このプロトコルは、人間の黄斑に似た網膜の特徴を持つ錐体優性種である13ラインのジリスの光運動反応を測定する方法を説明しています。プラットフォームの設計により、ハンドリングが向上し、不安が軽減され、動物が高くなったプラットフォームにとどまる能力が向上し、視覚機能の変化を非侵襲的に評価できるようになります。
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このプロトコルは、人間の黄斑に似た網膜の特徴を持つ錐体優性種である13ラインのジリスの光運動反応を測定する方法を説明しています。プラットフォームの設計により、ハンドリングが向上し、不安が軽減され、動物が高くなったプラットフォームにとどまる能力が向上し、視覚機能の変化を非侵襲的に評価できるようになります。
光運動反射 (OMR) は、動物のコントラスト感度と視力の行動評価を提供します。マウスまたはラットは通常、手で小さな円形のプラットフォームに直接置かれます。しかし、このような動物を扱うとストレスや不安が刺激され、データを解釈する際に交絡因子が生じる可能性があります。慣れ親しんだトンネル/チューブでマウスやラットを拾うなど、嫌悪感のない取り扱い方法が不安を軽減できることが示されています。これは、動物がストレスの高まり、過活動性、または運動機能障害を示し、その結果、プラットフォームにとどまることができなくなる研究で特に興味深いものです。宮城島清治博士とフランシスコ・M・ナダル・ニコラス博士が率いるチームは、従来のOMRプラットフォームを再設計して、半閉鎖型封じ込めを提供しました。これにより、色を見ることができる数少ない哺乳類の1つである13列のジリスの光運動反射を初めて記録することが可能になりました。人間の黄斑に似た高密度の錐体を持つ視覚的縞模様を持ち、錐体視覚系への影響を研究するための魅力的なモデルを提供します。
ジリスは、昼行性のライフスタイルと、人間の視覚を密接に模倣する錐形優勢の網膜により、視覚機能を研究するためのユニークで価値のあるモデルを提供します1。これは、霊長類と比較して使用の実際的な利点(サイズが小さく、飼育コストが低い)と相まって、網膜損傷、疾患、または色覚の変化に対する薬物の眼の副作用に関するトランスレーショナルリサーチの理想的なモデルになります2,3,4,5,6。網膜疾患に関する前臨床研究は、動物が見えるかどうかを評価する能力に依存しています。光運動反射 (OMR) は、麻酔を必要とせずに動物の視覚機能を評価するための臨床的に関連する方法を提供し、視力の正確な測定を可能にします 7,8。このテストでは、動物は視線で回転する縞模様をたどります。回転するストライプは、環境内の全体的な動きの知覚を誘発し、不随意の頭の動き、つまりOMRを引き起こします。この反射は環境を視覚的に安定させるのに役立ち、刺激の空間周波数またはコントラストを段階的に調整することにより、動物がどれだけよく見えるかを定量化するために使用できます。刺激の知覚が難しくなると、最終的に OMR はトリガーされず、視力またはコントラスト閾値を決定できるようになります。OMRの利点は、反射であることです。したがって、トレーニングは必要なく、頭部固定や手術も不要です。この反射は、非常に若い動物(目を開けたとき)9,10にも存在し、早期発症疾患の研究を可能にします。さらに、非侵襲的であるため、縦断的な測定を行うことができ、疾患の進行を追跡できます。
ほとんどの OMR テストは、動物が配置される隆起したプラットフォームで構成され、回転する黒と白のストライプ パターンを表示する 4 つのスクリーンに囲まれたカスタムまたは商用システムを使用して実行されます。縞模様は一方向(時計回りまたは反時計回り)に移動し、動物10、11、12、13、14、15、16から視覚的追跡反応を誘発する運動刺激を生み出します。テストアリーナの上にカメラが取り付けられ、回転刺激に反応して動物の視覚的に呼び起こされる頭の動きをキャプチャします。これらの頭の動きは追跡および分析され、動物の動きを知覚して反応する能力を判断し、それによって視力を評価します。
OMRはマウスとラットで日常的に使用されていますが、13ライニングのジリスの視運動反応の測定は、多動性であり、事前のコンディショニングを行っても高いプラットフォームにとどまることができないため、困難でした。これを回避するために、私たちは半封じ込めを提供し、動物のアリーナへの移動を容易にするプラットフォームを開発しました。この方法の目的は、動物が実験環境に適応する時間を短縮し、非協力的な行動を示す動物やプラットフォームにとどまるのが難しい動物の記録を可能にし、研究への動物の組み込みを改善することです。また、実験的に定義されたコントラスト設定を使用してリスの視力を測定するプロトコルを定義し、画像結果を改善するためにカメラ設定を調整し、自動分析と追跡を可能にしました。
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動物が関与する手続きは、米国の法律および農務省の規制に従って実施されました。動物を使ったすべての実験は、国立衛生研究所の国立眼科研究所の動物およびケアおよび使用委員会によって承認されたプロトコルに従って実施されました。この研究で使用されたオスとメスの13ライニングジリス(生後6〜8か月)は、ウィスコンシン大学オシュコシュリスコロニーから購入されました。本試験で使用したマウス(rd10:1ヶ月、CX3CR1GFP/+:6.5ヶ月)を当社の動物施設で飼育しました。動物とそのケージは無作為に選択され、実験グループに割り当てられました。
1. 試作プラットフォームの準備と改造ハンドリングトンネル
