Gedragsbeoordeling van visuele functie via optomotorische respons en cognitieve functie via Y-maze bij diabetische ratten
October 23rd, 2020
Neurale degeneratie in zowel ogen als hersenen als gevolg van diabetes kan worden waargenomen door gedragstests die worden uitgevoerd op knaagdieren. Het Y-doolhof, een maat voor ruimtelijke cognitie, en de optomotorische respons, een maat voor visuele functie, geven beide inzicht in mogelijke diagnoses en behandelingen.
De optomotorische respons en de Y-labyrint zijn gedragstests die nuttig zijn bij het meten van visuele functie en respectievelijk cognitieve functie in een grote verscheidenheid aan ziektemodellen. Voordelen van deze tests zijn onder meer gevoeligheid, snelheid van testen, het gebruik van aangeboren reacties, zodat training niet nodig is, en de mogelijkheid om de tests uit te voeren op wakkere, niet-geanesthetiseerde dieren. OMR en Y-labyrint kunnen worden gebruikt samen met andere tests om het temporele optreden van retinale en hersenfunctiestoornissen te identificeren bij ziekten zoals diabetes met als doel een vroegere diagnose.
Het demonstreren van de Y-labyrint zal Stephen Phillips doen, een onderzoekstechnicus uit mijn laboratorium. Het demonstreren van de optomotorische respons of OMR-procedure zal Amber Douglass doen, een onderzoekstechnicus in de Allen en Viola Labs. Om het OMR-apparaat in te stellen, selecteer eerst een platform van geschikte grootte voor de te gebruiken soort proefdier en open de OMR-software.
Zoom in of uit met de videocamera indien nodig, zodat het platform en de omgeving zichtbaar zijn, en klik op de sterretjes- en draaiende strepen-iconen zodat zowel het groene sterretje als de groene draaiende strepen verdwijnen uit de live-feed. Klik op het kompaspictogram zodat een groene cirkel en twee loodrechte lijnen verschijnen en rek de groene cirkel uit zodat deze perfect uitlijnt met de zwarte cirkel op het platform. Wanneer de OMR volledig is uitgelijnd, klik opnieuw op het kompas, sterretje en draaiende strepen-iconen.
Merk op dat de groene strepen in dezelfde richting draaien als de strepen in het trommeltje. Onder het tabblad testen, klik op het tabblad psychofysica. Om de ruimtelijke frequentie te meten, selecteert u onder drempelwaarde frequentie.
Onder testen, klik op voorinstellingen en selecteer de standaardinstellingen voor het te gebruiken proefdier. Klik op het tabblad blanking en vink het vakje aan voor het blanco-vakje op het volgen om de strepen te pauzeren en de computerschermen in het trommeltje uit te schakelen wanneer er met de rechtermuisknop op de muis wordt geklikt. Klik vervolgens op het tabblad resultaten om het venster te openen waarin de resultaten van de test worden weergegeven.
Om de ruimtelijke frequentie te beoordelen, plaatst u het knaagdier op het ronde platform in het midden van een virtuele realiteitskamer die bestaat uit vier computermonitoren die verticale sinusgolfgradaties tonen die met een snelheid van 12 graden per seconde rond de kamer cirkelen. De videocamera, geplaatst bovenaan de kamer, moet het gedrag van de knaagdier live op de computermonitor projecteren. Kijk naar het voorkomen of ontbreken van reflexmatige acties van het hoofd van de knaagdier terwijl de gradaties in een wijzerzin of tegenwijzerzin bewegen.
Zorg ervoor dat geïllustreerde balken zichtbaar zijn in het programma, omdat ze de richting van de gradatiebeweging zullen laten zien. Kijk naar het hoofd van de knaagdier om te zien of het in dezelfde richting beweegt als de gradaties. Wanneer er een soepele achtervolging is, geen grillige uitbarstingen van hoofdbeweging, tel deze beweging als volgen.
