Name: Kwantyfikacja selektywności cech wzrokowych odruchu optokinetycznego u myszy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-23T13:40:00.000+00:00
Duration: 9 min 28 s
Description: Poznaj metodę kwantyfikacji odruchu optokinetycznego u myszy przy użyciu wideo-okulografii i wirtualnej stymulacji wizualnej. Protokół umożliwia precyzyjną analizę plastyczności układu wzrokowego.

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

Jesteśmy wdzięczni Yingtian He za udostępnienie danych dotyczących strojenia kierunku. Prace te były wspierane przez granty z Canadian Foundation of Innovation i Ontario Research Fund (projekt CFI/ORF nr 37597), NSERC (RGPIN-2019-06479), CIHR (Project Grant 437007) oraz Connaught New Researcher Awards.

Evaluating Optokinetic Reflex Responses in Mice: A New High-Precision Protocol

<ol><li>Gerhard, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroscience.+5th+Edition%5BTitle%5D)+AND+%22Yale+Journal+of+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Neuroscience. 5th Edition.</a> Yale Journal of Biology and Medicine. , (2013).</li>
<li>Distler, C., Hoffmann, K. P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDistler%2C+C+%22The+Oxford+Handbook+of+Eye+Movement%22">The Oxford Handbook of Eye Movement</a>. , Oxford University Press. 65-83 (2011).</li>
<li>Sereno, A. B., Bolding, M. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSereno%2C+AB+%22Executive+Functions%3A+Eye+Movements+and+Human+Neurological+Disorders%22">Executive Functions: Eye Movements and Human Neurological Disorders</a>. , Elsevier. (2017).</li>
<li>Giolli, R. A., Blanks, R. H. I., Lui, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+accessory+optic+system%3A+basic+organization+with+an+update+on+connectivity%2C+neurochemistry%2C+and+function%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">The accessory optic system: basic organization with an update on connectivity, neurochemistry, and function.</a> Progress in Brain Research. 151, 407-440 (2006).</li>
<li>Liu, B. H., Huberman, A. D., Scanziani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortico-fugal+output+from+visual+cortex+promotes+plasticity+of+innate+motor+behaviour%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Cortico-fugal output from visual cortex promotes plasticity of innate motor behaviour.</a> Nature. 538 (7625), 383-387 (2016).</li>
<li>Prusky, G. T., Alam, N. M., Beekman, S., Douglas, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+quantification+of+adult+and+developing+mouse+spatial+vision+using+a+virtual+optomotor+system%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Ophthalmology+%26+Visual+Science%22%5BJournal%5D)">Rapid quantification of adult and developing mouse spatial vision using a virtual optomotor system.</a> Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (12), 4611-4616 (2004).</li>
<li>Stahl, J. S., van Alphen, A. M., De Zeeuw, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+video+and+magnetic+search+coil+recordings+of+mouse+eye+movements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">A comparison of video and magnetic search coil recordings of mouse eye movements.</a> Journal of Neuroscience Methods. 99 (1-2), 101-110 (2000).</li>
<li>Faulstich, B. M., Onori, K. A., du Lac, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+plasticity+and+development+of+mouse+optokinetic+and+vestibulo-ocular+reflexes+suggests+differential+gain+control+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Research%22%5BJournal%5D)">Comparison of plasticity and development of mouse optokinetic and vestibulo-ocular reflexes suggests differential gain control mechanisms.</a> Vision Research. 44 (28), 3419-3427 (2004).</li>
<li>Katoh, A., Kitazawa, H., Itohara, S., Nagao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+characteristics+and+adaptability+of+mouse+vestibulo-ocular+and+optokinetic+response+eye+movements+and+the+role+of+the+flocculo-olivary+system+revealed+by+chemical+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Dynamic characteristics and adaptability of mouse vestibulo-ocular and optokinetic response eye movements and the role of the flocculo-olivary system revealed by chemical lesions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (13), 7705-7710 (1998).</li>
<li>Cahill, H., Nathans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+optokinetic+reflex+as+a+tool+for+quantitative+analyses+of+nervous+system+function+in+mice%3A+application+to+genetic+and+drug-induced+variation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">The optokinetic reflex as a tool for quantitative analyses of nervous system function in mice: application to genetic and drug-induced variation.</a> PLoS One. 3 (4), 2055(2008).</li>
