Het gepresenteerde protocol produceert een persistente sensorisch conflict voor experimenten gericht op lange termijn leren studeren. Door het permanent dragen van een vaste apparaat op hun hoofd, worden muizen voortdurend blootgesteld aan een zintuiglijke wanverhouding tussen visuele en vestibulaire ingangen terwijl het vrij bewegen in huis kooien.
Methodenartikel
Op lange termijn sensorisch Conflict in vrij gedragen muizen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Op lange termijn sensorisch conflict protocollen zijn een waardevol middel van het bestuderen van motorisch leren. Het gepresenteerde protocol produceert een persistente sensorisch conflict voor experimenten gericht op het studeren op lange termijn leren in muizen. Door het permanent dragen van een apparaat vast op hun hoofd, worden muizen voortdurend blootgesteld aan een zintuiglijke wanverhouding tussen visuele en vestibulaire ingangen terwijl het vrij bewegen in huis kooien. Daarom kan dit protocol gemakkelijk de studie van het visuele systeem en multisensorische interacties over een langere termijn die normaal gesproken niet toegankelijk zou zijn. Naast het verminderen van de experimentele kosten van langdurige zintuiglijke leren in natuurlijk gedragen muizen, deze aanpak is geschikt voor de combinatie van in vivo en in vitro experimenten. Bijvoorbeeld in de gerapporteerde video-oculography uitgevoerd om het kwantificeren van de vestibulo-oculaire reflex (VOR) en de optokinetic reflex (OKR) vóór en na het leren. Muizen blootgesteld aan dit langdurige sensorisch conflict tussen visuele en vestibulaire ingangen gepresenteerd van een sterke daling van de winst van de VOR maar paar OKR veranderingen tentoongesteld. Gedetailleerde stappen van de assemblage van het apparaat, de verzorging van de dieren, en reflex metingen worden hierbij gemeld.
Inleiding
Sensorische conflicten, zoals visuele, zijn aanwezig in het dagelijkse leven, bijvoorbeeld, wanneer een bril draagt of tijdens een hele levensduur (developmental groei, veranderingen in sensorische gezichtsscherpte, enz.). Als gevolg van een goed beschreven circuit anatomie, gemakkelijk gecontroleerde sensorische input, kwantificeerbare motor uitgangen en precieze kwantificering methoden1, blik zijn stabilisatie reflexen gebruikt als modellen van motorisch leren in vele soorten. Bij mensen en apen, wordt de vestibulo-oculaire reflex (VOR) aanpassing bestudeerd door middel van de prisma's die het onderwerp voor verscheidene dagen2,3,4,5 draagt. Aangezien het knaagdier model laat toe de combinatie van gedrags- en cellulaire experimenten, ontwikkelden we een nieuwe methode om te maken op lange termijn sensorisch conflict in vrij gedragen muizen met een helm-achtig apparaat. Geïnspireerd door de methodologie die wordt gebruikt bij mensen en apen, het protocol genereert een wanverhouding tussen de vestibulaire en visuele "inputs" (dat wil zeggen, visuo-vestibulaire mismatch, VVM) die leidt tot een afname van de VOR winst.
Klassieke protocollen triggering van een aanpassing van de winst-down VOR in knaagdieren bestaan uit het hoofd-vaste dier op een draaitafel roteren terwijl het draaien van het gezichtsveld in fase. Dit paradigma, ontstaat er een visuo-vestibulaire conflict, waardoor de VOR contraproductief. Op lange termijn aanpassing protocollen bestaan uit een herhaling van deze procedure in de loop van verscheidene opeenvolgende dagen6,-7,8. Dientengevolge, wanneer een groot aantal dieren worden getest moet, vereist klassieke methode een grote hoeveelheid tijd. Bovendien, omdat het dier is hoofd-vaste, het leren is meestal beperkt tot een aparte frequentie/snelheid en bestaan uit discontinue trainingen onderbroken door intertrial intervallen van variabele duur6. Ten slotte, klassieke protocollen gebruiken passieve leren, zoals de vestibulaire stimulatie is niet actief gegenereerd door de vrijwillige bewegingen van het dier in een situatie die sterk vestibulaire verwerking9,10te vormen.