Klik op ja of nee, zoals van toepassing. De ruimtelijke frequentie begint bij 0,042 cyclus of graad en past zich aan met elke ja- en nee-klik om gemakkelijker of moeilijker te worden. Zorg ervoor dat het sterretje boven het hoofd van de knaagdier gepositioneerd blijft terwijl het wordt getest, en kijk of het systeem 'klaar' zegt wanneer de ruimtelijke frequentiedrempel van de knaagdier is bereikt.
Merk op dat de ja- en nee-knoppen niet langer kunnen worden aangeklikt. Open vervolgens het tabblad resultaten om de ruimtelijke frequentie voor het linker-, rechter- en gecombineerde ogen te bekijken. Om de contrastgevoeligheid te meten, selecteert u in de tabbladen testen en psychofysica contrast enkel.
Open de tabbladen stimulus en gradaties en voer de juiste waarde in het vakje ruimtelijke frequentie in om te beginnen met gradaties met de ruimtelijke frequentie constant op het hoogste punt van de contrastgevoeligheidscurve. Begin met een contrast van 100% en kijk naar dezelfde reflexmatige hoofdbewegingen zoals waargenomen tijdens het testen van ruimtelijke frequentie. Merk op dat het contrast afneemt naarmate het testen vordert totdat de knaagdier geen reflexmatige hoofdbewegingen meer vertoont in reactie op de stimulus.
Wanneer de contrastgevoeligheidsdrempel is bereikt, opent u het tabblad resultaten om de contrastgevoeligheidswaarden voor het linker-, rechter- en gecombineerde ogen te bekijken. Om een Y-labyrint-analyse uit te voeren, labelt u eerst de aanvankelijke arm van het Y-labyrint als B en de andere twee armen als A en C en plaatst u de knaagdier in arm B nabij het midden van het labyrint. Start onmiddellijk de timer en laat de knaagdier het Y-labyrint acht minuten lang verkennen.
Zit op enkele meters afstand van het labyrint, houd het in zicht en vermijd geluid te maken tijdens het maken van opnamen en het noteren van eventuele waarnemingen. Noteer de startlocatie als B. Elke keer dat de knaagdier een nieuwe arm binnenkomt, noteer de nieuwe locatie van de knaagdier. Als de knaagdier meer dan 60 seconden op dezelfde plek blijft zitten en geen verkenningsgedrag lijkt te vertonen, beweeg de knaagdier naar het midden van het Y-labyrint en vervolg het proefonderzoek.
Na afloop van elk proefonderzoek, verwijdert u eventueel ontlasting en maakt u het labyrint schoon met een ontsmettingsoplossing. Bereken het verkenningsgedrag als het totale aantal verkenningen gedurende de acht minuten van het proefonderzoek. De ruimtelijke cognitie wordt berekend als het aantal succesvolle afwisselingen gedeeld door het totale aantal verkenningen.
Hier wordt het gebruik van de OMR om ruimtelijke frequentie te beoordelen geïllustreerd in naïeve gecontroleerde Brown Norway- en Long-Evans-ratten. Brown Norway-ratten vertonen typisch een hogere baseline-ruimtelijke frequentie dan Long-Evans-ratten. Bovendien wordt een verouder
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel bespreekt het gebruik van gedragstests, specifiek de Y-labyrint en optomotorische respons (OMR), om neurale degeneratie bij diabetische knaagdieren te beoordelen. Deze tests bieden waardevolle inzichten in ruimtelijke cognitie en visuele functie, en helpen bij de diagnose en behandeling van diabetes-gerelateerde disfuncties.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Gedragstesten
- Diabetesonderzoek
Achtergrond
- Neurale degeneratie kan zowel de ogen als de hersenen bij diabetes beïnvloeden.
- Gedragstests kunnen cognitieve en visuele beperkingen onthullen.
- Vroege diagnose is cruciaal voor effectieve behandeling.
- Tests zoals het Y-labyrint en OMR zijn gevoelig en snel.
Doel van het onderzoek
- Om de Y-labyrint en OMR te gebruiken voor het beoordelen van cognitieve en visuele functies.
- Om de temporele verschijning van retinale en hersendisfunctie te identificeren.
- Om de vroege diagnose van diabetes-gerelateerde complicaties te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Y-labyrint voor het meten van ruimtelijke cognitie.
