Summary
Burada, optokinetik refleksi ölçmek için standart bir protokol açıklıyoruz. Sanal davul stimülasyonunu ve video-okülografiyi birleştirir ve böylece davranışın özellik seçiciliğinin ve uyarlanabilir plastisitesinin hassas bir şekilde değerlendirilmesine izin verir.
Abstract
Optokinetik refleks (OKR), görsel ortamın küresel hareketi tarafından tetiklenen ve retina görüntülerini stabilize etmeye yarayan doğuştan gelen önemli bir göz hareketidir. OKR, önemi ve sağlamlığı nedeniyle görsel-motor öğrenmeyi incelemek ve farklı genetik geçmişlere, yaşlara ve ilaç tedavilerine sahip farelerin görsel işlevlerini değerlendirmek için kullanılmıştır. Burada, kafası sabit farelerin OKR yanıtlarını yüksek doğrulukla değerlendirmek için bir prosedür sunuyoruz. Baş fiksasyonu, vestibüler stimülasyonun göz hareketleri üzerindeki katkısını ekarte edebilir ve sadece görsel hareketle tetiklenen göz hareketlerini ölçmeyi mümkün kılar. OKR, üç bilgisayar monitöründe sunulan dikey bir ızgaranın salınımlı bir şekilde yatay olarak veya sabit bir hızda tek yönlü olarak sürüklendiği sanal bir tambur sistemi tarafından ortaya çıkarılır. Bu sanal gerçeklik sistemi ile uzamsal frekans, zamansal/salınım frekansı, kontrast, parlaklık ve ızgaraların yönü gibi görsel parametreleri sistematik olarak değiştirebilir ve görsel özellik seçiciliğinin ayar eğrilerini ölçebiliriz. Yüksek hızlı kızılötesi video-okülografi, göz hareketlerinin yörüngesinin doğru bir şekilde ölçülmesini sağlar. Bireysel farelerin gözleri, farklı yaş, cinsiyet ve genetik geçmişe sahip hayvanlar arasındaki OKR'leri karşılaştırma fırsatları sağlamak için kalibre edilmiştir. Bu tekniğin nicel gücü, bu davranış yaşlanma, duyusal deneyim veya motor öğrenme nedeniyle plastik olarak uyum sağladığında OKR'deki değişiklikleri tespit etmesine olanak tanır; Bu nedenle, bu tekniği oküler davranışların plastisitesini araştırmak için kullanılan araçların repertuarına değerli bir katkı sağlar.
Introduction
Çevredeki görsel uyaranlara yanıt olarak, gözlerimiz bakışımızı kaydırmak, retina görüntülerini stabilize etmek, hareketli hedefleri izlemek veya iki gözün fovealarını gözlemciden farklı mesafelerde bulunan hedeflerle hizalamak için hareket eder, bu da doğru görme için hayati önem taşır 1,2. Okülomotor davranışlar, en azından kısmen okülomotor sisteminbasitliği nedeniyle, sağlık ve hastalıktaki nöral devreleri anlamak için çekici sensorimotor entegrasyon modelleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır 3. Üç çift ekstraoküler kas tarafından kontrol edilen göz, sokette esas olarak karşılık gelen üç eksen etrafında döner: enine eksen boyunca yükselme ve çöküntü, dikey eksen boyunca addüksiyon ve abdüksiyon ve anteroposterior eksenboyunca burulma ve dışlanma 1,2. Bu kadar basit bir sistem, araştırmacıların farelerin okülomotor davranışlarını laboratuvar ortamında kolay ve doğru bir şekilde değerlendirmelerini sağlar.