De bovengenoemde experimentele beperkingen zijn overtroffen door de gepresenteerde vernieuwende methodologie. De vereiste chirurgische benadering is ongecompliceerd, en de gebruikte materialen zijn commercieel beschikbaar. Het enige deel dat is gebaseerd op duurder materiaal is de kwantificering van het gedrag; Niettemin, de fundamenten van het protocol kunnen worden gebruikt voor een experiment uit in vitro onderzoek naar andere behavioral studies van leren. Over het geheel genomen door het genereren van een tijdelijke visuele handicap en een visuo-vestibulaire conflict over meerdere dagen, kan deze methodologie gemakkelijk worden omgezet naar een studie betrokken met zintuiglijke verstoring of motorisch leren.
Protocol
Alle dierlijke procedures gevolgd de Paris Descartes University dierlijke verordeningen.
1. apparaat vergadering
Opmerking: Het apparaat gebruikt in dit protocol is een helm-achtige structuur bevestigd op de schedels van de muizen met behulp van een geïmplanteerde headpost.
- Met behulp van een 3D-printer en wit dekkend poly (melkzuur) (PLA) kunststof, afdrukken met behulp van de bestanden van het ontwerp en specificatie verstrekt hier (Zie Tabel of Materials) voor zowel het apparaat en de headpost.
Opmerking: De afmetingen van het apparaat worden weergegeven in Figuur 1 en afmetingen van de headpost afgebeeld in Figuur 2. - Een gestreepte evenals schijnvertoning apparaat zijn getest (Figuur 211). Met het oog op de gestreepte model, met behulp van zwarte nagellak, 3 mm grote verticale strepen op het buitenoppervlak van het apparaat te tekenen. De sham-voorwaarde vereist geen wijzigingen aan het afgedrukte apparaat.
2. Headpost implantatie chirurgie
Alle in dit protocol gebruikte materialen worden gedetailleerd beschreven in de lijst van de materialen in de aanvullende informatie. Stappen 2,7-2,9 gebruik de biomaterialen waarin de implantatie kit (Zie Tabel van materialen). Zorgen voor het gebruik van steriele instrumenten en regelen van de operatie en herstel in verschillende zones. Eenmaal onder de knie, duurt de implantatie procedure ongeveer 30 min.
- Voor Analgesie, op 30 minuten vóór het begin van de operatie, subcutaan injecteren van buprenorfine (0,05 mg/kg) en zet het dier terug in zijn kooi.
Opmerking: De pijnstillende werking van buprenorfine duren ongeveer 12 h, lang na het einde van de procedure. In onze ervaring, muizen vertonen geen tekenen van nood aan deze interventie gerelateerde maar een volgende dosis van 0,05 mg/kg buprenorfine wordt aanbevolen 24u na de operatie. - Anesthetize het dier in een kamer met 2,5% - 3% Isofluraan gas. 3 min wachten en controleren als de muis is goed verdoofd door het observeren van de ademhaling en gebrek aan beweging in de kamer. Beweeg de muis naar een neus kegel op een chirurgische tafel met een verwarming pad en, door interdigital knijpen, controleren dat er geen terugtrekking reflex en de Isofluraan tot 1,5% lager.
- Het scheren van het hoofd van de muis met een elektrisch scheerapparaat. Voor het verkrijgen van een steriele omgeving, wrijf het geschoren gebied met jodiumoplossing en na met 70% alcohol. Herhaal deze procedure nog tweemaal.
- Injecteren van lidocaïne hydrochloride (2%, 2 mg/kg) onder de huid van het hoofd voor de plaatselijke verdoving en wacht 5 min. voor de effecten om te beginnen. Om te voorkomen dat oog schade als gevolg van droogte, dekking van de muis ogen met actuele ophthalmic dierenarts zalf.
- Met een paar botte pincet, pak de huid aan de achterkant van het hoofd, en met een paar botte schaar (of scalpel), maken een longitudinale snede van ongeveer 1,5 cm tot bloot van de schedel.
- Met behulp van een scalpel, kras het beenvlies. Wees voorzichtig niet te krabben te hard, zoals de vastlegging van de headpost kan worden aangetast als de schedel begint te bloeden enigszins.
- Breng een druppel van de groene activator op het midden van de schedel. Dit zal de vastlegging van het cement verbeteren door toenemende doorlaatbaarheid van het bot.
