Method Article

マウスにおける視運動性反射の視覚特徴選択性の定量化

DOI:

10.3791/65281

⸱

June 23rd, 2023

 , 
1Department of Biology, University of Toronto Mississauga, 2Department of Cell and Systems Biology, University of Toronto

In This Article

Summary

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ここでは、視運動性反射を定量化するための標準プロトコルについて説明します。仮想ドラム刺激とビデオ眼球撮影を組み合わせることで、行動の特徴選択性とその適応可塑性を正確に評価することができます。

Abstract

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視運動性反射(OKR)は、視覚環境の全体的な動きによって引き起こされ、網膜画像を安定させるのに役立つ重要な先天的な眼球運動です。OKRは、その重要性と堅牢性から、視覚運動学習の研究や、遺伝的背景、年齢、薬物治療の異なるマウスの視覚機能の評価に使用されてきました。ここでは、頭部固定マウスのOKR応答を高精度に評価するための手順を紹介します。頭部固定は、前庭刺激が眼球運動に寄与することを除外することができ、視覚運動のみによって引き起こされる眼球運動を測定することが可能になります。OKRは、3台のコンピュータモニターに表示される垂直グレーティングが、水平方向に振動的に、または一方向に等速でドリフトする仮想ドラムシステムによって引き出されます。このバーチャルリアリティシステムにより、空間周波数、時間/振動周波数、コントラスト、輝度、回折格子の方向などの視覚パラメータを体系的に変更し、視覚特徴選択性のチューニング曲線を定量化することができます。高速赤外線ビデオ眼球撮影により、眼球運動の軌跡を正確に測定できます。個々のマウスの目は、年齢、性別、遺伝的背景の異なる動物間でOKRを比較する機会を提供するように調整されています。この手法の定量的な力により、この行動が加齢、感覚経験、または運動学習によって可塑的に適応するときの OKR の変化を検出できます。したがって、この手法は、眼の行動の可塑性を調査するために使用されるツールのレパートリーに貴重な追加になります。

Introduction

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環境内の視覚刺激に反応して、私たちの目は、視線を移動したり、網膜画像を安定させたり、移動するターゲットを追跡したり、観察者から異なる距離にあるターゲットに2つの目の中心窩を合わせたりするために動きます1,2。動眼行動は、少なくとも部分的には眼球運動系が単純であることから、健康と疾患の神経回路を理解するための感覚運動統合の魅力的なモデルとして広く用いられてきた3。眼球は3対の外眼筋によって制御され、眼窩内で主に3つの対応する軸を中心に回転します:横軸に沿った挙上と下降、垂直軸に沿った内転と外転、前後軸に沿ったねじれと外転1,2。このようなシンプルなシステムにより、研究者は実験室環境でマウスの動眼行動を簡単かつ正確に評価することができます。

主な動眼運動行動の1つは、視運動性反射(OKR)です。この不随意眼球運動は、網膜上の画像のゆっくりとしたドリフトまたはスリップによって引き起こされ、動物の頭部またはその周囲が動くときに網膜画像を安定させるのに役立ちます2,4。行動パラダイムとしての....

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Protocol

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この研究で実施されたすべての実験手順は、トロント大学動物管理委員会およびカナダ動物管理評議会によって確立されたガイドラインに従って、生物科学地域動物管理委員会によって承認されました。

1.頭蓋骨の上にヘッドバーを埋め込む

注: VOR の動作が眼球運動に寄与するのを避けるため、OKR テスト中はマウスの頭部が固定されます。そのため、頭蓋骨の上にヘッドバーを外科的に埋め込みます。

  1. マウス(生後2〜5ヶ月の雌雄C57BL/6)をガス室で4%イソフルラン(v/v)とO2 の混合物で麻酔する。マウスをカスタマイズされた手術プラットフォームに移し、イソフルランの濃度を1.5%〜2%に下げます。手術中のつま先つまみ反応と呼吸数をチェックして、麻酔の深さを監視します。
  2. 動物の体温を維持するために、動物の下に温熱パッドを置きます。両眼に潤滑剤の眼軟膏を塗って、乾燥から保護します。目をアルミホイルで覆い、光の照射から保護します。
  3. 痛みを軽減するために、20 mg / kgの用量でカルプロフェンを皮下注射します。.グルコン酸クロルヘキシジンスキンクリーナーで毛皮を濡らした後、頭蓋骨の上の毛皮を剃ります。露出した頭皮を70%イソプロピルアルコールとクロルヘキシジンアルコールで2回消毒します。
  4. 切開部位にブピバ....