<li>Cameron, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+optokinetic+response+as+a+quantitative+measure+of+visual+acuity+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">The optokinetic response as a quantitative measure of visual acuity in zebrafish.</a> Journal of Visualized Experiments. (80), 50832(2013).</li>
<li>de Jeu, M., De Zeeuw, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Video-oculography+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Video-oculography in mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (65), e3971(2012).</li>
<li>Kodama, T., du Lac, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+acceleration+of+visually+evoked+smooth+eye+movements+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Adaptive acceleration of visually evoked smooth eye movements in mice.</a> The Journal of Neuroscience. 36 (25), 6836-6849 (2016).</li>
<li>Doering, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modified+Ca%28v%291.4+expression+in+the+Cacna1f%28nob2%29+mouse+due+to+alternative+splicing+of+an+ETn+inserted+in+exon+2%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Modified Ca(v)1.4 expression in the Cacna1f(nob2) mouse due to alternative splicing of an ETn inserted in exon 2.</a> PLoS One. 3 (7), e2538(2008).</li>
<li>Shi, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+optomotor+response-based+visual+function+assessment+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Optimization of optomotor response-based visual function assessment in mice.</a> Scientific Reports. 8 (1), 9708(2018).</li>
<li>Waldner, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transgenic+expression+of+Cacna1f+rescues+vision+and+retinal+morphology+in+a+mouse+model+of+congenital+stationary+night+blindness+2A+%28CSNB2A%29%5BTitle%5D)+AND+%22Translational+Vision+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Transgenic expression of Cacna1f rescues vision and retinal morphology in a mouse model of congenital stationary night blindness 2A (CSNB2A).</a> Translational Vision Science & Technology. 9 (11), 19(2020).</li>
<li>Tabata, H., Shimizu, N., Wada, Y., Miura, K., Kawano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Initiation+of+the+optokinetic+response+%28OKR%29+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vision%22%5BJournal%5D)">Initiation of the optokinetic response (OKR) in mice.</a> Journal of Vision. 10 (1), 1-17 (2010).</li>
<li>Al-Khindi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+transcription+factor+Tbx5+regulates+direction-selective+retinal+ganglion+cell+development+and+image+stabilization%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">The transcription factor Tbx5 regulates direction-selective retinal ganglion cell development and image stabilization.</a> Current Biology. 32 (19), 4286-4298 (2022).</li>
<li>Harris, S. C., Dunn, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymmetric+retinal+direction+tuning+predicts+optokinetic+eye+movements+across+stimulus+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Asymmetric retinal direction tuning predicts optokinetic eye movements across stimulus conditions.</a> eLife. 12, e81780(2023).</li>
<li>van Alphen, B., Winkelman, B. H., Frens, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+optokinetic+eye+movements+in+the+C57BL%2F6J+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Ophthalmology+%26+Visual+Science%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional optokinetic eye movements in the C57BL/6J mouse.</a> Investigative Ophthalmology & Visual Science. 51 (1), 623-630 (2010).</li>
<li>Stahl, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calcium+channelopathy+mutants+and+their+role+in+ocular+motor+research%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+New+York+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Calcium channelopathy mutants and their role in ocular motor research.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 956, 64-74 (2002).</li>
<li>Endo, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual+involvement+of+G-substrate+in+motor+learning+revealed+by+gene+deletion%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Dual involvement of G-substrate in motor learning revealed by gene deletion.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (9), 3525-3530 (2009).</li>
<li>Thomas, B. B., Seiler, M. J., Sadda, S. R., Coffey, P. J., Aramant, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optokinetic+test+to+evaluate+visual+acuity+of+each+eye+independently%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Optokinetic test to evaluate visual acuity of each eye independently.</a> Journal of Neuroscience Methods. 138 (1-2), 7-13 (2004).</li>