- Het cement bereiden: Meng één lepel (meegeleverd in de kit implantatie) van polymeer met vijf druppels monomeer en een daling van catalyzer. Toepassen met behulp van een penseel, een royaal bedrag van de mix van de cement tussen de lambda en bregma schedel bezienswaardigheden;
- Plaats de headpost snel op het cement met een veeg beweging gaande van lambda naar bregma. Nadat de headpost is gebracht, opnieuw meer cement rond de inferieure deel om ervoor te zorgen dat de headpost goed aan de schedel vasthoudt. Om te garanderen Goede fixatie, ervoor te zorgen het cement overvloedig wordt toegepast en dat het droogt voordat u verdergaat met de volgende stap.
Opmerking: Met deze fixatie-procedure, de headpost zal niet loskomen en voorziet in langdurige en herhaalde tests; in onze handen, headpost verwijdering is < 10%. - De hars mix voor te bereiden door een poeder-naar-liquid verhouding waarmee een gladde consistentie van het mengsel toe te passen. De hars van toepassing indien het cement werd toegepast, alsmede rond het headpost ter bescherming van het oppervlak.
- Wacht 3 min voor het hars drogen en sluiten van de huid aan de achterkant van de oren met monofilament hechtdraad. Met een wattenstaafje, verdunde (10% - 20%) van toepassing jodiumoplossing voor het te bedienen gebied.
Opmerking: Zorg ervoor dat de huid doet niet vast komen te zitten aan de hars. - Uitschakelen van de narcose en plaats het dier onder een rode warme licht te voorkomen hypothermie. Plaats bevochtigd voedsel en hydrogel of een andere waterbron gevestigd in gel in de vloer van de kooi. Laat niet de muis zonder toezicht totdat het bewustzijn herwint. Zodra het dier volledig herstelt van de procedure (meestal 30 min tot 1U na), plaatst u ze in een kooi met groepen van drie of vier ter stimulering van sociale interacties.
3. apparaat fixatie
- 48 uur na de operatie, secure het custom-built hoofd apparaat op de headpost.
- Met behulp van een paar van 1.2 mm schroeven en een schroevendraaier (1.3 mm hex), lijn de openingen in het gestreepte apparaat met de gaatjes in de headpost, plaats de schroeven en hen veilig. Om te bevestigen de sham-voorwaarde, het apparaat ondersteboven en met het achterste gedeelte (Figuur 1A) van het apparaat waarmee de rostraal richting, lijn de openingen in het apparaat met de gaatjes in de headpost.
Opmerking: Het wordt aanbevolen dat deze stap worden gedaan door twee operators, een vasthouden van de muis met een one-handed muis fixeren, terwijl de andere de beveiliging van het apparaat aan de headpost. Als de fixatie wordt gedaan door een enkele exploitant, kan het apparaat worden geplaatst, terwijl de muis onder gas verdoving is. - Controleer dat het apparaat goed beveiligd is en kan niet worden verwijderd door het behandelde dier en dat het apparaat geldt niet druk rechtstreeks op de neus van de muis, die konden potentieel veroorzaken pijn, moeilijkheden om te ademen, of letsel van de huid.
Opmerking: Het is ook belangrijk om ervoor te zorgen dat het apparaat is symmetrisch ingevoegd op het gezicht van de muis, zodat de ogen vallen volledig onder het hoofd apparaat. Controleer dat het dier niet geen tekenen van abnormale pijn of leed toont.
- Met behulp van een paar van 1.2 mm schroeven en een schroevendraaier (1.3 mm hex), lijn de openingen in het gestreepte apparaat met de gaatjes in de headpost, plaats de schroeven en hen veilig. Om te bevestigen de sham-voorwaarde, het apparaat ondersteboven en met het achterste gedeelte (Figuur 1A) van het apparaat waarmee de rostraal richting, lijn de openingen in het apparaat met de gaatjes in de headpost.
- Laat het apparaat op de muis voor 14 dagen.
4. dieren verzorgen en toezicht
- Eenmaal terug in hun kooi, de muizen bepaalde afwijkingen in gedrag vertonen zal. In eerste instantie, het dier kan blijven prostrated en probeert te verwijderen van het apparaat met behulp van de forepaws, maar dit moet stoppen na het eerste uur. Tijdens de volgende volgende uren verschijnt het dier meestal problemen kunt u zelf in de kooi en bereiken voor voedsel en water. Daarom tijdens de 48 h na implantatie, controleren de muizen en bieden eenvoudig toegang tot water en voedsel, door het plaatsen van zowel rechtstreeks op de vloer van de kooi, bijvoorbeeld.
