Name: VisioTracker, een innovatieve geautomatiseerde benadering van oculomotorische Analyse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-10-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 51 s
Description: Leer visuele systeemanalyse in larven en volwassen zebrafish met VisioTracker. Deze methode registreert oogbewegingen in realtime om visuele prestaties te evalueren en mutanten te identificeren.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

KPM werd ondersteund door de EU KP7 (RETICIRC).

1. Fokken van vissen Embryo&#39;s werden gehouden en opgevoed onder standaard condities (Brand 2002) en gefaseerde volgens de ontwikkeling in dagen na de bevruchting (DPF). Volwassenen en larven op 5 dpf werden gebruikt voor metingen. 2. Experimentele procedure <ol><li> Bereiding van instrument </li></ol> Larven Vislarven werden ingebed in 3% voorverwarmde (28 ° C) methylcellulose bewegingen van het lichaam te voorkomen. De embryo&#39;s werden geplaatst dorsale zijde naar boven in de VisioTracker, tegenover de projectiescherm. Adult vis: vis waren kort verdoofd in 300 mg / l MS-222, gemonteerd in de immobiliseerinrichting en geplaatst in de VisioTracker. Voordat metingen werden gestart, werden ze overgelaten om te herstellen voor 1-2 minuten. <ol start="2"><li> Generatie van stimulus patronen </li></ol> Stimulus patronen bestaande uit verticale zwart-wit sinus-golf roosters draaien rond de vis zijn gemaakthet gebruik van de eigen software pakket. Ze gemoduleerd kan worden door de software volgens golfvorm, contrast, intensiteit, hoeksnelheid en ruimtelijke frequentie. Patronen werden geprojecteerd op het scherm met behulp van een digitale projector licht dat zich binnen de VisioTracker. De afstand tussen de ogen van de vis en het scherm was 4,5 cm, en grootte van de projectie op het scherm was 360 graden horizontaal en 55 graden verticaal. Voor vislarven werd richting veranderd stimulatie met een frequentie van 0,33 Hz tot saccade te reduceren. Volwassen vissen werden uni-directioneel gestimuleerd en alleen het oog gestimuleerd in tijdelijke-to-neus richting werd beschouwd, omdat neus-aan-temporele oog snelheid in het algemeen beduidend lager en minder constant (zie Mueller en Neuhauss, 2010). <ol start="3"><li> Registratie van oogbewegingen </li></ol> Een bright-field beeld van het hoofd van de vis werd toegevoerd aan een infrarood videocamera. Infrarood verlichting van vis heeft plaatsgevonden from hieronder. De camera opgenomen beelden met een snelheid van 5 frames / seconde (larven) of 12,5 frames / seconde (volwassenen), respectievelijk. Beelden worden automatisch verwerkt, gecorrigeerd en glad voor oogvorm. Eye oriëntatie ten opzichte van de horizontale as werd automatisch bepaald en oog snelheid werd berekend door de eigen software pakket. Kleine bewegingen van de vis automatisch gecorrigeerd door de software. Alle registratie en analyse werd bereikt in real time. 3. Post-experimentele gegevens verwerken <ol><li> Ruwe metingen van het oog snelheden werden gefilterd voor saccades om langzaam fasesnelheid halen. </li><li> Saccade-gefilterde oog velocity curves werden afgevlakt door een lopend gemiddelde met een schuifraam van 7 frames. </li><li> Eye snelheid was gemiddeld over frames met identieke stimulus voorwaarden. </li><li> Voor vislarven, werd eye snelheid gemiddeld over beide ogen. </li></ol> 4. Representatieve resultaten: <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Met het oog op de mogelijkheden van de VisioTracker de larven en volwassen vis te beoordelen, werden experimenten uitgevoerd met zebravissen larven op 5 dpf, en volwassen zebravis. Voor larvale zebravis, werd de bumper mutant gekozen. In deze