Behawioralna ocena funkcji wzrokowych poprzez reakcję optomotoryczną i funkcję poznawczą za pomocą labiryntu Y u szczurów z cukrzycą

Odpowiedź optomotoryczna i labirynt Y to testy behawioralne, które są przydatne w pomiarze funkcji wzrokowych i funkcji poznawczych odpowiednio w wielu różnych modelach chorób. Zalety tych testów obejmują czułość, szybkość testowania, wykorzystanie wrodzonych reakcji, dzięki czemu trening nie jest potrzebny, oraz możliwość wykonywania testów na obudzonych zwierzętach nieznieczulonych. OMR i Y-maze mogą być stosowane wraz z innymi testami w celu zidentyfikowania czasowego wyglądu dysfunkcji siatkówki i mózgu w chorobach takich jak cukrzyca, a celem jest wcześniejsza diagnoza.

Labirynt Y zademonstruje Stephen Phillips, technik badawczy z mojego laboratorium. Odpowiedź optomotoryczną lub procedurę OMR zademonstruje Amber Douglass, technik badawczy w Allen and Viola Labs. Aby skonfigurować aparaturę OMR, najpierw wybierz platformę o odpowiedniej wielkości dla gatunków zwierząt doświadczalnych, które mają być użyte, i otwórz oprogramowanie OMR.

W razie potrzeby powiększ lub pomniejsz za pomocą kamery wideo, aby platforma i jej otoczenie były widoczne, a następnie kliknij ikony gwiazdki i obracających się pasków, aby zarówno zielona gwiazdka, jak i zielone obracające się paski zniknęły z przekazu na żywo. Kliknij ikonę kompasu, aby pojawiło się zielone kółko i dwie prostopadłe linie, a następnie rozciągnij zielone kółko tak, aby idealnie wyrównało się z czarnym okręgiem na platformie. Gdy OMR jest całkowicie wyrównany, ponownie kliknij ikony kompasu, gwiazdki i obracających się pasków.

Zwróć uwagę, że zielone paski będą się obracać w tym samym kierunku, co paski w bębnie. Pod zakładką testowania kliknij zakładkę psychofizyka. Aby zmierzyć częstotliwość przestrzenną, w polu Próg wybierz opcję częstotliwość.

W obszarze Testowanie kliknij opcję Ustawienia wstępne i wybierz ustawienia domyślne dla używanego zwierzęcia doświadczalnego. Kliknij kartę wygaszania i zaznacz puste pole śledzenia, aby wstrzymać paski i wygasić ekrany komputera w bębnie za każdym razem, gdy mysz zostanie kliknięta prawym przyciskiem myszy. Następnie kliknij zakładkę wyniki, aby otworzyć okno, w którym zostaną wyświetlone wyniki testu.

Aby ocenić częstotliwość przestrzenną, umieść gryzonia na okrągłej platformie w środku komory rzeczywistości wirtualnej składającej się z czterech monitorów komputerowych pokazujących pionowe stopnie fal sinusoidalnych okrążających komorę z prędkością 12 stopni na sekundę. Kamera wideo umieszczona w górnej części komory powinna wyświetlać zachowanie gryzonia na żywo na monitorze komputera. Poszukaj obecności lub braku odruchowych działań głowy gryzonia, gdy stopnie poruszają się w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Upewnij się, że ilustrowane paski są widoczne w programie, ponieważ będą pokazywać kierunek ruchu stopniowania. Uważaj, aby głowa gryzonia poruszała się w tym samym kierunku, co oceny. Kiedy następuje płynny pościg, a nie chaotyczne ruchy głowy, policz ten ruch jako śledzenie.

Kliknij odpowiednio tak lub nie. Częstotliwość przestrzenna zacznie się od 0,042 cyklu lub stopnia i dostosuje się z każdym kliknięciem tak i nie, aby stała się łatwiejsza lub trudniejsza. Podczas testowania gryzonia upewnij się, że gwiazdka jest umieszczona nad głową gryzonia i obserwuj, czy system powie Gotowe, gdy zostanie osiągnięty próg częstotliwości przestrzennej gryzonia.