Bir ana okülomotor davranış, optokinetik reflekstir (OKR). Bu istemsiz göz hareketi, retinadaki görüntülerin yavaş sürüklenmesi veya kayması ile tetiklenir ve bir hayvanın kafası veya çevresi hareket ederken retina görüntülerini stabilize etmeye yarar 2,4. Davranışsal bir paradigma olarak OKR, çeşitli nedenlerden dolayı araştırmacılar için ilginçtir. İlk olarak, güvenilir bir şekilde uyarılabilir ve doğru bir şekilde ölçülebilir 5,6. İkincisi, bu davranışı ölçme prosedürleri nispeten basit ve standartlaştırılmıştır ve büyük bir hayvan kohortunun görsel işlevlerini değerlendirmek için uygulanabilir7. Üçüncüsü, bu doğuştan gelen davranış oldukça plastiktir 5,8,9. Tekrarlayan retina kaymaları uzun süre meydana geldiğinde 5,8,9 veya vestibüler girdi2 tarafından tetiklenen retina görüntülerini stabilize etmenin başka bir mekanizması olan çalışma ortağı vestibüler oküler refleks (VOR) bozulduğunda amplitüdügüçlendirilebilir 5. OKR güçlendirmesinin bu deneysel paradigmaları, araştırmacıların okülomotor öğrenmenin altında yatan devre temelini ortaya çıkarmalarını sağlar.
Önceki çalışmalarda OKR'yi değerlendirmek için öncelikle iki non-invaziv yöntem kullanılmıştır: (1) fiziksel bir tamburile birleştirilmiş video-okülografi 7,10,11,12,13 veya (2) sanalbir tambur 6,14,15,16 ile birlikte kafa dönüşlerinin keyfi olarak belirlenmesi . Uygulamaları, okülomotor plastisitenin moleküler ve devre mekanizmalarını anlamada verimli keşifler yapmış olsa da, bu iki yöntemin her birinin, OKR'nin özelliklerini nicel olarak incelemedeki güçlerini sınırlayan bazı dezavantajları vardır. Birincisi, siyah beyaz çizgili veya noktalı baskılı desenlere sahip fiziksel tamburlar, görsel desenlerin kolay ve hızlı bir şekilde değiştirilmesine izin vermez, bu da OKR'nin hareketli ızgaraların uzamsal frekansı, yönü ve kontrastı gibi belirli görsel özelliklere bağımlılığının ölçülmesini büyük ölçüde kısıtlar 8,17. Bunun yerine, OKR'nin bu görsel özelliklere seçiciliğinin testleri, görsel özelliklerin denemeden denemeye kolayca değiştirilebildiği bilgisayarlı görsel stimülasyondan yararlanabilir. Bu şekilde, araştırmacılar çok boyutlu görsel parametre uzayında OKR davranışını sistematik olarak inceleyebilirler. Ayrıca, OKR testinin ikinci yöntemi, yalnızca fark edilebilir OKR'leri tetikleyen görsel parametrelerin eşiklerini bildirir, ancak göz veya baş hareketlerinin genliklerinibildirmez 6,14,15,16. Bu nedenle, nicel gücün olmaması, ayar eğrilerinin şeklini ve tercih edilen görsel özellikleri analiz etmeyi veya normal ve patolojik koşullarda tek tek fareler arasındaki ince farklılıkları tespit etmeyi önler. Yukarıdaki sınırlamaların üstesinden gelmek için, son çalışmalarda OKR davranışını test etmek için video-okülografi ve bilgisayarlı sanal görsel stimülasyonbirleştirilmiştir 5,17,18,19,20. Bununla birlikte, daha önce yayınlanan bu çalışmalar yeterli teknik detay veya adım adım talimat sağlamamıştır ve sonuç olarak araştırmacıların kendi araştırmaları için böyle bir OKR testi oluşturmaları hala zordur.