mutant, lens epitheelcellen hyperproliferate, wat leidt tot verminderde lens grootte en ectopische locatie van de lens. Deze morfologische veranderingen worden gereflecteerd door een aanzienlijke vermindering van contrastgevoeligheid en gezichtsscherpte (Schonthaler et al.., 2010). Figuur 1 toont het verschil in contrast gevoeligheid van bumper mutanten versus wild-type siblings. Bumper mutanten steeds niet eye snelheid aanpassen als de stimulus contrast vermindert. Naar analogie wanneer de stimulus ruimtelijke frequentie verhoogd, dat wil zeggen de stimulus strookbreedte wordt verminderd, bumper mutanten ook demonstreren verminderde gezichtsscherpte (Fig. 2) De afhankelijkheid van de volwassen zebravis Visual prestaties op omgevingsomstandigheden werd onderzocht door het onderwerpen van de vis verschillende concentraties alcohol in de tank water gedurende 30 minuten en vervolgens het meten van de response optokinetische onder wisselende omstandigheden stimulus. Volwassen zebravis tonen een duidelijke vermindering van contrastgevoeligheid als het wordt onderhouden in het verhogen van alcohol concentraties (afb. 3). Een soortgelijke dosisafhankelijke vermindering van de totale oog snelheid over een groot aantal ruimtelijke frequenties kan worden waargenomen wanneer de vis werden behandeld met oplopende concentraties alcohol (Fig. 4). Alcoholbehandeling verder dosisafhankelijke daling oculomotor prestaties bij veeleisende taken zoals bijvoorbeeld verhoogde snelheid stimulus (Fig. 5). <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig1.jpg" /> Figuur 1. Zebravis larvale oog snelheid is afhankelijk van stimulus contrast. 10 bumper mutanten en 10 wild-type broers en zussen werden geanalyseerd bij 5 dpf onder wisselende s<html> timulus streep contrast. Grafiek toont de gemiddelde snelheid eye ± 1 SEM. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig2.jpg" /> Figuur 2. Zebravis larvale oog snelheid is afhankelijk van ruimtelijke frequentie. 10 bumper mutanten en 10 wild-type broers werden onderworpen aan verschillende breedtes stimulus streep op 5 dpf en geanalyseerd zoals beschreven. Grafiek toont de gemiddelde snelheid eye ± 1 SEM. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig3.jpg" /> Figuur 3. Volwassen zebravissen tonen alcohol concentratie-afhankelijke vermindering van contrastgevoeligheid. Volwassen zebravissen werden in verschillende concentraties alcohol zoals aangegeven gedurende 30 minuten en geanalyseerd onder verschillende stimulus streep contrast. Grafiek toont de gemiddelde tijd naar nasale eye snelheid ± 1 SEM van 9 vis per groep (met uitzondering controlegroep: n = 11). e 4 &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/3556/3556fig4.jpg &quot;/&gt; Figuur 4. Volwassen zebravissen tonen alcohol concentratie afhankelijke vermindering van de totale oogbeweging over een breed bereik van stimulus strookbreedte. Volwassen zebravissen werden in verschillende concentraties alcohol zoals aangegeven gedurende 30 minuten en geanalyseerd onder verschillende stimulus strookbreedte voorwaarden. Grafiek toont de gemiddelde tijd naar nasale eye snelheid ± 1 SEM van 9 vis per groep (met uitzondering controlegroep: n = 11). <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig5.jpg" /> Figuur 5. Volwassen zebravissen tonen alcohol concentratie afhankelijke vermindering van de totale oogbeweging op diverse snelheden stimulus. Volwassen zebravissen werden in verschillende concentraties alcohol zoals aangegeven gedurende 30 minuten en geanalyseerd onder verschillende stimulus snelheid. Grafiek toont de gemiddelde tijd naar nasale eye snelheid ± 1 SEM van 9 vis per groep (met uitzondering controlegroep:n = 11).