- Bijhouden van muizen de gewichten gedurende de looptijd van het protocol. Weeg de muizen direct na implantatie en opnieuw elke 24 h. bijzondere aandacht moet worden besteed aan dieren dragen het gestreepte apparaat, zoals ze normaal lichaam gewichtsverlies (1-2 g) gedurende de eerste 48 uur ervaren, maar beginnen wint gewicht weer in een normaal tempo volgende die eerste periode (Zie Figuur 2B11).
- Na 2 dagen, muizen verwacht terug te keren naar hun normale faculteiten. Afhankelijk van het systeem gebruikt in dierlijke faciliteiten, misschien op het apparaat toegang tot de voedsel en water worden voorkomen. Zorgen dat het dier is op hun gemak tijdens het eten en drinken of de doseersysteem dienovereenkomstig aanpassen.
Opmerking: Het bereik van de hoofdbewegingen geproduceerd door de dieren na een paar dagen met het apparaat op is niet gewijzigd door het apparaat (Zie Figuur 2-11) (dwz., het bereik van de hoofdbewegingen geproduceerd vergelijkbaar met natuurlijke hoofdbewegingen blijft). - Om verder het welzijn van de muizen, dagelijks toezicht en de kwalitatieve schaal (tabel 1) van welzijn gedurende de looptijd van het protocol van toepassing.
- Verwijder een muis uit het lopende protocol als een of meer van de volgende criteria gelden:
- Muizen hebben een totaal score hoger dan 4 punten op de bovengenoemde kwalitatieve schaal moeten onmiddellijk worden uitgesloten van het experiment (Zie tabel 1). Ongeacht de score, als de muis niet haar begingewicht na 6 dagen herwinnen doet, moet de procedure worden gestopt.
- Het apparaat is niet goed vast aan de headpost als, bijvoorbeeld, de headpost schudt bij aanraking of een deel begint af te komen. Dit zorgt ervoor dat de headpost af van de muis hoofd te komen en daarom onderbreekt het leren, waarin wordt uitgelegd waarom de dagelijkse controles nodig zijn.
- Wanneer een muis heeft haar headpost opgelicht tijdens een deel van het protocol. Als gevolg van de schedel bloeden gekoppeld aan dit detachement, de reimplantation operatie heeft een laag succespercentage en is het niet waard het proberen.
5. verwijdering van het apparaat
- Na de periode van leren (in dit protocol 14 dagen), verwijdert u het apparaat de dezelfde instructies te volgen wat betreft de fixatie (sectie 3). Zodra het apparaat wordt verwijderd, test de muizen met experimenten zoals video-oculography proeven of, bijvoorbeeld in vitro electrofysiologie zoals eerder beschreven11.
Opmerking: zodra het apparaat wordt gehaald, muizen worden blootgesteld terug naar de standaard, visueel onbelemmerd omgeving. Daarom voeren experimenten die gericht zijn op de effecten van het leren van dit apparaat testen direct na de verwijdering.
6. video-oculography sessies
Opmerking: Video-oculography experimenten worden uitgevoerd om de gegenereerde oogbewegingen opnemen terwijl het dier is wordt gedraaid in het donker (vestibulo-oculaire reflex, VOR) of door het draaien van het dier omgeving terwijl het dier is nog (optokinetic reflex, OKR). Elke muis werd getest voor beide deze reflexen vóór en na de aanpassing-protocol. Zie voor meer informatie over de video-oculography set-up, eerder gepubliceerde rapporten12,13. Om de koeien van de muizen naar de ingetogen opname plaats voorwaarden, de dag vóór het begin van de opname, het dier op de buis in het midden van de draaitafel voor 10 minuten zonder enige test uit te voeren.
- Het beveiligen van de muis op de draaitafel door hoofd-vaststelling van het met behulp van schroeven in het headpost ingevoegd. Een scherm koepel rondom het dier plaats en schakel alle de verlichting in de kamer met uitzondering van de optokinetic-projector.