注:丸いフラットプラットフォームは、オプトモーター応答を測定するように設計されたシステムで一般的に使用されています13。ただし、リスなどの多動げっ歯類モデルは、これらのプラットフォーム上で安定性を維持するのに苦労することがよくあります。この設計は半密閉された空間を提供し、動物がすぐに慣れ、不安のような行動を軽減します。この改善により、動物の集中力が向上し、記録中の不均衡や転倒が最小限に抑えられます。
2. OMRアリーナのセットアップ
3. OMRソフトウェアパラメータの設定
注:写真のOMRシステムは、25フレーム/秒(fps)のグローバルシャッターを備えたIR感応性1/3インチCMOSセンサーを備えたコンパクトな産業用カメラを使用しています。カメラにはF1.6広角レンズが搭載されており、アリーナを完全にトップダウンで見ることができます。標準の 100% コントラスト設定を使用してリスに対して実施された予備視力テストでは、リスの視力がハードウェアの解像度の限界を超えていることが明らかになりました。セットアップで使用された23.8インチフルHD面内スイッチングスクリーンの解像度は幅わずか1920ピクセルであるため、ソフトウェアは最大空間周波数2cyc/°でハードコーディングされています。比較のために、C57Bl / 6マウスの視力は約0.3〜0.5 cyc /°です。2 cyc/° では、各ストライプの幅は平均 5.3 ピクセルです。回転速度が12°/s、フレームレートが60フレーム/秒の場合、パターンはフレームあたり0.2°シフトし、ピクセル速度が均一であると仮定すると、フレームあたり4.2ピクセルに相当します。2 cyc/° に近い空間周波数では、ストライプ パターンがエイリアシングが発生する可能性のある解像度の限界に近づき、パターンが後方に移動しているように見えます。このアーティファクトを防ぐために、ソフトウェアは空間周波数を2cyc/°に制限するようにハードコーディングされています。
したがって、リスの場合、視力検査をはるかに低いコントラストで実行するプロトコルを考案しました。リスが2サイクル/°で縞模様を見ることができないコントラスト設定(12.78%)を選択しました。
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OMR は、ソフトウェアが空間周波数識別試験における動物のパフォーマンスによって決定される視覚閾値を識別すると、成功したと見なされます。具体的には、しきい値は次のように定義されます: 特定の空間周波数 (cyc/° で測定) で 2 回の成功した試行と、その後、次に高い空間周波数で 3 回の試行が失敗します。OMRは、標準的な丸い平らなプラットフォーム(図3A)を使用して13ライニングされたジリス(生後6〜8か月)で実行され、非嫌悪プラットフォームおよびハンドリングトンネル(図3B)と比較されました。動物を標準的な丸い平らなプラットフォームに置いたとき、動物は常に落ち、割り当てられた時間(10分)内に自動視覚閾値評価を完了することができませんでした。ある例では、動物がプラットフォームから飛び降りて、上のカメラを掴みました。このような条件下でOMRを測定することは技術的には可能ですが、動物ごとに何度も試行し、数時間かかります。対照的に、非嫌悪プラットフォームとハンドリングトンネルにより、事前の順応やポジティブ報酬条件付け...
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重要なステップ
トンネルへの進入の促進 - 考慮すべき重要な点の 1 つは、リスがアクリル長方形のトンネルの一時的な蓋として機能するために 3D プリントされたエンクロージャ アセンブリを必要とするということです。それがなければ、彼らは簡単には入りません。当施設では、13匹の地リスに、赤いネズミサイズの円筒(長さ:15.24cm、直径:7.62cm)を定期的に飼育しています。3D プリントされたエンクロージャの目的は、濃縮トンネルに精通し、取り扱いを容易にすることです。リスは一見無害に見えますが、噛んだり引っ掻いたりする可能性があり、他のげっ歯類と同様に予測不可能であるため、リスを扱うときは重い革手袋を着用することが重要です。動物はトンネルに入るように促すことができ、トンネルの両端にそっと手を置き、両端を塞ぐことで移動させることができます。この方法では、ストレスが最小限に抑えられます。
表面洗浄プロトコル - もう 1 つの重...
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宮城島清治、フランシスコ・ナダル・ニコラス、ジョン・ボール、ウェイ・リーは、競合する金銭的利益がないと宣言している。トーマス・ムンクは、Striatech GmbHのオーナー兼研究開発ディレクターです。ボリス・ベンクナーは、Striatech GmbHの創設者兼最高経営責任者です。
この研究は、NIH、国立眼科研究所の学内研究プログラムによって[部分的に]支援されました。この研究は、国防保健担当次官補室と国防保健局J9、研究開発総局によっても、賞番号のビジョン研究プログラムを通じて支援されました。(CDMRPL-18-0-VR180205)。意見、解釈、結論、および推奨事項は著者のものであり、必ずしも国防総省によって承認されているわけではありません。著者らは、 rd10およびCX3CR1GFP/+ マウスを提供してくれたWenxin Ma博士、OMRとの洞察力に富んだ議論と技術支援を提供してくれたHaohua Qian博士(Visual Function Core、NEI、NIH)、部品製造を支援してくれたNIMH/NINDS/NICHD機械工場、3Dプリンティングを支援してくれたCharles King(NIHライブラリ)に感謝します。
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