Burada, video-okülografi ve bilgisayarlı sanal görsel stimülasyon kombinasyonu ile fotopik veya skotopik koşullar altında OKR davranışının görsel özellik seçiciliğini kesin olarak ölçmek için bir protokol sunuyoruz. Fareler, vestibüler stimülasyonun uyandırdığı göz hareketinden kaçınmak için kafaya sabitlenir. Değişen görsel parametrelerle hareketli ızgaraları izleyen farelerin oküler hareketlerini kaydetmek için yüksek hızlı bir kamera kullanılır. Tek tek farelerin gözbebeklerinin fiziksel boyutu, göz hareketlerinin açısının türetilmesinin doğruluğunu sağlamak için kalibre edilir21. Bu nicel yöntem, farklı yaşlardaki veya genetik geçmişteki hayvanlar arasında OKR davranışının karşılaştırılmasına veya farmakolojik tedavilerin veya görsel-motor öğrenmenin neden olduğu değişikliğin izlenmesine olanak tanır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu çalışmada gerçekleştirilen tüm deneysel prosedürler, Toronto Üniversitesi Hayvan Bakım Komitesi ve Kanada Hayvan Bakımı Konseyi tarafından belirlenen yönergelere uygun olarak Biyolojik Bilimler Yerel Hayvan Bakım Komitesi tarafından onaylanmıştır.
1. Kafatasının üstüne bir kafa çubuğunun implantasyonu
NOT: VOR davranışının göz hareketlerine katkısını önlemek için, OKR testi sırasında farenin başı hareketsiz hale getirilir. Bu nedenle, kafatasının üstüne cerrahi olarak bir kafa çubuğu implante edilir.
- Bir fareyi (2-5 aylık dişi ve erkek C57BL / 6) bir gaz odasında% 4 izofluran (v / v) veO2 karışımı ile uyuşturun. Fareyi özelleştirilmiş bir ameliyat platformuna aktarın ve izofluran konsantrasyonunu% 1.5 -% 2'ye düşürün. Ameliyat boyunca ayak parmağı sıkışma tepkisini ve solunum hızını kontrol ederek anestezi derinliğini izleyin.
- Vücut ısısını korumak için hayvanın vücudunun altına bir ısıtma yastığı yerleştirin. Kurumasını önlemek için her iki göze de bir kat kayganlaştırıcı göz merhemi sürün. Işık aydınlatmasından korumak için gözleri alüminyum folyo ile örtün.
- Ağrıyı azaltmak için deri altına 20 mg / kg'lık bir dozda carprofen enjekte edin. Kürkü klorheksidin glukonat cilt temizleyici ile ıslattıktan sonra, kürkü kafatasının üstüne tıraş edin. Açıkta kalan saç derisini iki kez% 70 izopropil alkol ve klorheksidin alkol ile dezenfekte edin.
- Bupivakain (8 mg / kg) insizyon bölgesine deri altına enjekte edin, ardından posterior frontal kemik, parietal kemik ve interparietal kemik dahil olmak üzere kafatasının dorsal yüzeyini ortaya çıkarmak için kafa derisini (~ 1 cm2) makasla çıkarın.
- Lokal ağrıyı ve kanamayı azaltmak için açıkta kalan kafatasına birkaç damla% 1 lidokain ve 1: 100.000 epinefrin uygulayın. Fasyayı çıkarmak için kafatasını bir Meyhoefer küret ile kazıyın ve fosfat tamponlu salin (PBS) ile temizleyin.
NOT: Temporalis kası, bir kafa çubuğunun bağlanması için yüzey alanını artırmak için kafatasından ayrılır. - Nem gidene ve kemik beyazımsı hale gelene kadar kafatası yüzeyine doğru hafifçe basınçlı hava üfleyerek kafatasını kurutun. Kesilen kafa derisinin kenarı da dahil olmak üzere kafatasının açıkta kalan yüzeyine ince bir süper yapıştırıcı tabakası ve ardından bir akrilik reçine tabakası uygulayın.
NOT: Süper yapıştırıcı uygulanmadan önce kafatasının yüzeyinin kan veya sudan arındırılmış olması gerekir. - Kafatasının üstündeki orta hat boyunca paslanmaz çelik bir kafa çubuğu (bkz. Şekil 1A) yerleştirin. Baş çubuğunun kenarından başlayarak, baş çubuğunun tabanı akrilik reçineye tamamen gömülene kadar daha fazla akrilik reçine uygulayın. Kalınlığı oluşturmak için akrilik reçineyi iki veya üç kez uygulayın.