<ol><li>Bahadori, R., Rinner, O., Schonthaler, H. B., Biehlmaier, O., Makhankov, Y. V., Paris, R., Jagadeeswaran, P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+fade+out+mutant+is+a+novel+genetic+model+for+Hermansky-Pudlak+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Optical+and+Visual+Sciences%22%5BJournal%5D)">The fade out mutant is a novel genetic model for Hermansky-Pudlak syndrome.</a> Investigative Optical and Visual Sciences. 47, 4523-4531 (2006).</li>
<li>Beck, J. C., Gilland, E., Baker, R., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Instrumentation+for+measuring+oculomotor+performance+and+plasticity+in+larval+organisms%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Instrumentation for measuring oculomotor performance and plasticity in larval organisms.</a> Methods in Cell Biol. 76, 383-411 (2004).</li>
<li>Brand, M. G. M., Nüsslein-Vollhard, C. Keeping and raising Zebrafish. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrand%2C+MGM+%22Zebrafish%2C+Practical+Approach+Series%22">Zebrafish, Practical Approach Series</a>. Nüsslein-Vollhard, C., Dahm, R. , Oxford University Press. Oxford. 7-37 (2002).</li>
<li>Easter, S. S., Nicola, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+development+of+vision+in+the+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Biol%22%5BJournal%5D)">The development of vision in the zebrafish (Danio rerio).</a> Dev. Biol. 180, 646-663 (1996).</li>
<li>Easter, S. S., Nicola, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+development+of+eye+movements+in+the+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Psychobiol%22%5BJournal%5D)">The development of eye movements in the zebrafish (Danio rerio).</a> Dev. Psychobiol. 31, 267-276 (1997).</li>
<li>Haug, M. F., Biehlmaier, O., Mueller, K. P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+acuity+in+zebrafish%3A+behavior+and+histology%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Zoology%22%5BJournal%5D)">Visual acuity in zebrafish: behavior and histology.</a> Frontiers in Zoology. 7, 8-8 (2010).</li>
<li>Huang, Y., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+optokinetic+response+in+zebrafish+and+its+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Bioscience%22%5BJournal%5D)">The optokinetic response in zebrafish and its applications.</a> Frontiers in Bioscience. 13, 1899-1916 (2008).</li>
<li>Major, G., Baker, R., Aksaya, E., Mensh, B., Seung, H. S., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasticity+and+tuning+by+visual+feedback+of+the+stability+of+a+neural+integrator%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Plasticity and tuning by visual feedback of the stability of a neural integrator.</a> Proc Natl Acad Sci U.S.A. 101, 7739-7744 (2004).</li>
<li>Mueller, K. P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+Measurements+of+the+optokinetic+response+in+adult+fish%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Meth%22%5BJournal%5D)">Quantitative Measurements of the optokinetic response in adult fish.</a> J. Neurosci. Meth. 186, 29-34 (2010).</li>
<li>Neuhauss, S. C. F., Biehlmaier, O., Seeliger, M. W., Das, T., Kohler, K., Harris, W. A., Baier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+disorders+of+vision+revealed+by+a+behavioral+screen+of+400+essential+loci+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Genetic disorders of vision revealed by a behavioral screen of 400 essential loci in zebrafish.</a> J. Neurosci. 19, 8603-8615 (1999).</li>
<li>Qian, H., Zhu, Y., Ramsey, D. J., Chappell, R. L., Dowling, J. E., Ripps, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directional+asymmetries+in+the+optokinetic+response+of+larval+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Directional asymmetries in the optokinetic response of larval zebrafish.</a> Zebrafish. 2, 189-196 (2005).</li>
