizzando la stimolazione in senso orario (CW), poiché ci si aspetta che la stimolazione in senso antiorario (CCW) susciti risposte normali. Per la degenerazione o la lesione prevista in entrambi gli occhi, può essere utilizzata la rotazione dello stimolo in entrambe le direzioni.
- Clicca su Inizia prova per iniziare la presentazione dello stimolo. La telecamera sopra inizierà a registrare e tracciare i movimenti della testa degli animali. Durante la presentazione dello stimolo, fare clic sulla scheda Analisi per visualizzare in tempo reale le velocità angolari (rotazione della testina), la qualità della traccia e i parametri del punteggio. Al termine di ogni presentazione di stimolo, il software determinerà automaticamente se avanzare (indicato dal segno di spunta verde) al Cyc/° successivo, ripetere la prova o ridurre il Cyc/° (indicato dalla X rossa).
- Durante la registrazione, se il software di tracciamento capovolge in modo errato i marcatori del muso (rosso) e della coda (verde), premere Ctrl sulla tastiera per consentire l'override manuale per correggere l'orientamento testa-coda.
- Se l'animale cade dalla piattaforma, metti in pausa la prova premendo Metti in pausa la valutazione o facendo clic sulla barra spaziatrice. Rimuovere il tunnel di movimentazione dalla piattaforma e utilizzarlo con il coperchio per una manipolazione sicura dell'animale per riposizionarlo sulla piattaforma. Una volta che l'animale è pronto, fai clic su Riprendi valutazione per continuare la prova.
- Una volta completate tutte le prove, fai clic sulla scheda Riepilogo per mostrare le prove riuscite in verde e le prove non riuscite in rosso. La prova cerchiata in verde indica la soglia dell'acuità visiva per lo scoiattolo utilizzando il contrasto del 12,78%. Rimetti con cura l'animale nella sua gabbia di casa.