- Akrilik reçine sertleşene kadar yaklaşık 15 dakika bekleyin. Deri altından 1 mL laktasyonlu zil çözeltisi enjekte edin. Ardından, hayvan tamamen hareket edene kadar fareyi bir ısıtma yastığına yerleştirilmiş bir kafese geri koyun.
- Farenin ameliyattan sonra en az 5 gün boyunca ev kafesinde iyileşmesine izin verin. Hayvan iyi durumda olduğunda, kafa fiksasyonuna ve deney ortamına alışması için OKR kurulumunda kafasını 15-30 dakika boyunca kafa çubuğuyla sabitleyin. Alıştırmayı en az 3 gün boyunca günde bir kez tekrarlayın.
2. Sanal tambur ve video-okülografinin kurulumu
- Görsel alanda azimutun ~270°'sini ve yüksekliğin 63°'sini kaplayan kare bir muhafaza oluşturmak için üç monitörü birbirine dik olarak monte edin (Şekil 1B solda).
- Ayrı bir grafik kartıyla, tüm monitörler arasında senkronizasyon sağlamak için üç monitörü basit bir ekranda birleştirin.
- Monitörlerin parlaklığını aşağıda açıklandığı gibi kalibre edin.
- Monitörlerin bağlı olduğu bilgisayarı açın ve 15 dakika bekleyin. Sabit parlaklığa sahip olmak için ısınma şarttır.
- Monitördeki parlaklık ayarını 25'lik adımlarla 0'dan 100'e sistematik olarak değiştirin.
- Her parlaklık değeri için, monitörlerin parlaklığını çeşitli piksel değerleri altında (0-255, 15'lik adımlar) bir parlaklık ölçer ile ölçün.
- Doğrusal regresyon ile 255 piksel değeri için parlaklık ve parlaklık arasındaki ilişkiyi uygun hale getirin ve 160 cd/m2'ye neden olan parlaklık değerini tahmin edin.
- Işıklılık ölçümünde kullanılan her piksel değeri için (adım 2.3.3), doğrusal regresyona dayalı olarak adım 2.3.4'te türetilen parlaklık değeri için ışıklılığı tahmin edin. Gama faktörü γ veA katsayısını türetmek için yeni parlaklık değerleri kümesi (2.3.4'te türetilen parlaklık değeri altında) ile bunlara karşılık gelen piksel değerleri arasındaki ilişkiyi uydurmak için lum = A * piksel γ güç işlevini kullanın. Bunlar, istenen parlaklık değerlerine sahip sinüzoidal ızgaralar oluşturmak için kullanılacaktır.
- Parlaklık değerlerinin aynı piksel değeri için aynı olduğundan emin olmak için üç monitörün de parlaklığını adım 2.3.4'te türetilen değerlere ayarlayın.
- Aşağıda açıklandığı gibi görsel stimülasyon araç seti ile OKR davranışını uyarmak için kullanılan sanal bir tambur oluşturun.
- Monitörlerde dikey bir sinüzoidal ızgara sunun ve ızgaranın göz üzerindeki projeksiyonunun sabit uzamsal frekansa sahip olmasını sağlamak için azimut boyunca periyodu (şeritler arasındaki boşluk) ayarlayın (tambur ızgarası; Şekil 1B, orta ve sağ).
- Hayvanın kafasının muhafazanın ortasına sabitlendiğinden emin olun, böylece ızgaranın sanal tamburun yüzeyi boyunca sabit bir uzamsal frekansa sahip olduğunu görür.
- Görsel stimülasyon kodlarında salınım genliği, uzamsal frekans, zamansal/salınım frekansı, yön, kontrast vb. gibi hareketli ızgara parametrelerini değiştirin. İki tür görsel hareket kullanın: (1) ızgara, sinüzoidal bir işlevi takiben salınımlı bir şekilde saat yönünde veya saat yönünün tersine kayar:
Burada, Amp tambur yörüngesinin genliğidir, f salınım frekansıdır ve t zamandır (salınım genliği: 5°; ızgara uzamsal frekansı: 0.04-0.45 cpd; salınım frekansı: 0.1-0.8 Hz, uyaranın 3.14-25.12 °/s'lik bir tepe hızına karşılık gelir [davul hızı = Amp x 2π x f x cos (2π x f x t); kontrast: 80%-100%; ortalama parlaklık: 35-45 cd/m2; (2) ızgara sabit bir hızda tek yönlü olarak sürüklenir:
(Uzamsal frekans: 0.04-0.64 cpd; zamansal frekans: 0.25-1 Hz; tambur hızı = zamansal frekans/uzamsal frekans.)