<li>Burroughs, S. L., Kaja, S., Koulen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+deficits+in+spatial+visual+function+of+mouse+models+for+glaucoma%5BTitle%5D)+AND+%22Investigative+Ophthalmology+%26+Visual+Science%22%5BJournal%5D)">Quantification of deficits in spatial visual function of mouse models for glaucoma.</a> Investigative Ophthalmology & Visual Science. 52 (6), 3654-3659 (2011).</li>
<li>Wakita, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+regulations+of+vestibulo-ocular+reflex+and+optokinetic+response+by+%CE%B2-+and+%CE%B12-adrenergic+receptors+in+the+cerebellar+flocculus%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Differential regulations of vestibulo-ocular reflex and optokinetic response by β- and α2-adrenergic receptors in the cerebellar flocculus.</a> Scientific Reports. 7 (1), 3944(2017).</li>
<li>Dehmelt, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spherical+arena+reveals+optokinetic+response+tuning+to+stimulus+location%2C+size%2C+and+frequency+across+entire+visual+field+of+larval+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Spherical arena reveals optokinetic response tuning to stimulus location, size, and frequency across entire visual field of larval zebrafish.</a> eLife. 10, e63355(2021).</li>
<li>Magnusson, M., Pyykko, I., Jantti, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+alertness+and+visual+attention+on+optokinetic+nystagmus+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Otolaryngology%22%5BJournal%5D)">Effect of alertness and visual attention on optokinetic nystagmus in humans.</a> American Journal of Otolaryngology. 6 (6), 419-425 (1985).</li>
<li>Collins, W. E., Schroeder, D. J., Elam, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+D-amphetamine+and+of+secobarbital+on+optokinetic+and+rotation-induced+nystagmus%5BTitle%5D)+AND+%22Aviation%2C+Space%2C+and+Environmental+Medicine%22%5BJournal%5D)">Effects of D-amphetamine and of secobarbital on optokinetic and rotation-induced nystagmus.</a> Aviation, Space, and Environmental Medicine. 46 (4), 357-364 (1975).</li>
<li>Reimer, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pupil+fluctuations+track+fast+switching+of+cortical+states+during+quiet+wakefulness%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Pupil fluctuations track fast switching of cortical states during quiet wakefulness.</a> Neuron. 84 (2), 355-362 (2014).</li>
<li>Sakatani, T., Isa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PC-based+high-speed+video-oculography+for+measuring+rapid+eye+movements+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Research%22%5BJournal%5D)">PC-based high-speed video-oculography for measuring rapid eye movements in mice.</a> Neuroscience Research. 49 (1), 123-131 (2004).</li>
<li>Sakatani, T., Isa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+analysis+of+spontaneous+saccade-like+rapid+eye+movements+in+C57BL%2F6+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Research%22%5BJournal%5D)">Quantitative analysis of spontaneous saccade-like rapid eye movements in C57BL/6 mice.</a> Neuroscience Research. 58 (3), 324-331 (2007).</li>
<li>Vinck, M., Batista-Brito, R., Knoblich, U., Cardin, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arousal+and+locomotion+make+distinct+contributions+to+cortical+activity+patterns+and+visual+encoding%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Arousal and locomotion make distinct contributions to cortical activity patterns and visual encoding.</a> Neuron. 86 (3), 740-754 (2015).</li>
<li>Bradley, M. M., Miccoli, L., Escrig, M. A., Lang, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+pupil+as+a+measure+of+emotional+arousal+and+autonomic+activation%5BTitle%5D)+AND+%22Psychophysiology%22%5BJournal%5D)">The pupil as a measure of emotional arousal and autonomic activation.</a> Psychophysiology. 45 (4), 602-607 (2008).</li>
<li>Hess, E. H., Polt, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pupil+size+as+related+to+interest+value+of+visual+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Pupil size as related to interest value of visual stimuli.</a> Science. 132 (3423), 349-350 (1960).</li>
<li>Di Stasi, L. L., Catena, A., Canas, J. J., Macknik, S. L., Martinez-Conde, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saccadic+velocity+as+an+arousal+index+in+naturalistic+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+and+Biobehavioral+Reviews%22%5BJournal%5D)">Saccadic velocity as an arousal index in naturalistic tasks.</a> Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 37 (5), 968-975 (2013).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.