Należy pamiętać, że przyciski tak i nie będzie już można kliknąć. Następnie otwórz kartę wyników, aby wyświetlić częstotliwość przestrzenną dla lewego, prawego i połączonego oka. Aby zmierzyć czułość kontrastu, w zakładkach Testowanie i Psychofizyka wybierz opcję Pojedynczy kontrast.

Otwórz karty bodziec i gradacje i wprowadź odpowiednią wartość w polu częstotliwości przestrzennej, aby rozpocząć stopniowanie ze stałą częstotliwości przestrzennej na szczycie krzywej czułości kontrastu. Rozpocznij kontrast od 100% i poszukaj tych samych odruchowych ruchów głowy, które zaobserwowano podczas badania częstotliwości przestrzennych. Należy pamiętać, że kontrast będzie się zmniejszał wraz z postępem testów, aż do momentu, gdy gryzoń nie będzie już miał odruchowych ruchów głowy w odpowiedzi na bodziec.

Po osiągnięciu progu czułości kontrastu otwórz kartę wyników, aby wyświetlić wartości czułości kontrastu dla lewego, prawego i połączonego oka. Aby przeprowadzić analizę labiryntu Y, najpierw oznacz początkowe ramię labiryntu Y jako B, a pozostałe dwa ramiona jako A i C, a następnie umieść gryzonia w ramieniu B w pobliżu środka labiryntu. Natychmiast uruchom stoper i pozwól gryzoniowi eksplorować labirynt Y przez osiem minut.

Usiądź kilka stóp od labiryntu, trzymając go w zasięgu wzroku i unikając hałasu podczas robienia nagrań i notowania wszelkich obserwacji. Zapisz lokalizację początkową jako B. Za każdym razem, gdy gryzoń wchodzi do nowego ramienia, zapisuj nową lokalizację gryzonia. Jeśli gryzoń pozostaje w tym samym miejscu przez ponad 60 sekund i nie wydaje się wykazywać zachowania eksploracyjnego, przesuń gryzonia w kierunku środka labiryntu Y i kontynuuj próbę.

Po zakończeniu każdej próby usuń wszelkie odchody i wyczyść labirynt roztworem odkażającym. Oblicz zachowanie eksploracyjne jako całkowitą liczbę wpisów dokonanych w ciągu ośmiu minut próby. Poznanie przestrzenne oblicza się jako liczbę udanych przemian podzieloną przez całkowitą liczbę wejść.

W tym przypadku zastosowanie OMR do oceny częstości przestrzennej jest zilustrowane na przykładzie naiwnie kontrolowanych szczurów rasy brunatnej norweskiej i długo-Evansowskiej. Szczury rasy brunatnej norweskiej zazwyczaj wykazują wyższą wyjściową częstość przestrzenną niż szczury Long-Evans. Dodatkowo u szczurów Long-Evans obserwuje się wpływ starzenia się na częstotliwość przestrzenną.

Zastosowanie OMR do oceny wrażliwości na kontrast ujawnia znaczne deficyty wrażliwości na kontrast u szczurów z cukrzycą typu pierwszego. Leczenie ruchowe zmniejsza te deficyty, wykazując, że OMR jest przydatny zarówno do wykrywania, jak i śledzenia deficytów siatkówki w czasie z interwencją i bez niej. Użycie labiryntu Y do oceny funkcji poznawczych i zachowań eksploracyjnych w modelu cukrzycy typu drugiego wykazuje znaczne deficyty w poznaniu przestrzennym mierzonym spontaniczną przemianą i zachowaniami eksploracyjnymi mierzonymi liczbą wpisów u szczurów Goto-Kakizaki w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi Wistar począwszy od siódmego tygodnia życia.

Nauczenie się, jak zidentyfikować ruch głowy śledzącej w kroku 3.4, jest najtrudniejszą częścią OMR. Nauczenie się, jak wygląda płynny ruch pościgowy, ma kluczowe znaczenie. OMR i labirynt Y utorowały drogę badaczom mózgu korzystającym z komunikatorów internetowych do szybkiego i wiarygodnego pomiaru funkcji wzrokowych i poznawczych bez treningu i przy minimalnym stresie dla zwierząt.