Opmerking: Opnamen van de Video-oculography vereisen het dier moet nog steeds en met zijn ogen open. Onderbreken van de opnamesessie en plaats het dier terug op zijn kooi in het geval dat de muis niet vrijwillig houdt haar ogen open, of als de verschijning van het oog tijdens de opnamesessie verslechtert. Een andere poging kan worden gemaakt na een rust periode van ten minste 12 uur. - Start het OKR volledig-veld stimulatie (witte stip patroon projectie) en record op verscheidene verschillende snelheden in zowel met de klok mee en strijd met de klok mee richting. Zodra de opnames zijn, verwijder de koepel.
- Om te kunnen opnemen van de VOR in pikdonker, een daling van 2% pilocarpine van toepassing op de ogen-14. Wacht ten minste 5 minuten om te handelen en verwijder het zachtjes met een wattenstaafje. De pilocarpine blijft de leerling beperkt met een constante grootte gedurende de metingen, waardoor goede kwantificering van bewegingen in het donker.
- Schakel alle de verlichting in de kamer en een vak op de top van de draaitafel te houden van het dier in toonhoogte donkere toevoegen. Start de horizontale VOR sinusvormige hoekige rotaties rond een verticale as met verschillende frequenties en/of verschillende snelheden.
- Zodra de opnamesessie klaar is, retourneren de muis naar een kooi goed verlicht met een infraroodlamp De warmte zal voorkomen hypothermie veroorzaakt door de effecten van de secundaire vaatverwijdende van pilocarpine op het lichaam van de muis.
Opmerking: Als gevolg van het dier wordt ingehouden, opnamesessies niet duren meer dan 90 min. Wanneer aanvullende proef sessies nodig zijn, laten de dieren rusten gedurende 24 uur tussen sessies.
Resultaten
De volgende cijfers illustreren de resultaten verkregen met muizen die onderging het 2 week aanpassing protocol dragen of een gestreepte of schijnvertoning apparaat. Figuur 3 toont een voorbeeld van ruwe sporen gezien tijdens de opnamesessies. Zoals blijkt uit de vergelijking van de sporen, de VOR respons afneemt na het protocol van de VVM (Figuur 3A, vóór vs. Nadat gestreept). De VOR van sham muizen bleef ongewijzigd na de aanpassing (Figuur 3A, vóór vs. na schijn). Het OKR van muizen dragen de gestreepte apparaat (Figuur 3B) is vergelijkbaar met de periode voorafgaand aan het protocol van de VVM en sham muizen. Figuur 4 ziet u een voorbeeld van de kwantificering van de gemiddelde winst van de VOR op een vaste frequentie van 0,5 Hz en op 40 graden per seconde, vóór en na het protocol van de VVM, voor zowel striped en schijnvertoning apparaten. Er is een afname van de sterke winst na muizen droeg het gestreepte apparaat, terwijl de sham-muizen niet aanzienlijke winst wijzigingen hebben. Gevolgen van de daling van de VOR getest op verschillende snelheden/frequenties zijn gemeld door Carcaud et al.11 en Idoux et al.15.
Figuur 1 : Hoofd apparaat afgebeeld met afmetingen in millimeters. Weergaven: (A) terug, (B) zijde, onder (C) en (D) antenne. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2 : Headpost afgebeeld met afmetingen in millimeters. Vast in de implantatie operatie, dit licht (0.2 g) poly (melkzuur) kunststof headpost kunt de vergrendeling van het apparaat van de aanpassing naar de muis en de hoofd-vaststelling van het dier op de draaitafel tijdens de video-oculography-sessies. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3 : Voorbeeld rauwe sporen van oogbewegingen tijdens VOR en OKR stimulaties. (A, links) Links: VOR uitgevoerd bij 0,5 Hz op 40 ° / s en stimulatie van de optokinetic (B, rechts) met een constante snelheid van 10 ° /s (zwarte lijn), in een richting van de klok, vóór (groene lijn) en na (geel) dragen de gestreepte of schijnvertoning (paars)-apparaat. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4 : Voorbeeld bedoel VOR en OKR krijgen waarden na aanpassing aan de gestreepte of schijnvertoning apparaat. Winsten werden uitgezet naar tijd (dagen) voor de gestreepte (n = 10) en sham (n = 6) apparaten op stimulaties van 40 ° / s en 0,5 Hz voor de VOR (links) en 10 ° /s rechtsom voor het OKR (rechts). Op de tijdschaal, "voordat" dag vertegenwoordigt de dag vóór de aanpassing en "dag 0" vertegenwoordigt de dag wanneer het apparaat wordt verwijderd. Foutbalken vertegenwoordigen de standaardafwijking, *** p < 0.001, niet significant. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Punten | Lichaam gewicht veranderingen | Fysieke verschijning | Gedrag |
| 0 | geen of gewichtstoename | standaard | geen tekenen van nood- en normale motoriek |
| 1 | gewichtsverlies < 10% | geen lichaam verzorgen | verminderde motoriek of kooi oriëntatie |
| 2 | verlies van het gewicht tussen de 10% - 20% | uitdroging | -- |
| 3 | verlies van het gewicht > 20% | wonden | nerveus teken (bijvoorbeeld krabben, bijten) |
Tabel 1: kwalitatieve schaal voor de beoordeling van het welzijn. Vermeld, zijn de kwalitatieve parameters die gedurende de looptijd van het protocol moeten worden beoordeeld. De som gewicht veranderingen, fysieke verschijning en gedrag scores moeten niet groter zijn dan vier punten.