Przedstawiona tutaj metoda testu behawioralnego OKR ma kilka zalet. Po pierwsze, stymulacja wizualna generowana komputerowo rozwiązuje wewnętrzne problemy związane z fizycznymi bębnami. Rozwiązując problem polegający na tym, że bębny fizyczne nie wspierają systematycznego badania częstotliwości przestrzennej, kierunku lub strojenia kontrastu8, wirtualny bęben umożliwia zmianę tych parametrów wizualnych na zasadzie próba po próbie, ułatwiając w ten sposób systematyczną i ilościową analizę selektywn...

W odpowiedzi na bodźce wizualne w otoczeniu, nasze oczy poruszają się, aby zmienić nasze spojrzenie, ustabilizować obrazy siatkówki, śledzić poruszające się cele lub wyrównać dołki dwojga oczu z celami znajdującymi się w różnych odległościach od obserwatora, co jest niezbędne do prawidłowego widzenia1,2. Zachowania okoruchowe są szeroko stosowane jako atrakcyjne modele integracji sensomotorycznej w celu zrozumienia obwodów neuronalnych w zdrowiu i chorobie, przynajmniej częściowo ze względu na prostotę układu okoruchowego3. Kontrolowane przez trzy pary mięśni zewnątrzgałkowych, oko obraca się w zębodole głównie wokół trzech odpowiadających sobie osi: uniesienia i obniżenia wzdłuż osi poprzecznej, przywodzenia i odwodzenia wzdłuż osi pionowej oraz skręcania i wygięcia wzdłuż osi przednio-tylnej1,2. Tak prosty system pozwala naukowcom łatwo i dokładnie ocenić zachowania okoruchowe myszy w środowisku laboratoryjnym.
Jednym z głównych zachowań okulomotorycznych jest odruch optokinetyczny (OKR). Ten mimowolny ruch gałek ocznych jest wywoływany przez powolne dryfowanie lub prześlizgiwanie się obrazów na siatkówce i służy do stabilizacji obrazów siatkówki, gdy porusza się głowa zwierzęcia lub jego otoczenie2,4. OKR, jako paradygmat behawioralny, jest interesujący dla badaczy z kilku powodów. Po pierwsze, może być niezawodnie stymulowany i dokładnie określany ilościowo5,6. Po drugie, procedury kwantyfikacji tego zachowania są stosunkowo proste i ustandaryzowane i mogą być stosowane do oceny funkcji wizualnych dużej kohorty zwierząt7. Po trzecie, to wrodzone zachowanie jest bardzo plastyczne5,8,9. Jego amplituda może być wzmocniona, gdy powtarzające się poślizgi siatkówki występują przez długi czas5,8,9, lub gdy jego partner działający przedsionkowy odruch oczny (VOR), inny mechanizm stabilizacji obrazów siatkówki wyzwalany przez wejście przedsionkowe2, jest upośledzony5. Te eksperymentalne paradygmaty wzmacniania OKR umożliwiają naukowcom odkrycie podstaw obwodu leżącego u podstaw uczenia się okulomotorycznego.
Dwie nieinwazyjne metody były głównie używane do oceny OKR w poprzednich badaniach: (1) wideo-okulografia połączona z fizycznym bębnem7,10,11,12,13 lub (2) arbitralne określenie skrętów głowy w połączeniu z wirtualnym bębnem6,14,15,16. Chociaż ich zastosowania przyniosły owocne odkrycia w zrozumieniu molekularnych i obwodowych mechanizmów plastyczności okulomotorycznej, każda z tych dwóch metod ma pewne wady, które ograniczają ich możliwości w ilościowym badaniu właściwości OKR. Po pierwsze, fizyczne bębny, z nadrukowanymi wzorami czarno-białych pasków lub kropek, nie pozwalają na łatwą i szybką zmianę wzorców wizualnych, co w dużej mierze ogranicza pomiar zależności OKR od niektórych cech wizualnych, takich jak częstotliwość przestrzenna, kierunek i kontrast ruchomych siatek8,17. Zamiast tego testy selektywności OKR w stosunku do tych cech wizualnych mogą skorzystać ze skomputeryzowanej stymulacji wizualnej, w której cechy wizualne mogą być wygodnie modyfikowane z próby na próbę. W ten sposób badacze mogą systematycznie badać zachowanie OKR-ów w wielowymiarowej przestrzeni parametrów wizualnych. Co więcej, druga metoda testu OKR podaje tylko progi parametrów wizualnych, które wyzwalają dostrzegalne OKR-y, ale nie amplitudy ruchów oczu lub głowy6, 14,15,16. Brak mocy ilościowej uniemożliwia więc analizę kształtu krzywych strojenia i preferowanych cech wizualnych, czy wykrycie subtelnych różnic między poszczególnymi myszami w warunkach normalnych i patologicznych. Aby przezwyciężyć powyższe ograniczenia, wideo-okulografia i skomputeryzowana wirtualna stymulacja wizualna zostały połączone w celu zbadania zachowania OKR w ostatnich badaniach5,17,18,19,20. Jednak te wcześniej opublikowane badania nie dostarczyły wystarczających szczegółów technicznych ani instrukcji krok po kroku, w związku z czym naukowcom nadal trudno jest ustalić taki test OKR dla własnych badań.
Tutaj prezentujemy protokół do precyzyjnego ilościowego określenia selektywności cech wizualnych zachowania OKR w warunkach fotopowych lub skotopowych za pomocą kombinacji wideo-okulusografii i skomputeryzowanej wirtualnej stymulacji wizualnej. Myszy są unieruchomione na głowie, aby uniknąć ruchu gałek ocznych wywołanego stymulacją przedsionkową. Szybka kamera służy do rejestrowania ruchów gałek ocznych myszy oglądających ruchome siatki o zmieniających się parametrach wizualnych. Fizyczny rozmiar gałek ocznych poszczególnych myszy jest kalibrowany w celu zapewnienia dokładności wyznaczania kąta ruchów gałek ocznych21. Ta metoda ilościowa pozwala na porównywanie zachowań OKR między zwierzętami w różnym wieku lub o różnym pochodzeniu genetycznym lub monitorowanie jego zmiany spowodowanej leczeniem farmakologicznym lub uczeniem wzrokowo-motorycznym.

