Kwantificering van de selectiviteit van visuele kenmerken van de optokinetische reflex bij muizen

Summary

Hier beschrijven we een standaardprotocol voor het kwantificeren van de optokinetische reflex. Het combineert virtuele drumstimulatie en video-oculografie en maakt zo een nauwkeurige evaluatie mogelijk van de eigenschapsselectiviteit van het gedrag en de adaptieve plasticiteit ervan.

Abstract

De optokinetische reflex (OKR) is een essentiële aangeboren oogbeweging die wordt geactiveerd door de globale beweging van de visuele omgeving en dient om netvliesbeelden te stabiliseren. Vanwege het belang en de robuustheid ervan is de OKR gebruikt om visueel-motorisch leren te bestuderen en om de visuele functies van muizen met verschillende genetische achtergronden, leeftijden en medicamenteuze behandelingen te evalueren. Hier introduceren we een procedure voor het evalueren van OKR-reacties van muizen met een hoofdfixatie met hoge nauwkeurigheid. Hoofdfixatie kan de bijdrage van vestibulaire stimulatie aan oogbewegingen uitsluiten, waardoor het mogelijk wordt om oogbewegingen te meten die alleen door visuele beweging worden veroorzaakt. De OKR wordt uitgelokt door een virtueel drumsysteem, waarbij een verticaal rooster dat op drie computermonitoren wordt gepresenteerd, horizontaal oscillerend of unidirectioneel met een constante snelheid afdrijft. Met dit virtual reality-systeem kunnen we systematisch visuele parameters zoals ruimtelijke frequentie, temporele/oscillatiefrequentie, contrast, luminantie en de richting van roosters wijzigen, en afstemmingscurven van selectiviteit van visuele kenmerken kwantificeren. High-speed infrarood video-oculografie zorgt voor een nauwkeurige meting van het traject van oogbewegingen. De ogen van individuele muizen zijn gekalibreerd om mogelijkheden te bieden om de OKR's te vergelijken tussen dieren van verschillende leeftijden, geslachten en genetische achtergronden. De kwantitatieve kracht van deze techniek stelt het in staat om veranderingen in de OKR te detecteren wanneer dit gedrag zich plastisch aanpast als gevolg van veroudering, zintuiglijke ervaring of motorisch leren; Het maakt deze techniek dus een waardevolle aanvulling op het repertoire van instrumenten die worden gebruikt om de plasticiteit van ooggedrag te onderzoeken.

Introduction

Als reactie op visuele stimuli in de omgeving bewegen onze ogen om onze blik te verschuiven, netvliesbeelden te stabiliseren, bewegende doelen te volgen of de foveae van twee ogen uit te lijnen met doelen die zich op verschillende afstanden van de waarnemer bevinden, die van vitaal belang zijn voor een goed zicht ^1,2. Oculomotorisch gedrag is op grote schaal gebruikt als aantrekkelijke modellen van sensomotorische integratie om de neurale circuits in gezondheid en ziekte te begrijpen, althans gedeeltelijk vanwege de eenvoud van het oculomotorische systeem³. Bestuurd door drie paar extra....

Protocol

Alle experimentele procedures die in deze studie zijn uitgevoerd, zijn goedgekeurd door de Biological Sciences Local Animal Care Committee, in overeenstemming met de richtlijnen die zijn opgesteld door de University of Toronto Animal Care Committee en de Canadian Council on Animal Care.

1. Implantatie van een hoofdstang bovenop de schedel

OPMERKING: Om de bijdrage van VOR-gedrag aan de oogbewegingen te voorkomen, wordt de kop van de muis geïmmobiliseerd tijdens de OKR-test. Daarom wordt een hoofdstang operatief bovenop de schedel geïmplanteerd.

1. Verdoof een muis (vrouwtje van 2-5 maanden....

Results

Met de hierboven beschreven procedure evalueerden we de afhankelijkheid van de OKR van verschillende visuele kenmerken. De hier getoonde voorbeeldsporen zijn afgeleid met behulp van de analysecodes in Aanvullend coderingsbestand 1, en het onbewerkte voorbeeldbestand met sporen is te vinden in Aanvullend coderingsbestand 2. Wanneer het trommelrooster in een sinusvormige baan (0,4 Hz) dreef, volgde het oog van het dier automatisch de beweging van het rooster op een vergelijkbare oscilleren.......

Discussion

De hier gepresenteerde methode van de OKR-gedragstest biedt verschillende voordelen. Ten eerste lost computergegenereerde visuele stimulatie de intrinsieke problemen van fysieke drums op. Rekening houdend met het probleem dat fysieke drums het systematische onderzoek van ruimtelijke frequentie-, richtings- of contrastafstemming^{niet ondersteunen 8}, maakt de virtuele drum het mogelijk om deze visuele parameters per proef te wijzigen, waardoor een systematische en kwantitatieve analyse van de kenmerk.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2D translational stage	Thorlabs	XYT1
Acrylic resin	Lang Dental	B1356	For fixing headplate on skull and protecting skull
Bupivacaine	STERIMAX	ST-BX223	Bupivacaine Injection BP 0.5%. Local anesthesia
Carprofen	RIMADYL	8507-14-1	Analgesia
Compressed air	Dust-Off
Eye ointment	Alcon	Systane	For maintaining moisture of eyes
Graphic card	NVIDIA	Geforce GTX 1650 or Quadro P620.	For generating single screen among three monitors
Heating pad	Kent Scientific	HTP-1500	For maintaining body temperature
High-speed infrared (IR) camera	Teledyne Dalsa	G3-GM12-M0640	For recording eye rotation
IR LED	Digikey	PDI-E803-ND	For CR reference and the illumination of the eye
IR mirror	Edmund optics	64-471	For reflecting image of eye
Isoflurane	FRESENIUS KABI	CP0406V2
Labview	National instruments	version 2014	eye tracking
Lactated ringer	BAXTER	JB2324	Water and energy supply
Lidocaine and epinephrine mix	Dentsply Sirona	82215-1	XYLOCAINE. Local anesthesia
Luminance Meter	Konica Minolta	LS-150	for calibration of monitors
Matlab	MathWorks	version xxx	analysis of eye movements
Meyhoefer Curette	World Precision Instruments	501773	For scraping skull and removing fascia
Microscope calibration slide	Amscope	MR095	to measure the magnification of video-oculography
Monitors	Acer	B247W	Visual stimulation
Neutral density filter	Lee filters	299	to generate scotopic visual stimulation
Nigh vision goggle	Alpha optics	AO-3277	for scotopic OKR
Photodiode	Digikey	TSL254-R-LF-ND	to synchronize visual stimulation and video-oculography
Pilocarpine hydrochloride	Sigma-Aldrich	P6503
Post	Thorlabs	TR1.5
Post holder	Thorlabs	PH1
PsychoPy	open source software	version xxx	visual stimulation toolkit
Scissor	RWD	S12003-09	For skin removal
Superglue	Krazy Glue		Type: All purpose. For adhering headplate on the skull