Method Article

생쥐에서 광동태 반사의 시각적 특징 선택성 정량화

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기에서는 광동태 반사를 정량화하기 위한 표준 프로토콜을 설명합니다. 가상 드럼 자극과 비디오 안구 촬영을 결합하여 동작의 특징 선택성과 적응 가소성을 정확하게 평가할 수 있습니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

광동태 반사(OKR)는 시각 환경의 전체적인 움직임에 의해 유발되고 망막 이미지를 안정화하는 역할을 하는 필수적인 타고난 안구 운동입니다. OKR의 중요성과 견고성으로 인해 OKR은 시각 운동 학습을 연구하고 다양한 유전적 배경, 연령 및 약물 치료를 가진 마우스의 시각 기능을 평가하는 데 사용되었습니다. 여기에서는 머리 고정 마우스의 OKR 응답을 높은 정확도로 평가하는 절차를 소개합니다. 머리 고정은 전정 자극이 안구 운동에 미치는 영향을 배제할 수 있으므로 시각적 움직임에 의해서만 유발되는 안구 운동을 측정할 수 있습니다. OKR은 가상 드럼 시스템에 의해 유도되며, 3개의 컴퓨터 모니터에 표시되는 수직 격자가 진동 방식으로 수평으로 또는 일정한 속도로 단방향으로 드리프트됩니다. 이 가상 현실 시스템을 통해 공간 주파수, 시간/진동 주파수, 대비, 휘도 및 격자 방향과 같은 시각적 매개변수를 체계적으로 변경하고 시각적 특징 선택성의 튜닝 곡선을 정량화할 수 있습니다. 고속 적외선 비디오 안과 조영술은 안구 운동의 궤적을 정확하게 측정합니다. 개별 쥐의 눈은 다양한 연령, 성별 및 유전적 배경을 가진 동물 간의 OKR을 비교할 수 있는 기회를 제공하도록 보정됩니다. 이 기술의 정량적 능력을 통해 이 행동이 노화, 감각 경험 또는 운동 학습으로 인해 소성적으로 적응할 때 OKR의 변화를 감지할 수 있습니다. 따라서 이 기술은 안구 행동의 가소성을 조사하는 데 사용되는 도구 레퍼토리에 귀중한 추가 기능을 제공합니다.

Introduction

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환경의 시각적 자극에 반응하여 우리의 눈은 시선을 이동하거나, 망막 이미지를 안정화하거나, 움직이는 표적을 추적하거나, 두 눈의 중심와를 관찰자로부터 서로 다른 거리에 있는 표적과 정렬하기 위해 움직이며, 이는 적절한 시력에 매우 중요합니다 1,2. 안구 운동 행동은 건강과 질병의 신경 회로를 이해하기 위한 감각 운동 통합의 매력적인 모델로 널리 사용되어 왔는데, 이는 적어도 부분적으로는 안구 운동 시스템의 단순성때문이다 3. 세 쌍의 외안근에 의해 조절되는 눈은 주로 횡축을 따라 상승 및 하강, 수직 축을 따라 내전과 외전, 전후 축을 따라 내전과 외전, 1,2. 이러한 간단한 시스템을 통해 연구자들은 실험실 환경에서 쥐의 안구 운동 행동을 쉽고 정확하게 평가할 수 있습니다.

주요 안구 운동 행동 중 하나는 광동태 반사(OKR)입니다. 이 비자발적 안구 운동은 망막의 느린 표류 또는 이미지의 미끄러짐에 의해 유발되며 동물의 머리 또는 그 주변이 움직일 때 망막 이미지를 안정화하는 역할을합니다....

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구에서 수행된 모든 실험 절차는 토론토 대학 동물 관리 위원회와 캐나다 동물 관리 위원회가 수립한 지침에 따라 생물 과학 지역 동물 관리 위원회의 승인을 받았습니다.

1. 두개골 위에 헤드 바 이식

참고: VOR 동작이 눈의 움직임에 기여하지 않도록 하기 위해 OKR 테스트 중에 마우스 머리가 고정됩니다. 따라서 두개골 위에 외과적으로 헤드 바를 이식합니다.

  1. 생쥐(2-5개월 암컷 및 수컷 C57BL/6)를 가스실에서 4% 이소플루란(v/v)과O2 의 혼합물로 마취합니다. 마우스를 맞춤형 수술 플랫폼으로 옮기고 이소플루란의 농도를 1.5%-2%로 줄입니다. 수술 중 발가락 꼬집기 반응과 호흡수를 확인하여 마취 깊이를 모니터링합니다.
  2. 동물의 체온을 유지하기 위해 동물의 몸 아래에 가열 패드를 놓습니다. 양쪽 눈이 건조해지지 않도록 양쪽 눈에 윤활제 안연고를 바릅니다. 알루미늄 호일로 눈을 가려 빛으로부터 눈을 보호하십시오.
  3. 통증을 줄이기 위해 20mg/kg의 용량으로 카프로펜을 피하 주사합니다. 클로르헥시딘 글루코네이트 스킨 클리너로 털을 적신 후 두개골 위의 털을 면도합니다. 노출된 두피....