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Results

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上記の手順で、いくつかの視覚的特徴に対する OKR の依存関係を評価しました。ここに示すトレース例は、補足コーディング・ファイル1で提供されている分析コードを使用して導出されたもので、トレースのrawファイルの例は、補足コーディング・ファイル2にあります。ドラムグレーティングが正弦波軌道(0.4Hz)で漂流すると、動物の目は自動的に同様の振動方法でグレーティングの動きに追従し(図3B上パネル)、これはOKR挙動の特徴である2,5,8。横軸のOKR眼球運動の振幅は高速フーリエ変換で導出され(図3C&D)、OKR利得は眼球運動の振幅と格子運動の振幅の比として計算されました(図3C)。

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Discussion

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ここで紹介するOKR行動アッセイの方法には、いくつかの利点があります。第一に、コンピュータで生成された視覚刺激は、物理的なドラムの本質的な問題を解決します。物理的なドラムが空間周波数、方向、またはコントラストチューニングの体系的な検査をサポートしていないという問題に対処するために8、仮想ドラムはこれらの視覚的パラメータを試行的に変更することを可能にし、OKR動作の特徴選択性の体系的かつ定量的な分析を容易にします(図4A)。物理的なドラムは、外部光源23による不均一な照明に悩まされるが、仮想ドラムは、その表面を横切って均質な輝度を容易に提供することができる。NDフィルターと輝度計の助けを借りて、コンピュータで生成された視覚刺激により、スコトープから明所視まで、適切に制御されたさまざまな輝度レベルでのOKR測定が可能になります(図4B)。慣性質量による物理的なドラムの加速度に制限がなく、仮想視覚刺激は、特に高加速度と高速で、理想.......

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Disclosures

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著者らは、競合する利害関係がないことを宣言します。

Acknowledgements

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方向調整のデータを共有してくれたYingtian Heに感謝します。この研究は、Canadian Foundation of Innovation and Ontario Research Fund (CFI/ORF project no. 37597)、NSERC (RGPIN-2019-06479)、CIHR (Project Grant 437007)、Connaught New Researcher Awardsからの助成金によって支援されました。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2D並進ステージThorlabsXYT1
アクリル樹脂Lang DentalB1356頭蓋骨にヘッドプレートを固定し、頭蓋骨を保護するため
ブピバカインSTERIMAXST-BX223ブピバカイン注射 BP 0.5%。局所麻酔
カルプロフェンリマディル8507-14-1鎮痛剤
圧縮空気ダストオフ
目の軟膏アルコンシスタン目の水分を維持するため
グラフィックカードNVIDIAGeforce GTX 1650 または Quadro P620.3台のモニター間で1つの画面を生成するため
ヒーティングパッドケント・サイエンティフィックHTP-1500体温維持用
高速赤外線(IR)カメラテレダイン・ダルサG3-GM12-M0640眼球回転記録用
IR LEDDigikeyPDI-E803-NDCRリファレンスと眼の照明用
IRミラーエドモンド光学64-471の反射像用
フレゼニウス KABICP0406V2
Labview国立楽器バージョン 2014アイトラッキング
乳酸リンガーバクスターJB2324水とエネルギー供給
リドカインとエピネフリンの混合物デンツプライ シロナ82215-1キシロカイン。モニター
のキャリブレーションのための輝度計コニカミノルタLS-150
MatlabMathWorksバージョンxxx球運動のxxx分析
Meyhoefer CuretteWorld Precision Instruments501773頭蓋骨をこすり、筋膜を除去するため
顕微鏡キャリブレーションスライドAmscopeMR095の倍率を測定するビデオオキュログラフィー
モニターAcer B247W視覚刺激
刺激を発生させる低濃度フィルターLeeフィルター299
ナイビジョンゴーグルα光学AO-3277所視OKR
フォトダイオード刺激とビデオ眼鏡を同期させるDigikeyTSL254-R-LF-ND
ロカルピン塩酸塩Sigma-AldrichP6503
ポストThorlabsTR1.5
ポストホルダーThorlabsPH1
PsychoPyオープンソースソフトウェアバージョン xxx視覚刺激ツールキット
はさみRWDS12003-09皮膚除去用
瞬間接着剤Krazy 接着剤タイプ:万能。頭蓋骨へのヘッドプレートの接着に
系 眼のイソフルラン局所麻酔眼暗所視視 暗所視OKR用系 暗 視覚 ピ

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Gerhard, D. Neuroscience. 5th Edition. Yale Journal of Biology and Medicine. , (2013).
  2. Distler, C., Hoffmann, K. P. The Oxford Handbook of Eye Movement. , Oxford University Press. 65-83 (2011).
  3. Sereno, A. B., Bolding, M. S.

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