<table><tbody><tr><td>Etap translacyjny 2D</td><td>Thorlabs</td><td>XYT1</td><td></td></tr><tr><td>Żywica akrylowa</td><td>Lang Dental</td><td>B1356</td><td>Do mocowania płyty głowy na czaszce i ochrony czaszki</td></tr><tr><td>Bupiwakaina</td><td>STERIMAX</td><td>ST-BX223</td><td>Bupiwakaina do wstrzykiwań BP 0,5%. Znieczulenie miejscowe</td></tr><tr><td>Karprofen</td><td>RIMADYL</td><td>8507-14-1</td><td>Analgezja</td></tr><tr><td>Sprężone powietrze</td><td>Dust-Off</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Maść</td><td>do oczu Alcon</td><td>Systane</td><td>Do utrzymywania nawilżenia oczu</td></tr><tr><td>Karta graficzna</td><td>NVIDIA</td><td>Geforce GTX 1650 lub Quadro P620.</td><td>Do generowania pojedynczego ekranu na trzech monitorach</td></tr><tr><td>Poduszka grzewcza</td><td>Kent Scientific</td><td>HTP-1500</td><td>Do utrzymywania temperatury ciała</td></tr><tr><td>Szybka kamera na podczerwień (IR)</td><td>Teledyne Dalsa</td><td>G3-GM12-M0640</td><td>Do nagrywania rotacji gałek ocznych</td></tr><tr>IR<td>LED</td><td>Digikey</td><td>PDI-E803-ND</td><td>Do odniesienia CR i oświetlenia oka</td></tr><tr><td>Lusterko IR</td><td>Edmund optyka</td><td>64-471</td><td>Do odbijania obrazu oka</td></tr><tr><td>Isofluran</td><td>FRESENIUS KABI</td><td>CP0406V2</td><td></td></tr><tr><td>Labview</td><td>Wersja instrumentów krajowych</td><td>2014</td><td>śledzenie ruchu gałek ocznych</td></tr><tr><td>Dzwonek z mleczanami</td><td>BAXTER</td><td>JB2324</td><td>Zaopatrzenie w wodę i energię</td></tr><tr><td>Mieszanka lidokainy i epinefryny</td><td>Dentsply Sirona</td><td>82215-1</td><td>XYLOCAINE. Znieczulenie miejscowe</td></tr><tr><td>Miernik luminancji</td><td>Konica Minolta</td><td>LS-150</td><td>do kalibracji monitorów</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td>wersja xxx</td><td>analiza ruchów gałek ocznych</td></tr><tr><td>Meyhoefer Curette</td><td>World Precision Instruments</td><td>501773</td><td>Do skrobania czaszki i usuwania powięzi</td></tr><tr><td>Szkiełko kalibracyjne mikroskopu</td><td>Amscope</td><td>MR095</td><td>do pomiaru powiększenia Monitory wideookulograficzne</td></tr><tr><td></td><td>Acer&nbsp;</td><td>B247W</td><td>Stymulacja wizualna</td></tr><tr><td>Filtr o neutralnej gęstości</td><td>Filtry Lee</td><td>299</td><td>do generowania skotopowej stymulacji wzrokowej</td></tr><tr><td>Gogle do widzenia bliskiego</td><td>Alpha optyka</td><td>AO-3277</td><td>do skotopowego OKR</td></tr><tr><td>Fotodioda</td><td>Digikey</td><td>TSL254-R-LF-ND</td><td>do synchronizacji stymulacji wzrokowej i wideookulografii</td></tr><tr><td>Chlorowodorek pilokarpiny</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P6503</td><td></td></tr><tr><td>Post</td><td>Thorlabs</td><td>TR1.5</td><td></td></tr><tr><td>Uchwyt na słupek</td><td>Thorlabs</td><td>PH1</td><td></td></tr><tr><td>PsychoPy</td><td>wersja oprogramowania open source</td><td>xxx</td><td>zestaw narzędzi do stymulacji wizualnej</td></tr><tr><td>Nożyczki</td><td>RWD</td><td>S12003-09</td><td>Do usuwania skóry</td></tr><tr><td>Superglue</td><td>Krazy Typ kleju</td><td></td><td>: uniwersalny. Do przylegania nakrycia głowy na czaszce</td></tr></tbody></table>

kwantyfikacja selektywności cech wzrokowych odruchu optokinetycznego u myszy

Quantification of Visual Feature Selectivity of the Optokinetic Reflex in Mice

Odruch optokinetyczny (OKR) jest niezbędnym wrodzonym ruchem gałek ocznych, który jest wywoływany przez globalny ruch środowiska wzrokowego i służy do stabilizacji obrazów siatkówki. Ze względu na swoje znaczenie i solidność, OKR został wykorzystany do badania uczenia się wzrokowo-motorycznego oraz do oceny funkcji wzrokowych myszy o różnym pochodzeniu genetycznym, wieku i leczeniu farmakologicznym. W tym miejscu przedstawiamy procedurę oceny reakcji OKR myszy z głową z dużą dokładnością. Fiksacja głowy może wykluczyć wpływ stymulacji przedsionkowej na ruchy gałek ocznych, umożliwiając pomiar ruchów gałek ocznych wywołanych tylko ruchem wzrokowym. OKR jest wywoływany przez wirtualny system bębnowy, w którym pionowa siatka prezentowana na trzech monitorach komputerowych dryfuje poziomo w sposób oscylacyjny lub jednokierunkowy ze stałą prędkością. Dzięki temu systemowi rzeczywistości wirtualnej możemy systematycznie zmieniać parametry wizualne, takie jak częstotliwość przestrzenna, częstotliwość czasowa/oscylacyjna, kontrast, luminancja i kierunek siatek, a także określać ilościowo krzywe strojenia selektywności cech wizualnych. Szybka wideookulografia w podczerwieni zapewnia dokładny pomiar trajektorii ruchów gałek ocznych. Oczy poszczególnych myszy są kalibrowane, aby zapewnić możliwość porównania OKR-ów między zwierzętami w różnym wieku, różnej płci i o różnym pochodzeniu genetycznym. Ilościowa moc tej techniki pozwala na wykrycie zmian w OKR, gdy zachowanie to plastycznie dostosowuje się do starzenia się, doświadczeń sensorycznych lub uczenia się motorycznego; Tym samym sprawia to, że technika ta jest cennym dodatkiem do repertuaru narzędzi używanych do badania plastyczności zachowań oczu.