<li>Renninger, S. L., Gesemann, M., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cone+arrestin+confers+cone+vision+of+high+temporal+resolution+in+zebrafish+larvae%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cone arrestin confers cone vision of high temporal resolution in zebrafish larvae.</a> Eur. J. Neurosci. 33, 658-667 (2011).</li>
<li>Rick, J. M., Horschke, I., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optokinetic+behavior+is+reversed+in+achiasmatic+mutant+zebrafish+larvae%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Optokinetic behavior is reversed in achiasmatic mutant zebrafish larvae.</a> Curr. Biol. 10, 595-598 (2000).</li>
<li>Rinner, O., Rick, J. M., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrast+sensitivity%2C+spatial+and+temporal+tuning+of+the+larval+zebrafish+optokinetic+response%5BTitle%5D)+AND+%22Invest.+Ophthalmol.+Vis.+Sci%22%5BJournal%5D)">Contrast sensitivity, spatial and temporal tuning of the larval zebrafish optokinetic response.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46, 137-142 Forthcoming.</li>
<li>Rinner, O., Makhankov, Y. V., Biehlmaier, O. S., Neuhauss, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Knockdown+of+cone+specific+kinase+GRK7+in+larval+zebrafish+leads+to+impaired+cone-response+recovery+and+delayed+dark+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Knockdown of cone specific kinase GRK7 in larval zebrafish leads to impaired cone-response recovery and delayed dark adaptation.</a> Neuron. 47, 231-242 (2005).</li>
<li>Roeser, T., Baier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visuomotor+behaviors+in+larval+zebrafish+after+GFP-guided+laser+ablation+of+the+optic+tectum%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Visuomotor behaviors in larval zebrafish after GFP-guided laser ablation of the optic tectum.</a> J. Neurosci. 23, 3726-3734 (2003).</li>
<li>Schonthaler, H., Fleisch, V. C., Biehlmaier, O., Makhankov, Y. M., Rinner, O., Bahadori, R., Schwarz, H., Neuhauss, S. C. F., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+zebrafish+mutant+leberkn+del%2Fvam6+resembles+human+multi-systemic+disorders+caused+by+aberrant+trafficking+of+endosomal+vesicles%5BTitle%5D)+AND+%22Development%22%5BJournal%5D)">The zebrafish mutant leberkn del/vam6 resembles human multi-systemic disorders caused by aberrant trafficking of endosomal vesicles.</a> Development. 135, 387-399 (2008).</li>
<li>Schonthaler, H. B., Franz-Odendaal, T. A., Hodel, C., Gehring, I., Schwarz, H., Neuhauss, S. C. F., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+zebrafish+mutant+bumper+shows+a+hyperproliferation+of+lens+epithelial+cells+and+fibre+cell+degeneration+leading+to+functional+blindness%5BTitle%5D)+AND+%22Mech.+Dev%22%5BJournal%5D)">The zebrafish mutant bumper shows a hyperproliferation of lens epithelial cells and fibre cell degeneration leading to functional blindness.</a> Mech. Dev. 127, 203-219 (2010).</li>
<li>Schonthaler, H. B., Lampert, J. M., Lintig, J. von, Schwarz, H., Geisler, R., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mutation+in+the+pmel17+gene+leads+to+defects+in+melanosome+biogenesis+and+alterations+the+visual+system+in+the+zebrafish+mutant+fading+vision%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Biology%22%5BJournal%5D)">A mutation in the pmel17 gene leads to defects in melanosome biogenesis and alterations the visual system in the zebrafish mutant fading vision.</a> Developmental Biology. 284, 231-242 (2005).</li>
</ol>