Aanvullende bestand 1. Device.STL. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende bestand 2. Headpost.STL. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Discussie
De lange termijn zintuiglijke verstoring die hier beschreven bestaat uit een visuo-vestibulaire mismatch geproduceerd in muizen vrij-gedragen. Om het implantaat het apparaat dat muizen gedurende 14 dagen dragen, wordt een eenvoudige en korte operatie met behulp van een commercieel beschikbare chirurgische kit uitgevoerd. Muizen herstellen in minder dan 1 uur van deze headpost implantatie procedure en geen bijbehorende tekenen vertonen van nood daaruit. Later, in het gegeven voorbeeld van toepassing van dit protocol, VOR en OKR worden gemeten met behulp van de video-oculography techniek. Echter kan dit apparaat-geïnduceerde op lange termijn leren protocol worden gebruikt in een verscheidenheid van experimenten zoals in vitro electrofysiologie1, neuronale imaging en diverse gedrags testen. De grondgedachte achter de ontwikkeling van deze techniek werd geïnspireerd door de prism-gebaseerde methodologie gebruikt bij mensen en apen. Deze techniek verschilt echter omdat het belemmert in plaats van wijzigt visie. Het vormt dus, (in zijn huidige vorm) een extreem geval van visuo-vestibulaire wanverhouding. De auteurs geloven dat de verstrekte technische informatie nuttig zijn kan voor het ontwerpen van een prisma-achtige versie van het apparaat of de verdere ontwikkeling van specifieke functie-beperking apparaten16.
Gemaakt van een licht (0.9 g) poly (melkzuur) plastic, het hoofd apparaat was ontworpen om te passen het hoofd van een jonge volwassen muis, waardoor de bescherming van de snuit en verlaten genoeg ruimte lateraal om te laten de dieren bruidegom. Het voorste deel van dit apparaat bloot het einde van de snuit toe te staan voederen en verzorgen van gedrag. Het apparaat is enigszins dekkend, zodat het dier is beroofd van precieze visie van de omgeving, maar nog steeds luminantie stimulatie ontvangt. De gestreepte en schijnvertoning implantaties worden getest om ervoor te zorgen dat de gemeten gevolgen vooral het gevolg van de visuo-vestibulaire mismatch veroorzaakt door de hoge-contrast visueel signaal tijdens self-generated bewegingen van het gestreepte apparaat en niet door proprioceptieve zijn wijziging (dwz, het gewicht van het apparaat toegepast in het mouse´s hoofd en nek).
Experimenteel, krijgen muizen die droeg het gestreepte apparaat toonde een significante VOR daling van 50% na de periode van leren; Toch kan er een onderling individuele variabiliteit voor absolute winst waarden. Sham muizen toonde geen significante VOR krijgen wijzigingen, aldus aan te tonen dat de vermindering van de VOR wordt veroorzaakt door het sensorisch conflict en niet door de motor bijzondere waardevermindering. Bovendien, jonge muizen (< P26) toonde VOR en OKR krijgen waarden lager dan de oudere dieren17. Dierlijke leeftijd moet daarom rekening worden gehouden terwijl het planning van het experiment. Ten slotte, de bovengenoemde muizen uitsluitingscriteria (punt 4.5) zijn een essentiële stap die moet worden gevolgd om te zorgen voor welzijn, alsmede het vaststellen van betrouwbare resultaten.