Stosując opisaną powyżej procedurę, oceniliśmy zależność OKR od kilku cech wizualnych. Przedstawione tutaj przykładowe przebiegi zostały uzyskane przy użyciu kodów analitycznych dostarczonych w Supplementary Coding File 1, a plik z surowymi danymi przykładów znajduje się w Supplementary Coding File 2. Gdy kratka na bębnie przemieszczała się po trajektorii sinusoidalnej (0,4 Hz), oko zwierzęcia automatycznie śledziło ruch kratki w podobny sposób oscylacyjny (Rycina 3B...

Tutaj opisujemy standardowy protokół do ilościowego określania odruchu optokinetycznego. Łączy w sobie wirtualną stymulację bębna i wideookulografię, a tym samym umożliwia precyzyjną ocenę selektywności cech zachowania i jego plastyczności adaptacyjnej.

Kwantyfikacja selektywności cech wzrokowych odruchu optokinetycznego u myszy

The optokinetic reflex (OKR) is an essential innate eye movement that is triggered by the global motion of the visual environment and serves to stabilize ...

Interesuje nas wydolność układu wzrokowego w mysim modelu zdrowia i choroby. Obecnie używamy odruchu optokinetycznego, w skrócie OKR, który jest mimowolnym ruchem gałek ocznych, który służy do stabilizacji obrazów siatkówki, aby zrozumieć, w jaki sposób układ wzrokowy przyczynia się do procesów adaptacyjnych w wrodzonych zachowaniach wzrokowych. Badania z wykorzystaniem modelu OKR poszerzyły naszą wiedzę na temat wrodzonego zachowania i plastyczności, wykazując, że długotrwała stymulacja wzrokowa lub upośledzona przez podobny odruch oczny może zwiększyć amplitudę zachowania, a także badając leżące u jej podstaw mechanizmy molekularne, synaptyczne i wydzielnicze.Połączyliśmy wideookulografię i skomputeryzowaną wirtualną stymulację wizualną, aby precyzyjnie określić ilościowo zachowanie wywoływane przez OKR poprzez obcinanie z dowolnie zmieniającymi się parametrami. Ta procedura jest stosunkowo prosta i może być ustandaryzowana, aby dostosować się do badań na dużą skalę. Nasz protokół dokładnie analizuje kształty krzywych strojenia i preferowane cechy wizualne, wykrywa subtelne różnice w normalnych i patologicznych stanach, a także może monitorować zmiany OKR spowodowane leczeniem farmakologicznym lub wizualnym uczeniem motorycznym.Wysoka precyzja i moc ilościowa umożliwiają porównywanie powtarzalnych pomiarów OKR tych samych myszy w badaniach podłużnych i ich różnych zabiegach farmakologicznych lub przy zachowaniu obwodów nerwowych. Daje również możliwość badania obwodów nerwowych i mechanizmów obwodów plastyczności OKR. Po znieczuleniu myszy umieść ją na poduszce grzewczej, aby utrzymać temperaturę ciała.Nałóż warstwę nawilżającej maści do oczu na oba oczy i przykryj je folią aluminiową, aby chronić je przed światłem, a następnie wstrzyknij podskórnie karprofen w dawce 20 miligramów na kilogram, aby zmniejszyć ból. Zwilż futro na czubku czaszki 4% glukonianem chlorheksydyny i ogol obszar. Dwukrotnie zdezynfekuj odsłoniętą skórę głowy za pomocą 70% alkoholu izopropylowego i alkoholu chlorheksydynowego.Następnie należy wstrzyknąć bupiwakainę podskórnie w miejsce nacięcia, a następnie usunąć skórę głowy nożyczkami, aby odsłonić grzbietową powierzchnię czaszki, w tym tylną kość czołową, kość ciemieniową i kość międzyciemieniową. Nałóż kilka kropli 1% lidokainy i od jednej do 100 000 epinefryny na odsłoniętą czaszkę, aby zmniejszyć miejscowy ból i krwawienie. następnie zeskrob czaszkę łyżeczką Meyhoefera, aby usunąć powięź i wyczyść ją PBS.Delikatnie wdmuchnij sprężone powietrze na powierzchnię czaszki, aż wilgoć zniknie, a kość zmieni kolor na białawy, a następnie nałóż cienką warstwę super kleju na odsłoniętą powierzchnię czaszki, w tym krawędź przeciętej skóry głowy, a następnie warstwę żywicy akrylowej. Teraz umieść drążek na głowę ze stali nierdzewnej wzdłuż linii środkowej na szczycie czaszki i nałóż więcej żywicy akrylowej, zaczynając od krawędzi drążka na głowę, aż jego podstawa zostanie całkowicie osadzona w żywicy akrylowej. Odczekaj około 15 minut, aż żywica akrylowa stwardnieje.Podskórnie wstrzyknąć jeden mililitr roztworu Ringera z mleczanami, a następnie umieścić mysz z powrotem w klatce umieszczonej na poduszce grzewczej, aż zwierzę będzie w pełni mobilne. Po ustawieniu wirtualnego bębna i wideookulografii przymocuj głowę zwierzęcia do niestandardowej sceny. Dostosuj nachylenie głowy tak, aby lewe i prawe oko były wyrównane, a kąciki nosa i skroniowe oczu były wyrównane poziomo.Przenieś