- Video-okülografiyi aşağıda açıklandığı gibi ayarlayın.
- Hayvanın görme alanının tıkanmasını önlemek için, sağ gözün görüntüsünü oluşturmak için orta hattan 60° uzağa bir kızılötesi (IR) ayna yerleştirin.
- Sağ gözün görüntüsünü yakalamak için farenin arkasına sağ tarafa bir IR kamera yerleştirin (Şekil 1C solda).
- Yüksek hızlı IR kamerayı, kameranın sağ gözün görüntüsü etrafında ± 10° dönmesini sağlayan bir kamera koluna monte edin (Şekil 1C sağda).
- Video-okülografi ve görsel stimülasyonun zamanlamasını senkronize etmek için bir elektrik sinyali sağlamak için monitörlerden birine bağlı bir fotodiyot kullanın.
- Gözün IR aydınlatmasını sağlamak için sağ gözün etrafına deveboynu kolları tarafından desteklenen dört IR ışık yayan diyot (LED) yerleştirin.
- Kornea yansıması (CR) referansları sağlamak için kameraya iki IR LED'i yerleştirin: biri kameranın üzerine sabitlenmiştir (X-CR), diğeri ise kameranın sol tarafındadır (Y-CR; Şekil 1D).
- Video-okülografi sisteminin optik büyütmesini bir kalibrasyon slaytı ile ölçün.
NOT: Referans CR'ler, göz açısı rotasyonel göz hareketlerine göre hesaplandığında translasyonel göz hareketlerini iptal etmek için kullanılır.
- Hayvanın kafasını, aşağıda açıklandığı gibi, monitörler tarafından oluşturulan muhafazanın ortasına sabitleyin.
- Hayvanın kafasını kafa plakası ile teçhizatın ortasına sabitleyin ve öne bakmasını sağlayın. Başın eğimini, sol ve sağ gözler aynı hizada olacak ve gözlerin burun ve şakak köşeleri yatay olarak hizalanacak şekilde ayarlayın (Şekil 1E).
- Hayvanın kafasını, kafa sabitleme aparatı tarafından sağlanan kaba ayar ve 2D öteleme aşaması tarafından sağlanan ince ayar ile yatay olarak ve hayvanın sağ gözü kameranın canlı videosunda görünene kadar kafa sabitleme aparatı ve bir direk/direk tutucu çifti aracılığıyla dikey olarak hareket ettirin. Göz hareketlerinin kalibrasyonu ve ölçümünden önce, sıcak ayna tarafından yansıtılan hayvanın sağ gözünün görüntüsünü kamera kolunun pivot noktasıyla kaplayın (aşağıdaki adım 3.4'teki ayrıntılara bakın).
- Oda ışığını engellemek için OKR teçhizatının etrafına özelleştirilmiş bir muhafaza oluşturun (Şekil 1F).
3. Göz hareketlerinin kalibrasyonu
NOT: Rotasyonel göz hareketleri, göz bebeğinin hareketlerine ve göz bebeği hareketlerinin yörünge yarıçapına göre hesaplanır (Rp, göz bebeğinin merkezinden göz küresinin merkezine olan mesafe). Her bir fare için bu yarıçap deneysel olarakölçülür 21.
- Hayvanın kafasını, adım 2.6.1'de açıklandığı gibi üç monitörün oluşturduğu muhafazanın ortasına sabitleyin.
- Kamerayı açın ve tek tip IR aydınlatması elde etmek için sağ gözü çevreleyen dört LED'i ayarlayın.
- Görsel kılavuzda, adım 2.6.2'de açıklandığı gibi sağ gözün konumunu videonun ortasında görünene kadar ayarlayın.