Oliver DR Schnaedelbach en Holger D. Russig zijn medewerkers van TSE-Systems GmbH dat de visuele prestatie volgsysteem gebruikt in dit artikel oplevert. De productie van dit artikel werd gesponsord door TSE-Systems GmbH. Stephan CF Neuhuass is een medewerker van de Universiteit van Zürich, die vergoeding ontvangt door TSE Systems per verkochte systeem.

Het belang van de OKR voor de studie van de visuele functie is erkend in de wetenschappelijke gemeenschap voor een lange tijd (Pasen &amp; Nicola 1996, 1997), en pogingen om echt te kwantificeren het paradigma hebben ruim tien jaar geleden begonnen. Pasen en Nicola (1996) ontwikkelde een systeem met gemotoriseerde roterende gestreepte drums, waar de video-opname van oogbewegingen handmatig werd geanalyseerd. Dit systeem leed aan een gebrek aan immobilisatie van de vis embryo, dat veelvuldig handmatig herpositionering nodig, en kon de tracking bewegingen van de ogen te detecteren slechts met grote moeite. Een stap vooruit was het gebruik van een video-geprojecteerde gestreepte trommel mogelijk te maken meer variabele computer gegenereerde stimulus (Roeser &amp; Baier, 2003;. Rinner et al., 2005a). De veelal handmatig, frame-voor-frame analyse van video opgenomen opnamen heeft bewezen zeer bewerkelijk en in zekere mate belemmerd door waarnemer bias (Beck et al..,2004). Geautomatiseerde analyse in real-time werd voorgesteld om het gebruik van gedrags feedback leermechanismen (Major et al., 2004). Mogelijk. Het gebruik van infrarood verlichting en frequentie gestuurde roterende stimuli is ontwikkeld door Beck et al.. (2004). Echter, het systeem daar beschreven is alleen gebruikt voor larven, en de analyse werd uitgevoerd off-line. Bovendien kan de VisioTracker volledige controle over stimuli, bijvoorbeeld de verandering stimulus tijdens het experiment, waardoor een grotere flexibiliteit en spontane invloed op het verloop van het experiment. Ook de creatie digitale stimulus die de problemen overwonnen VisioTracker met eerder genoemde versnelling van de massa van een inert gestreepte stimulus drum (Beck et al., 2004).. Larven terughoudendheid van methylcellulose niet significant interfereert met oogbeweging en heeft geen lange-termijn effecten op de zebravis welzijn. Vislarven zijn met succesonderhouden ingebed in methylcellulose voor meerdere dagen, totdat de zuurstoftoevoer via de huid wordt onvoldoende zijn voor de vraag met toenemende leeftijd (Qian et al.., 2005). De volwassen vissen straatverbod methode is net zo gemakkelijk op het dier. De korte duur van het experiment, in combinatie met de mogelijkheid snel wisselen het proefdier voor een ander, drijft de positieve dierenwelzijnsaspecten van het systeem. Aangezien de kieuwen continu gespoeld met water, is het handig om de spike water met een chemisch keuze om het effect te bestuderen op oogbewegingen en visuele prestaties. Ook een wash-out experiment worden toegevoegd zonder dat het dier tussen de experimenten behandelen. Pixelruis in het videobeeld werd geminimaliseerd door het gladstrijken algoritmen van de specialiteit VisioTracker software, waardoor zeer precieze metingen van ooghoogte en hoeksnelheid. Bovendien vergemakkelijken statistischeanalyse de software uitgefilterd saccade bewegingen die optreden op vaste snelheid en dragen niet bij aan de experimentele statement. Een middeling van velocity curves meer dan 7 videoframes vergemakkelijkt latere analyse. De VisioTracker opent een nieuwe dimensie voor vele gevarieerde onderzoeksgebieden. Het systeem en zijn voorgangers hebben al met succes zijn gebruikt om visuele prestaties in de zebravis larven kwantificeren, met behulp van parameters zoals gezichtsscherpte, contrastgevoeligheid en licht aanpassing (Rinner et al.., 2005a, Schonthaler et al.., 2010), voor functionele analyse van kegel fotoreceptoren na manipulatie van de leden van de visuele transductie cascade (bijv. Rinner et al., 2005b, Renninger et al., 2011.)., of de analyse van visuele gebreken in mutant zebravis larven (bijv. Schonthaler et al., 2005, 2008;. Bahadori et al.., 2006). De onderlinge afhankelijkheid van morfologische en functionele rijping van het visuele systeemis bestudeerd door OKR metingen blijkt dat gezichtsscherpte voornamelijk maar niet volledig beperkt fotoreceptor ruimte aan larvale stadia (Haug et al.., 2010). De VisioTracker is even geschikt als visuele functie te analyseren bij volwassen zebravissen en andere vergelijkbare grootte vissoorten (Mueller en Neuhauss (2010), dit rapport). Het is ook denkbaar om het systeem te gebruiken in onderzoeksgebieden zoals toxicologie of farmacologische waarbij stoffen worden onderzocht kunnen worden toegevoegd aan het water rond de volwassen vissen kieuwen. Bovendien is de veelzijdigheid van VisioTracker maakt grondiger analyses van bijvoorbeeld ontogenetics van de visuele functie, neurale circuit functie en ontwikkeling, of sensorimotorische controle (zie review in Huang &amp; Neuhauss, 2008).