stolik ze zwierzęciem umocowanym na głowie na środek pomieszczenia utworzonego przez trzy monitory. Otwórz oprogramowanie do śledzenia ruchu gałek ocznych i kliknij opcję swobodnego biegu, a następnie kliknij przycisk uruchamiania, aby włączyć kamerę. Dostosuj pozycję prawego oka, aż pojawi się na środku filmu.Obróć ramię kamery do lewego skrajnego końca, a następnie ręcznie przesuń pozycję prawego oka zwierzęcia na płaszczyznę poziomą prostopadłą do osi optycznej z precyzyjną regulacją etapu translacyjnego 2D, aż odbicie rogówki X znajdzie się w poziomym środku obrazu. Teraz obróć ramię kamery na drugi koniec, a jeśli odbicie rogówki X ucieka od środka obrazu, przesuń prawe oko wzdłuż osi optycznej z precyzyjną regulacją, aż odbicie rogówki X znajdzie się na środku. Powtórz kilka razy, aż odbicie rogówki X pozostanie pośrodku, gdy ramię aparatu kołysze się w lewo i w prawo.Kliknij przycisk kalibracji, a następnie przycisk uruchom. Włącz diodę LED odbicia rogówki Y i zapisz jej położenie na wideo, a następnie przełącz się na diodę LED odbicia rogówki X i zarejestruj jej pozycję. Aby zmierzyć promień obrotu źrenicy, obróć ramię kamery do lewego końca.Nagraj pozycje źrenicy i odbicia rogówki X na filmie, klikając prawym przyciskiem myszy, a następnie obróć ramię kamery w prawo. Nagraj pozycje źrenicy i X odbicia rogówki na filmie. Na podstawie zarejestrowanych wartości oblicz promień obrotu źrenicy, RP, korzystając z tego wzoru.Aby rozwinąć zależność między obrotem źrenicy a średnicą źrenicy, wyreguluj luminancję monitorów od zera do 160 kandeli na metr kwadratowy, aby kontrolować rozmiar źrenicy i rejestrować średnicę źrenicy dla każdej wartości luminancji. Dla każdej wartości luminancji zmierz promień obrotu źrenicy od ośmiu do 10 razy i zapisz średnicę źrenicy. Następnie użyj regresji liniowej, aby przeanalizować zależność między promieniem obrotu źrenicy RP a średnicą źrenicy oraz wyprowadzić nachylenie i punkt przecięcia modelu liniowego.Po zamocowaniu główki myszy w statywie i skalibrowaniu ruchów gałek ocznych, zablokuj ramię kamery w pozycji środkowej. Uruchom oprogramowanie do stymulacji wzrokowej i śledzenia ruchu gałek ocznych. W przypadku fototopowego pomiaru OKR upewnij się, że krata bębna oscyluje poziomo zgodnie z trajektorią sinusoidalną.W przypadku skotopowego OKR, aby uzyskać skotopową stymulację wizualną, przykryj ekran każdego monitora niestandardowym filtrem wykonanym z pięciu warstw folii o neutralnej gęstości 1,2 i wyłącz światło w pomieszczeniu. Nałóż jedną kroplę roztworu pilokarpiny na prawe oko i odczekaj 15 minut, aby zmniejszyć źrenicę do odpowiedniego rozmiaru do śledzenia wzroku w warunkach skotopowych. Upewnij się, że kropla pozostaje na oku i nie jest wycierana przez mysz.Następnie przepłucz prawe oko solą fizjologiczną, aby dokładnie zmyć roztwór pilokarpiny. Na koniec opuść kurtynę, aby całkowicie uszczelnić obudowę, co zapobiega zakłócaniu widzenia skotopowego przez rozproszone światło. Uruchom oprogramowanie do stymulacji wzrokowej i śledzenia ruchu gałek ocznych.W przypadku skotopowego pomiaru OKR upewnij się, że krata bębna dryfuje ze stałą prędkością od lewej do prawej, w kierunku skroniowym nosa wokół lewego oka. Wzmocnienie OKR różniło się w zależności od wartości częstotliwości przestrzennej, częstotliwości oscylacji i kierunku ruchu siatki. Krzywa dostrajania częstotliwości przestrzennej zachowania OKR osiągnęła szczyt przy pośredniej częstotliwości przestrzennej wynoszącej 0,16 cykli na stopień.Krzywa strojenia częstotliwości oscylacji monotonicznie zmniejszała się wraz ze wzrostem częstotliwości oscylacji kraty bębna. Horyzontalny OKR może być również indukowany przez siatki poruszające się w różnych kierunkach, ale najsilniejsze poziome zachowanie OKR było wywoływane przez skroniowy ruch nosa. Po 45 minutach ciągłej stymulacji OKR-ów amplituda zachowania OKR-ów uległa znacznemu wzmocnieniu.

quantification-visual-feature-selectivity-optokinetic-reflex

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Wideookulografia jest bardzo ilościową metodą badania sprawności motorycznej oczu, a także uczenia się motorycznego. W niniejszym materiale opisujemy sposób przeprowadzania wideookulografii u myszy. Zastosowanie tej techniki u myszy zdrowych, leczzonych farmakologicznie lub modyfikowanych genetycznie stanowi potężne narzędzie badawcze do zgłębiania fizjologii leżącej u podstaw zachowań motorycznych.