- Sağ gözün sanal görüntüsünü, aşağıda açıklandığı gibi kamera kolunun pivot noktasıyla hizalayın.
- Kamera kolunu manuel olarak sol uç uca (-10°) döndürün. X-CR görüntünün yatay merkezinde olana kadar, 2B öteleme aşamasının (Şekil 1C, yeşil ok) ince ayarıyla hayvanın sağ göz konumunu optik eksene dik yatay düzlemde manuel olarak hareket ettirin.
- Kamera kolunu manuel olarak diğer uca (+10°) döndürün. X-CR görüntünün merkezinden uzaklaşırsa, X-CR merkeze gelene kadar sağ gözü ince ayarlarla optik eksen boyunca hareket ettirin (Şekil 1C, mavi ok).
- 3.4.1-3.4.2 adımlarını, kamera kolu sola ve sağa doğru sallandığında X-CR merkezde kalana kadar birkaç kez tekrarlayın. Sağ göz bir tekrarın ortasında hareket ederse, ayarlama işlemini yeniden başlatın.
- Kamera kolunu merkezi konumda kilitledikten sonra Y-CR ve X-CR arasındaki dikey mesafeyi ölçün. Y-CR LED'ini açın ve konumunu videoya kaydedin ve ardından X-CR LED'ine geçin ve konumunu kaydedin.
NOT: Y-CR ve X-CR arasındaki dikey mesafe, yalnızca X-CR LED'inin yandığı göz hareketlerinin ölçümü sırasında Y-CR'nin konumunu elde etmek için kullanılacaktır. - Aşağıda açıklandığı gibi göz bebeği dönüşünün yarıçapını Rp ölçün.
- Kamera kolunu sol uca (-10°) döndürün ve videoda göz bebeğinin (Pp1) ve X-CR'NIN (PCR1) konumlarını kaydedin.
- Ardından, kamera kolunu sağ uca (+10°) döndürün ve videoda göz bebeğinin (Pp2) ve X-CR'NIN (PCR2) konumlarını kaydedin. Bu adımı birkaç kez tekrarlayın.
NOT: Hayvanın sağ gözünün her tekrar sırasında sabit kalması gerekir, böylece filmdeki göz bebeği hareketlerinin miktarı kamera kolunun sallanma derecesini doğru bir şekilde yansıtır. - Yukarıda kaydedilen değerlere dayanarak, aşağıdaki formülle öğrenci rotasyon yarıçapını Rp (Şekil 2A) hesaplayın:
NOT: Fiziksel alandaki kornea yansıması ile göz bebeği merkezi arasındaki mesafe, filmdeki mesafelerine göre hesaplanır:
PCR - Pp = filmdeki piksel sayısı x kamera çipinin piksel boyutu x büyütme
- Aşağıda açıklandığı gibi Rp ve göz bebeği çapı arasındaki ilişkiyi geliştirin. Rp, göz bebeği genişlediğinde veya daraldığında değişir; yakın olarak, değeri göz bebeği büyüklüğü ile ters orantılıdır (Şekil 2B üstte).
- Göz bebeği boyutunu düzenlemek için monitörlerin parlaklığını sistematik olarak 0 ila 160 cd/m2 arasında değiştirin.
- Her parlaklık değeri için 3.6 adımını 8-10 kez tekrarlayın ve göz bebeğinin çapını kaydedin.
- Eğimi ve kesişimi elde etmek için yukarıda ölçülen değerlere dayalı olarak Rp ve göz bebeği çapı arasındaki ilişkiye doğrusal regresyon uygulayın (Şekil 2B alt).
NOT: Ara sıra yapılan göz hareketlerinden kaynaklanan aykırı değerler, doğrusal uygulamadan önce giderilir. Birden fazla seansta tekrarlanan ölçümler için, deney sırasında gözü büyümedikçe, kalibrasyonun bir hayvan için yalnızca bir kez yapılması gerekir.