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

위에서 자세히 설명한 절차를 통해 여러 시각적 기능에 대한 OKR의 종속성을 평가했습니다. 여기에 표시된 예제 추적은 보충 코딩 파일 1에 제공된 분석 코드를 사용하여 파생되었으며, 예제 추적 원시 파일은 보충 코딩 파일 2에서 찾을 수 있습니다. 드럼 격자가 정현파 궤적(0.4Hz)으로 표류할 때 동물의 눈은 유사한 진동 방식으로 격자의 움직임을 자동으로 따라갔으며(그림 3B 상단 패널), 이는 OKR 동작 2,5,8의 특징입니다. 수평축에서 OKR 안구 움직임의 진폭은 고속 푸리에 변환(그림 3C&D)으로 유도되었으며, OKR 이득은 격자 운동의 진폭에 대한 안구 운동의 진폭의 비.......

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기에 제시된 OKR 행동 분석 방법은 몇 가지 이점을 제공합니다. 첫째, 컴퓨터로 생성된 시각적 자극은 물리적 드럼의 본질적인 문제를 해결합니다. 물리적 드럼이 공간 주파수, 방향 또는 대비 튜닝8의 체계적인 검사를 지원하지 않는다는 문제를 해결하기 위해 가상 드럼을 사용하면 이러한 시각적 매개변수를 시험별로 변경할 수 있으므로 OKR 동작의 특징 선택성에 대한 체계적이고 정량적인 분석을 용이하게 할 수 있습니다(그림 4A). 물리적 드럼은 외부 광원(23)에 의한 불균일한 조명으로 인해 어려움을 겪는 반면, 가상 드럼은 그 표면 전체에 걸쳐 균질한 휘도를 쉽게 제공할 수 있다; ND 필터와 휘도계의 도움으로 컴퓨터로 생성된 시각적 자극을 통해 스코토픽에서 포토픽까지 잘 제어된 다양한 휘도 수준에서 OKR 측정이 가능하며(그림 4B), .......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 상충되는 이해관계가 없음을 선언합니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

방향 조정 데이터를 공유해 주신 Yingtian He에게 감사드립니다. 이 연구는 Canadian Foundation of Innovation 및 Ontario Research Fund(CFI/ORF 프로젝트 번호 37597), NSERC(RGPIN-2019-06479), CIHR(Project Grant 437007) 및 Connaught New Researcher Awards의 보조금으로 지원되었습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2D 번역 단계ThorlabsXYT1
아크릴 수지Lang DentalB1356두개골에 헤드플레이트를 고정하고 두개골을 보호하기 위해
BupivacaineSTERIMAXST-BX223Bupivacaine Injection BP 0.5%. 국소 마취
CarprofenRIMADYL8507-14-1진통제
압축 공기먼지 제거
눈 연고AlconSystane눈의 수분 유지용
그래픽 카드NVIDIAGeforce GTX 1650 또는 Quadro P620.3개의 모니터 중 단일 화면 생성용
발열 패드Kent ScientificHTP-1500체온 유지용
고속 적외선(IR) 카메라Teledyne DalsaG3-GM12-M0640눈 회전 기록용
IR LEDDigikeyPDI-E803-NDCR 참조 및 눈 조명용
IR 미러Edmund optics64-471눈
Isoflurane 이미지 반사용FRESENIUS KABICP0406V2
LabviewNational Instruments버전 2014시선 추적
젖산 링거BAXTERJB2324물 및 에너지 공급
리도카인과 에피네프린 혼합Dentsply Sirona82215-1XYLOCAINE. 국소 마취
휘도 측정기Konica MinoltaLS-150모니터 보정,
MatlabMathWorks버전 xxx안구 운동 분석
Meyhoefer CuretteWorld Precision Instruments501773두개골 긁기 및 근막 제거
현미경 보정 슬라이드AmscopeMR095배율 측정 비디오 오큘로그래피
모니터Acer B247W시각 자극
중립 밀도 필터Lee 필터299스코 토픽 시각적 자극을 생성하기위한
Nigh vision goggle알파 광학AO-3277scotopic OKR
포토 다이오드DigikeyTSL254-R-LF-ND는 시각적 자극 및 비디오 시력 검사를 동기화합니다
Pilocarpine hydrochlorideSigma-AldrichP6503
포스트ThorlabsTR1.5
포스트 홀더ThorlabsPH1
PsychoPy오픈 소스 소프트웨어버전 xxx시각적 자극 툴킷
가위RWDS12003-09피부 제거
용 SuperglueKrazy Glue유형 : 다목적. 두개골에 헤드플레이트를 부착하기 위해

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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