Wideookulografia u myszy

Ten film opisuje test odpowiedzi optokinetycznej u danio pręgowanego. Film mierzy odruchowe ruchy gałek ocznych w oparciu o bodźce wzrokowe poruszające się i określa ostrość wzroku u danio pręgowanego.

Test odpowiedzi optokinetycznej: metoda pomiaru ostrości wzroku u danio pręgowanego

Danio pręgowany były cennym narzędziem w wielu obszarach badawczych. Tutaj demonstrujemy metodę wywoływania reakcji wzrokowej i obliczania funkcjonalnej ostrości wzroku u dorosłego danio pręgowanego.

Odpowiedź optokinetyczna jako ilościowa miara ostrości wzroku u danio pręgowanego

Przedstawiono szczegółowy protokół oceny odczytów strukturalnych i wizualnych u gryzoni za pomocą optycznej koherentnej tomografii i odpowiedzi optokinetycznej. Wyniki dostarczają cennych informacji dla badań okulistycznych i neurologicznych.

Wykorzystanie optycznej tomografii koherentnej i odpowiedzi optokinetycznej jako strukturalnych i funkcjonalnych odczytów układu wzrokowego u myszy i szczurów

Aby zbadać wzrok myszy, przeprowadziliśmy nadciągający test. Myszy umieszczono na dużej kwadratowej arenie z monitorem na suficie. Zbliżający się bodziec wizualny konsekwentnie wywoływał u myszy reakcje zamrożenia lub ucieczki.

Wykorzystanie zbliżających się bodźców wzrokowych do oceny wzroku myszy

Opisujemy tutaj PyOKR, półautomatyczną metodę analizy ilościowej, która bezpośrednio mierzy ruchy gałek ocznych wynikające z wizualnych reakcji na dwuwymiarowy ruch obrazu. Interfejs użytkownika i algorytm analizy oparty na języku Python pozwalają na większą przepustowość i dokładniejsze pomiary ilościowe parametrów śledzenia ruchu gałek ocznych niż poprzednie metody.

PyOKR: Półautomatyczna metoda ilościowego określania zdolności śledzenia odruchów optokinetycznych

Protokół opisuje, jak zmierzyć odpowiedź optomotoryczną u wiewiórek ziemnych z 13 rzędami, gatunkiem z dominacją stożków z cechami siatkówki przypominającymi ludzką plamkę żółtą. Konstrukcja platformy usprawnia obsługę i zmniejsza niepokój, poprawiając zdolność zwierzęcia do pozostawania na podniesionej platformie, umożliwiając nieinwazyjną ocenę zmian w funkcjach wzrokowych.

Nieawersyjne unieruchomienie zwierząt umożliwiające rejestrację odruchu optomotorycznego u wiewiórek ziemnych

Prezentujemy metodę analizy elektroretinograficznej (ERG) larw danio pręgowanego z wykorzystaniem technik mikromanipulacji i elektroretinografii. Jest to prosta i nieskomplikowana metoda oznaczania funkcji wzrokowych larw danio pręgowanego in vivo.

Elektroretinogram Analiza odpowiedzi wzrokowej u larw danio pręgowanego

Ex vivo ERG może być używany do rejestrowania aktywności elektrycznej komórek siatkówki bezpośrednio z izolowanych nienaruszonych siatkówk zwierząt lub ludzi. Pokazujemy tutaj, jak powszechne systemy ERG in vivo można dostosować do zapisów ERG ex vivo w celu zbadania aktywności elektrycznej komórek siatkówki.

Jednoczesne badanie funkcjonalne ex vivo dwóch siatkówk za pomocą systemu elektroretinogramu in vivo

Ogniskowa demienizacja jest indukowana w nerwie wzrokowym za pomocą mikroiniekcji lizolecytyny. Wzrokowe potencjały wywołane są rejestrowane za pomocą elektrod czaszkowych wszczepionych w korę wzrokową w celu zbadania przewodzenia sygnału wzdłuż szlaku wzrokowego in vivo. Protokół ten szczegółowo opisuje procedury chirurgiczne leżące u podstaw implantacji elektrod i mikroiniekcji nerwu wzrokowego.

Wizualny zapis potencjału wywołanego w szczurzym modelu eksperymentalnej demielinizacji nerwu wzrokowego

Poznaj metodę kwantyfikacji odruchu optokinetycznego u myszy przy użyciu wideo-okulografii i wirtualnej stymulacji wizualnej. Protokół umożliwia precyzyjną analizę plastyczności układu wzrokowego.

Kwantyfikacja selektywności cech wzrokowych odruchu optokinetycznego u myszy

Przeglądaj więcej filmów