4. OKR'nin göz hareketlerini kaydedin
- 3.1-3.4 adımlarını izleyerek teçhizattaki bir farenin kafasını düzeltin. Kalibrasyon yapıldıktan hemen sonra kayıt gerçekleşirse bu adımı atlayın. Kamera kolunu merkezi konumda kilitleyin.
- Monitörleri ve hayvanı aşağıda açıklandığı gibi skotopik OKR için ayarlayın. Fotopik OKR için bu adımı atlayın.
- Her monitörün ekranını, beş kat 1,2 nötr yoğunluklu (ND) filmden oluşan özelleştirilmiş bir filtreyle kaplayın. Filtre ile monitör arasındaki boşluktan ışık sızmadığından emin olun.
- Oda ışığını kapatın. Aşağıdaki adımlar bir IR gözlüğü yardımıyla yapılır.
- Sağ göze bir damla pilokarpin solüsyonu (salin içinde% 2) uygulayın ve 15 dakika bekleyin. Damlanın gözde kaldığından ve fare tarafından silinmediğinden emin olun. Solüsyon hayvan tarafından silinirse, başka bir damla pilokarpin solüsyonu uygulayın. Bu, göz bebeğini skotopik durum altında göz takibi için uygun bir boyuta küçültür.
NOT: Skotopik durumda, göz bebeği önemli ölçüde genişler, böylece kenarı kısmen göz kapağının arkasına gizlenir. Bu, video-okülografi ile öğrenci merkezini tahmin etmenin kesinliğini etkiler. Farmakolojik olarak sağ gözün göz bebeğinin küçültülmesi görsel girdisini azaltır ve böylece görsel uyaranlar sol göze sunulur. - Pilokarpin çözeltisini iyice yıkamak için sağ gözü tuzlu su ile durulayın. Muhafazayı tamamen kapatmak için perdeyi aşağı çekin, bu da başıboş ışığın skotopik görüşe müdahale etmesini önler.
- OKR testine başlamadan önce hayvana skotopik ortama tam olarak uyum sağlaması için 5 dakika verin.
- Görsel stimülasyon yazılımını ve göz izleme yazılımını çalıştırın. Fotopik OKR ölçümü için, tambur ızgarasının sinüzoidal bir yörünge ile yatay olarak salındığından emin olun; skotopik OKR ölçümü için, tambur ızgarasının sol göze göre temporo-nazal yön olan soldan sağa sabit bir hızda kaydığından emin olun.
NOT: Sağ gözün göz bebeği, ancak sol gözün değil, skotopik durum altında pilokarpin tarafından küçültüldüğünde, salınımlı tambur stimülasyonu ile ortaya çıkan OKR oldukça asimetriktir. Böylece skotopik OKR ölçümü için sağ gözün hareketi izlenirken sol göz uyarılır. - Göz izleme yazılımı, her kare için göz bebeği boyutunu, CR konumunu ve göz bebeği konumunu otomatik olarak ölçer ve aşağıdaki formüle göre göz konumu açısını hesaplar (Şekil 2C):
Burada, P CR,CR pozisyonu, P p göz bebeği pozisyonu ve Rp göz bebeği rotasyonunun yarıçapıdır. Fiziksel alandaki kornea yansıması ile göz bebeği merkezi arasındaki mesafe, filmdeki mesafelerine göre hesaplanır:
PCR - Pp = filmdeki piksel sayısı x kamera çipinin piksel boyutu x büyütme
Karşılık gelen göz bebeği boyutunun Rp'si, adım 3.7.3'teki doğrusal regresyon modeline dayalı olarak türetilir (Şekil 2B altta).
5. OKR'nin göz hareketlerinin göz analiz yazılımı ile analizi
- Yüksek frekanslı gürültüyü gidermek için bir medyan filtre (filtre penceresi = 0,05 s) kullanarak göz izlerini işleyin (Şekil 3A orta).
- Sakkadları veya nistagmusu aşağıda tarif edildiği gibi çıkarın.
- Göz hareketlerinin birinci dereceden türevini hesaplayarak göz hızını tahmin edin (Şekil 3A altta). 50 °/s'lik bir hız eşiği uygulayarak sakkadları veya nistagmusu tanımlayın (Şekil 3A altta).