- Optomotorische respons voor het beoordelen van visuele functie.
- Testen uitgevoerd op wakkere, niet-verdoofd knaagdieren.
- Gebruik van aangeboren reacties om trainingsvereisten te elimineren.
Belangrijkste resultaten
- Beide tests bieden inzichten in de effecten van diabetes op neurale functie.
- Demonstraties van de tests werden uitgevoerd door getrainde technici.
- Resultaten kunnen toekomstig onderzoek naar behandelingsstrategieën leiden.
- Tests zijn effectief in het identificeren van disfunctie in verschillende ziektestadia.
Conclusies
- De Y-labyrint en OMR zijn waardevolle hulpmiddelen in neurowetenschappelijk onderzoek.
- Ze vergemakkelijken het begrip van diabetes-gerelateerde neurale degeneratie.
- Deze methoden kunnen leiden tot vroegere diagnose en interventie.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Behavioral assessment of visual and cognitive function via optomotor response and Y-maze provides early detection of retinal and neural dysfunction in diabetic models, supporting target validation and mechanistic de-risking in diabetes drug discovery. These assays enable quantitative tracking of disease progression and intervention effects without anesthesia or training, improving translational predictability and reducing late-stage attrition in CNS and sensory complication programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Measures spatial frequency and contrast sensitivity thresholds to interrogate visual pathway integrity in diabetic retinopathy models.
- Scientific Value: Quantifies spontaneous alternation and exploratory behavior to assess hippocampal-dependent spatial cognition in type 2 diabetes models.
- Operational Value: Uses innate reflexive responses, eliminating training requirements and reducing variability in behavioral readouts.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates dose-responsive data on visual and cognitive endpoints for compound screening in diabetes complication models.
- Operational Value: Enables high-throughput, repeated testing on awake animals to monitor temporal onset of dysfunction.
- Operational Value: Provides automated output thresholds for spatial frequency and contrast sensitivity, supporting assay standardization.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links retinal and cognitive deficits to disease stage, enabling biomarker-aligned preclinical evaluation.
- Operational Value: Supports continuity from discovery through preclinical validation by tracking functional decline over time.
- Strategic Value: Informs risk-adjusted advancement decisions by identifying early functional deficits predictive of clinical complications.
Pipeline & Workflow Integration
The optomotor response and Y-maze function as discovery-phase behavioral assays that feed into lead identification and preclinical evaluation by providing functional readouts on visual and cognitive pathways affected in diabetes.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of retinal and hippocampal pathway modulation via quantitative visual and cognitive thresholds.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs on spatial frequency, contrast sensitivity, and alternation behavior for compound effect assessment.
- Analytics: Enables statistical comparison of threshold shifts and alternation ratios across treatment and control groups.
- Translational Research: Connects functional visual and cognitive readouts to disease progression models, supporting preclinical continuity.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable behavioral platform for cross-program evaluation of sensory and cognitive liability in metabolic disease.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by detecting early-stage retinal and cognitive dysfunction before structural changes manifest.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized apparatus alignment and automated threshold detection.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by identifying mechanistically relevant functional deficits linked to diabetes pathology.
- Portfolio Impact: Enables risk-based prioritization of compounds that demonstrate rescue of visual or cognitive performance in diabetic models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and visual system physiology to interpret tracking movements and alternation patterns.
- Dependent on video tracking hardware, virtual reality stimulus display, and maze sanitation infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of testing protocols, lighting conditions, and animal handling to reduce inter-lab variability.
- Adaptation across rodent strains requires baseline characterization of spatial frequency and alternation performance, as seen in Brown Norway vs. Long-Evans rats.
- Limited to functional assessment; does not replace histopathological or electrophysiological validation of retinal or neural integrity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:01
Optomotor Response (OMR) Apparatus Setup
2:24
Spatial Frequency Evaluation
3:51
Contrast Sensitivity Evaluation
4:41
Y-Maze Evaluation
5:54
Results: Representative OMR and Y-Maze Analyses of Diabetic Rat Visual and Cognitive Function and Exploratory Behavior Over Time
7:05
Conclusion