<table border="1"><tbody><tr><th> Naam van het reagens </th><th> Vennootschap </th><th> Catalogusnummer </th></tr><tr><td> Methylcellulose </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M0387 </td></tr><tr><td> Ethyl-3-aminobenzoaat methaansulfonaat (MS-222) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> E10521 </td></tr><tr><td> 35 mm celkweekschaal </td><td> Corning </td><td> 430165 </td></tr><tr><td> Serum pipet </td><td> Greiner Bio-One </td><td> 612 361 </td></tr><tr><td> VisioTracker </td><td> TSE Systems </td><td> 302060 </td></tr></tbody></table>

visiotracker, een innovatieve geautomatiseerde benadering van oculomotorische analyse

VisioTracker, an Innovative Automated Approach to Oculomotor Analysis

Onderzoek naar het visuele systeem ontwikkeling en functie noodzakelijk kwantificeerbare gedragsmodellen van visuele prestaties die gemakkelijk te lokken, robuust en eenvoudig te manipuleren. Een geschikt model is gevonden in de optokinetische reactie (OKR) een reflexieve gedrag in alle vertebraten vanwege de hoge selectiewaarde. De OKR gaat langzaam stimulus-volgende bewegingen van de ogen afgewisseld met snelle reset saccades. De meting van dit gedrag wordt gemakkelijk uitgevoerd in zebravis larven, vanwege de snelle en stabiele onset (volle na 96 uur na bevruchting (HPF)), en profiteert van de grondige kennis zebravis genetica tientallen jaren een van de favoriete model organismen in dit gebied. Inmiddels is de analyse van soortgelijke mechanismen bij volwassen vis heeft aan belang gewonnen, met name voor farmacologische en toxicologische toepassingen. Hier beschrijven we VisioTracker, een volledig geautomatiseerde, high-throughput systeem voor de kwantitatieve analyse van de visuele prestaties. Het systeem is gebaseerd op onderzoek dat is uitgevoerd in de groep van prof. Stephan Neuhauss en werd opnieuw ontworpen door TSE Systems. Het bestaat uit een immobiliseerinrichting voor kleine vissen bewaakt door een hoogwaardige videocamera met een hoge resolutie zoomlens. De vis houder wordt omgeven door een zeeftrommel, waarop computer gegenereerde stimulus patronen worden geprojecteerd. Oogbewegingen worden geregistreerd en geanalyseerd door automatisch de VisioTracker softwarepakket in real time. Data-analyse maakt onmiddellijke erkenning van de parameters zoals langzame en snelle faseduur, bewegingscyclus frequentie, slow-fase winst, de gezichtsscherpte en contrastgevoeligheid. Typische resultaten laten bijvoorbeeld de snelle identificatie van visuele systeem mutanten die geen duidelijke verandering in wild-type morfologie vertonen, of de beslissing van kwantitatieve effecten van farmacologische of toxische en mutageneagenten op visuele prestaties van het systeem.

De VisioTracker is een geautomatiseerd systeem voor de kwantitatieve analyse van de visuele prestaties van larvale en kleine volwassen vissen op basis van de registratie van oogbewegingen. Het beschikt over volledige controle over visuele stimulus eigenschappen en real-time analyse, waardoor high-throughput onderzoek op gebieden zoals visuele systeem ontwikkeling en functie, farmacologie, neurale circuit studies en sensomotorische integratie.

VisioTracker, een innovatieve geautomatiseerde benadering van oculomotorische Analyse

Onderzoeken naar de ontwikkeling en functie van het visuele systeem vereisen kwantificeerbare gedragsmodellen van de visuele prestaties die eenvoudig op te wekken zijn, ...