Een van de voordelen van dit protocol is de tijd dat het bespaart onderzoekers tijdens de periode van leren, in vergelijking met andere soorten VOR/OKR aanpassing protocollen. Tot nu toe is VOR aanpassing in muizen onderzocht door de hoofd-vaststelling en opleiding van het dier op een roterende draaitafel6,8,18,19, dat tijd, kost vooral wanneer een groot aantal dieren moet worden getraind. Het gepresenteerde protocol staat de opleiding van meerdere dieren tegelijk en bespaart tijd. Bovendien, in deze klassieke experimenten van de training is doorgaans beperkt tot 1 uur per dag, lange periodes van vermeende unlearning die leiden aanpassing tot aan een iteratieve afwisseling van leren/unlearning met verschillende dynamiek20worden verlaten. Hier, zorgt de hoofd-vastlegging van het apparaat voor ononderbroken leren. Een ander voordeel is dat omdat de periode leren wordt gegenereerd in een vrij gedragend hoofd-vrije situatie, muizen zijn in staat om te leren door middel van een scala van natuurlijke hoofdbewegingen die actief worden gegenereerd. In de klassieke protocollen is het dier hoofd-vaste terwijl passief op de draaitafel wordt gedraaid, zodat het leren plaatsvindt op een vastberaden stimulatie (één frequentie, een snelheid)21 die niet met het natuurlijke verspreidingsgebied van hoofdbewegingen overeenkomt. Het is belangrijk om op te merken dat het vestibulair systeem bewegingen anders codeert wanneer ze actief worden gegenereerd door het voorwerp of als extern toegepast10; Dus, de cellulaire mechanismen in beide situaties geactiveerd kunnen ook verschillen.
De beschreven methodologie is over het algemeen geschikt voor gecombineerde/in vivo/in vitro studies op lange termijn zintuiglijke aanpassingen die plaatsvinden na een visuele conflict en/of visuo-vestibulaire komen niet overeen in muizen vrij te gedragen. Sensorische conflicten zijn een erkende oorzaak van reisziekte, een terrein dat recent gebruik van muizen22,23heeft aangetrokken. Het werd onlangs aangetoond dat de aanpassing van de winst veroorzaakt door het gebruik van dit apparaat bescherming tegen reisziekte biedt wanneer muizen worden blootgesteld aan een provocerende stimulans15. Vandaar, kon dit protocol worden gebruikt voor het identificeren van de cellulaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de aanpassing aan een sensorisch conflict ook te ontwikkelen anti-reisziekte behandelingen.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren geen belangenconflicten.
Dankbetuigingen
Wij danken Patrice Jegouzo voor de hoofd-apparaten en headpost ontwikkeling en productie. Wij danken ook P. Calvo, A. Mialot en E. Idoux voor hun hulp bij de ontwikkeling van eerdere versies van het apparaat- en protocolondersteuning van de VVM.
Dit werk werd gefinancierd door het Centre National des Etudes Spatiales, het CNRS en de Université Paris Descartes. J. C. en M. B. ontvangen steun van de Franse ANR-13-CESA-0005-02. F. F. B. en M. B. ontvangen steun van de Franse ANR-15-CE32-0007.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 3D printer | Ulimaker, USA | S5 | |
| Blunt scissors | FST | 14079-10 | |
| Catalyst V | Sun Medical, Japan | LX22 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
| Dentalon Plus | Heraeus | 37041 | |
| Eyetracking system and software | Iscan | ETN200 | |
| Green activator | Sun Medical, Japan | VE-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
| Monomer | Sun Medical, Japan | MF-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
| Ocrygel | TvmLab | 10779 | Ophtalmic vet ointment |
| Polymer L-type clear (cement) | Sun Medical, Japan | TT12F | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
| Sketchup | Trimble | 3D modeling software used for the device's ready-to-print design file | |
| Turntable | Not commercially available |
Referenties
- Blazquez, P. M., Hirata, Y., Highstein, S. M. The vestibulo-ocular reflex as a model system for motor learning: what is the role of the cerebellum. Cerebellum. 3 (3), 188-192 (2004).
- Berthoz, A., Jones, G. M., Begue, A. E. Differential visual adaptation of vertical canal-dependent vestibulo-ocular reflexes. Experimental Brain Research. 44 (1), 19-26 (1981).