Het algemene doel van deze procedure is om de functie van het visuele systeem in zebravislarven en -volwassenen gedragsmatig te evalueren, om zo snel mutante larven met defecten in het visuele systeem te identificeren of om de eigenschappen van het visuele systeem van wild-type en mutante of morph-behandelde dieren te vergelijken. Dit wordt bereikt door eerst de lichaamsbewegingen van het experimentele dier te beperken. Larven worden ingebed in methylcellulose en volwassen vissen worden geanestheseerd en in een immobilisatieapparaat geplaatst.Plaats vervolgens het gefixeerde dier in de Vizio tracker in het midden van een trommelvormig scherm. Verticale zwart-witte strepen worden met een digitale lichtprojector op de binnenkant van dit scherm geprojecteerd. De oogposities worden vervolgens automatisch geregistreerd en geanalyseerd door het softwarepakket van de Vizio Tracker, dat ook de oogvloeisnelheden in realtime berekent.De laatste stap is het verwerken van de verkregen gegevens, het relateren van de oogisnelheden aan de eigenschappen van de visuele stimulus en het berekenen van de gemiddelde oogisnelheid en de standaardfout voor elke experimentele conditie. Hoewel deze methode inzicht kan geven in de eigenschappen van het visuele systeem van larvale en volwassen zebravissen, kan deze ook worden toegepast op andere modelorganismen zoals medica, kpi en vrijwel elke andere kleine T-soort. Ik bedacht deze methode voor het eerst toen we de optokinetische respons gebruikten om plantlarven te screenen en raakte snel geïnteresseerd in gegevens van larven die niet volledig blind waren, maar eerder visueel beperkt.Dergelijke Newton-larven beïnvloeden mogelijk aspecten van de visuele verwerking. Het systeem omvat een immobilisatieapparaat voor kleine vissen, geplaatst onder een hoogwaardige videocamera die is uitgerust met een zoomlens. De container met vissen wordt omringd door een trommelscherm waarop door de computer gegenereerde stimuluspatronen worden geprojecteerd.Oogbewegingen worden geregistreerd met de camera en in real-time automatisch geanalyseerd door het softwarepakket Vizio Tracker. Om lichaamsbewegingen tijdens de registratie te voorkomen, worden vislarven op vijf dagen post-fertilisatie ingebed in 3% Methylcellulose die is opgewarmd tot 28 °C. Giet de warme methylcellulose in een 35 millimeter cellenkweekschaal en breng de larven vervolgens over met een serumpipet met een grote haak.Meng de larven door de methylcellulose en gebruik vervolgens een kleine naald om luchtbellen te verwijderen en de larve te positioneren; tot acht larven kunnen gelijktijdig voor experimenten worden voorbereid. Zodra de larven zijn geïmmobiliseerd, plaatst u de kweekschaal in een rek voor acht schalen. Begin vervolgens met het projecteren van de stimulusstrepen op de omringende trommel om volwassen vissen te immobiliseren.Anestheseer de vissen eerst kort met 300 milligram per liter MS 222 in een apart aquarium. Zodra ze zijn geanestheseerd, plaatst u de vissen in het immobilisatiesysteem door het lichaam van de vis voorzichtig en correct tussen twee stukjes spons te klemmen. Het beperken van de lichaamsbewegingen van volwassen vissen is de moeilijkste stap van deze procedure.Om de invoering in het immobilisatieapparaat te vergemakkelijken, wordt de spons gestabiliseerd door twee plastic kalfspijpen. Zodra de vis is geïmmobiliseerd, wordt het apparaat in de Vizio-tracker geplaatst en krijgt de vis één tot twee minuten de tijd om te herstellen voordat de opname begint. Om een stimulus voor oogbewegingen te bieden, wordt een softwarematig gegenereerd stimuluspatroon, bestaande uit verticale zwart-witte sinusgolfgradaties, op het trommelscherm geprojecteerd.Verlicht de vis van onderen met infrarood licht met behulp van de digitale lichtprojector in de Vizio tracker, en gebruik vervolgens het softwarepakket om de oogbewegingen als reactie op het stimuluspatroon te registreren. Larvale bumper-mutanten hebben een verminderde lensgrootte en een ectopische lokalisatie van de lens; deze morfologische veranderingen uiten zich in een significante afname van de contrastgevoeligheid in vergelijking met het wildtype. Zoals hier getoond, slagen bumper-mutanten er in toenemende mate niet in om de oog-snelheid aan te passen naarmate het contrast van de stimulus afneemt.Bovendien, wanneer de ruimtelijke frequentie van de stimulus wordt verhoogd door de breedte van de stimulus te verkleinen, vertonen stripe bumper-mutanten eveneens een verminderde visuele Scherpte in vergelijking met wilde-type broeders en zusters. Volwassen wilde-type zebravis vertonen een duidelijke afname van de contrastgevoeligheid wanneer zij gedurende 30 minuten voor de opname worden blootgesteld aan toenemende alcoholconcentraties. Een soortgelijke dosisafhankelijke afname van de totale oogsnelheid wordt waargenomen over een breed scala aan ruimtelijke frequenties wanneer de vissen werden behandeld met toenemende alcoholconcentraties.Alcoholbehandeling vermindert bovendien dosisafhankelijk de oculomotorische prestaties bij meer veeleisende taken, zoals hier getoond in reactie op verhoogde stimulus-snelheden. Na de ontwikkeling heeft deze techniek de weg vrijgemaakt voor onderzoekers op het gebied van visueel onderzoek om de ontwikkeling en functie van het visuele systeem in zebravissen, medische goudvissen en andere modelorganismen te verkennen met behulp van zowel genetische als farmacologische modellen.

visiotracker-an-innovative-automated-approach-to-oculomotor-analysis

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Neurale controle en cognitieve processen kunnen worden bestudeerd door middel van oogbewegingen. De VisualEyes software maakt het mogelijk een operator om stimuli op twee computerschermen zelfstandig met behulp van een eenvoudig, douane scripttaal programmeren. Het systeem kan stimuleren bewegingen tandem oog (saccades en glad achtervolging) of tegengestelde oogbewegingen (convergentie) of een combinatie.

VisualEyes: Een modulair software systeem voor oogmotorische Experimenteren

Eye tracking is al lange tijd gebruikt om de blik te bestuderen, in het algemeen-de ontwikkeling van individuen, maar recente technologische vooruitgang hebben gemaakt het gebruik ervan met klinische populaties, met inbegrip van autisme, meer haalbaar is. Terwijl de eye-tracking jonge kinderen met autisme kan inzicht bieden in vroeg symptoom manifestaties, het gaat om methodologische uitdagingen. Suggesties voor best practices zijn aanwezig.

Eye Tracking jonge kinderen met autisme

Er wordt een methode beschreven om de kwaliteit van visuele informatieverwerking te kwantificeren op basis van reflexmatige oogbewegingen als reactie op specifieke visuele modaliteiten. Reactietijden en fixatie-uitvoerparameters worden gebruikt om visuele prestaties te karakteriseren bij kinderen met en zonder visuele beperkingen vanaf 6 maanden oud.

Een methode om Visual Information Processing kwantificeren bij kinderen met behulp van Eye Tracking

Het huidige artikel bespreekt een eye-tracking-methode voor studies over taalbegrip. Voor het verkrijgen van betrouwbare gegevens, moeten de belangrijkste stappen van het protocol worden gevolgd. Onder deze zijn de juiste set-up van de eye tracker (bijvoorbeeld, garanderen van de goede kwaliteit van de beelden voor ogen en hoofd) en nauwkeurige kalibrering.

Eye Tracking tijdens visueel ligt taalbegrip: Flexibiliteit en beperkingen blootleggen visuele Context-effecten

De methode werd ontworpen om de onderzoeken van de rol van remming van terugkeer (IOR) in regressieve oogbewegingen tijdens het lezen. De focus ligt op het onderscheid tussen regressies geactiveerd als gevolg van begrip moeilijkheden ten opzichte van die van oculomotor fout, met inbegrip van de rol van IOR in de twee soorten regressies geactiveerd.

Eye-tracking te onderscheiden van begrip- en Oculomotor gebaseerde regressieve oogbewegingen tijdens lezing

Het gebruik van multimodale sensoren is een veelbelovende manier om de rol van sociale interacties in educatieve instellingen te begrijpen. In dit artikel wordt een methodologie beschreven voor het vastleggen van gezamenlijke visuele aandacht van de door de co-gebaseerde dyads met mobiele Eye-trackers.

Een methodologie voor het vastleggen van gezamenlijke visuele aandacht met behulp van mobiele Eye-trackers

VisualEyes2020 (VE2020) is een aangepaste scripttaal die visuele oogbewegingsstimuli presenteert, registreert en synchroniseert. VE2020 biedt stimuli voor geconjugeerde oogbewegingen (saccades en soepele achtervolging), disconjugate oogbewegingen (vergence), accommodatie en combinaties van elk. Twee analyseprogramma's verenigen de gegevensverwerking van de eye tracking- en accommodatieregistratiesystemen.

Kwantificering van oculomotorische responsen en accommodatie door middel van instrumentatie- en analysetoolboxen

In dit artikel presenteren we een nieuwe geautomatiseerde methode voor het beoordelen van de gezichtsscherpte bij baby's en peuters met behulp van een eye-trackingsysteem.

Een geautomatiseerde methode voor het beoordelen van de gezichtsscherpte bij baby's en peuters met behulp van een eye-tracking systeem

We beschrijven hier PyOKR, een semi-geautomatiseerde kwantitatieve analysemethode die direct oogbewegingen meet die het gevolg zijn van visuele reacties op tweedimensionale beeldbewegingen. Een op Python gebaseerde gebruikersinterface en analyse-algoritme zorgen voor een hogere doorvoer en nauwkeurigere kwantitatieve metingen van eye-trackingparameters dan eerdere methoden.

PyOKR: een semi-geautomatiseerde methode voor het kwantificeren van het vermogen om optokinetische reflexen te volgen

De methodologie onderzocht visuele en vestibulaire bijdragen aan blikstabilisatie tijdens optokinetische rotaties en rotaties van het hele lichaam. Stimulaties werden uitgevoerd door middel van visuele, vestibulaire en visuovestibulaire onderzoeken. Torsie-oogbewegingswinst en nystagmusfrequenties dienden als indicatoren voor het subcorticale doorgeven van sensorisch-specifieke bewegingsinformatie naar de reflexieve hersenstamrespons voor elke proef.

Eye-tracking gebruiken om het relatieve belang van visuele en vestibulaire input voor de verwerking van subcorticale bewegingen in het rolvlak te beoordelen

Leer visuele systeemanalyse in larven en volwassen zebrafish met VisioTracker. Deze methode registreert oogbewegingen in realtime om visuele prestaties te evalueren en mutanten te identificeren.

VisioTracker, een innovatieve geautomatiseerde benadering van oculomotorische Analyse

Meer video's verkennen