- Melvill Jones, G., Guitton, D., Berthoz, A. Changing patterns of eye-head coordination during 6 h of optically reversed vision. Experimental Brain Research. 69 (3), 531-544 (1988).
- Anzai, M., Kitazawa, H., Nagao, S. Effects of reversible pharmacological shutdown of cerebellar flocculus on the memory of long-term horizontal vestibulo-ocular reflex adaptation in monkeys. Neuroscience Research. 68 (3), 191-198 (2010).
- Nagao, S., Honda, T., Yamazaki, T. Transfer of memory trace of cerebellum-dependent motor learning in human prism adaptation: a model study. Neural Networks. 47, 72-80 (2013).
- Boyden, E. S., Raymond, J. L. Active reversal of motor memories reveals rules governing memory encoding. Neuron. 39 (6), 1031-1042 (2003).
- Raymond, J. L., Lisberger, S. G. Behavioral analysis of signals that guide learned changes in the amplitude and dynamics of the vestibulo-ocular reflex. Journal of Neuroscience. 16 (23), 7791-7802 (1996).
- Rinaldi, A., et al. HCN1 channels in cerebellar Purkinje cells promote late stages of learning and constrain synaptic inhibition. Journal of Physiology. 591 (22), 5691-5709 (2013).
- Roy, J. E., Cullen, K. E. Dissociating self-generated from passively applied head motion: neural mechanisms in the vestibular nuclei. Journal of Neuroscience. 24 (9), 2102-2111 (2004).
- Cullen, K. E. The vestibular system: multimodal integration and encoding of self-motion for motor control. Trends in Neurosciences. 35 (3), 185-196 (2012).
- Carcaud, J., et al. Long-Lasting Visuo-Vestibular Mismatch in Freely-Behaving Mice Reduces the Vestibulo-Ocular Reflex and Leads to Neural Changes in the Direct Vestibular Pathway. eNeuro. 4 (1), (2017).
- Stahl, J. S. Using eye movements to assess brain function in mice. Vision Research. 44 (28), 3401-3410 (2004).
- de Jeu, M., De Zeeuw, C. I. Video-oculography in mice. Journal of Visualized Experiments. (65), e3971(2012).
- van Alphen, B., Winkelman, B. H., Frens, M. A. Three-dimensional optokinetic eye movements in the C57BL/6J mouse. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 51 (1), 623-630 (2010).
- Idoux, E., Tagliabue, M., Beraneck, M. No Gain No Pain: Relations Between Vestibulo-Ocular Reflexes and Motion Sickness in Mice. Frontiers in Neurology. 9 (918), (2018).
- Yoshida, T., Ozawa, K., Tanaka, S. Sensitivity profile for orientation selectivity in the visual cortex of goggle-reared mice. PloS One. 7 (7), 40630(2012).
- Faulstich, B. M., Onori, K. A., du Lac, S. Comparison of plasticity and development of mouse optokinetic and vestibulo-ocular reflexes suggests differential gain control mechanisms. Vision Research. 44 (28), 3419-3427 (2004).
- Schonewille, M., et al. Purkinje cell-specific knockout of the protein phosphatase PP2B impairs potentiation and cerebellar motor learning. Neuron. 67 (4), 618-628 (2010).
- Kimpo, R. R., Rinaldi, J. M., Kim, C. K., Payne, H. L., Raymond, J. L. Gating of neural error signals during motor learning. eLife. 3, 02076(2014).
- Kimpo, R. R., Boyden, E. S., Katoh, A., Ke, M. C., Raymond, J. L. Distinct patterns of stimulus generalization of increases and decreases in VOR gain. Journal of Neurophysiology. 94 (5), 3092-3100 (2005).
- Hubner, P. P., Khan, S. I., Migliaccio, A. A. Velocity-selective adaptation of the horizontal and cross-axis vestibulo-ocular reflex in the mouse. Experimental Brain Research. 232 (10), 3035-3046 (2014).
- Wang, J., et al. Storage of passive motion pattern in hippocampal CA1 region depends on CaMKII/CREB signaling pathway in a motion sickness rodent model. Scientific Reports. 7, 43385(2017).
- Wang, Z. B., et al. Low level of swiprosin-1/EFhd2 in vestibular nuclei of spontaneously hypersensitive motion sickness mice. Scientific Reports. 7, 40986(2017).
Herprints en machtigingen