- Doğrusal regresyona dayalı olarak sakkadlardan veya nistagmustan önceki segmentten bu hızlı göz hareketleri sırasında göz pozisyonlarını tahmin ederek sakkadları veya nistagmusu değiştirin (Şekil 3B).
- Tambur ızgarası salınım yapıyorsa hızlı Fourier dönüşümü (Goertzel algoritması) ile OKR göz hareketlerinin genliğini hesaplayın (Şekil 3C) veya tambur ızgarası bir yönde sabit bir hızda hareket ediyorsa görsel stimülasyon sırasında göz hareketlerinin ortalama hızını hesaplayın (Şekil 3B alt).
NOT: Fourier dönüşümünden türetilen salınımlı göz hareketlerinin genliği, göz yörüngesinin sinüzoidal bir fonksiyonla takılmasından elde edilen genliğe benzer (Şekil 3D). - OKR kazancını hesaplayın. Salınımlı tambur hareketi için OKR kazancı, göz hareketlerinin genliğinin tambur hareketlerinin genliğine oranı olarak tanımlanır (Şekil 3C sağda). Tek yönlü tambur hareketi için OKR kazancı, göz hızının tambur ızgara hızına oranı olarak tanımlanır (Şekil 3B alt).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Yukarıda detaylandırılan prosedürle, OKR'nin çeşitli görsel özelliklere bağımlılığını değerlendirdik. Burada gösterilen örnek izlemeler, Ek Kodlama Dosyası 1'de sağlanan analiz kodları kullanılarak türetilmiştir ve örnek izleme ham dosyası Ek Kodlama Dosyası 2'de bulunabilir. Tambur ızgarası sinüzoidal bir yörüngede (0.4 Hz) sürüklendiğinde, hayvanın gözü otomatik olarak ızgaranın hareketini benzer bir salınımlı şekilde takip etti (Şekil 3B üst panel), OKR davranışınınkarakteristiği 2,5,8. Yatay eksendeki OKR göz hareketlerinin genliği hızlı Fourier dönüşümü ile elde edildi (Şekil 3C&D) ve OKR kazancı, göz hareketlerinin genliğinin ızgara hareketinin genliğine oranı olarak hesaplandı (Şekil 3C). OKR kazancı, uzamsal frekans, salınım frekansı ve hareket ızgarasının yönü değerlerine göre değişmiştir (Şekil 4A). İlk olarak, OKR davranışının uzamsal frekans ayarlama eğrisi ters bir V şekline sahipti ve 0.16 cpd'lik bir ara uzamsal frekansta zirve yaptı (Şekil 4A solda). İkincisi, salınım frekansı ayarlama eğrisi, tambur ızgarasının salınım frekansı arttıkça monoton olarak azaldı (Şekil 4A ortada), OKR davranışının düşük hızlı görsel harekete yanıt olarak en iyi sonucu verdiğini gösterir4. Salınım frekansı ayarlama eğrisinin hem genliği hem de şekli, farklı uzamsal frekanslarınızgaraları sunulurken değişmiştir 17. Üçüncüsü, yatay OKR, farklı yönlerde hareket eden ızgaralar tarafından da indüklenebilir (Şekil 4A sağda). En güçlü yatay OKR davranışı temporo-nazal hareket (0°) ile ortaya çıktı. Izgara sırasıyla 30° veya 60° eğik açılarda hareket ettiğinde temporo-nazal yönden (hem yukarı hem de aşağı) saptığında OKR kazancı ~%80'e veya maksimumun ~%30'una düştü ve ızgara dikey olarak yukarı veya aşağı hareket ettiğinde (90° ve 270°) yatay OKR kayboldu. Ayrıca, ayar eğrilerinin şekilleri parlaklık seviyesinden etkilenmiştir. Örneğin, hayvanlar, fotopik koşul altında 0.16 ve 0.32 cpd'lik uzamsal frekanslara yanıt olarak OKR davranışını iyi bir şekilde gerçekleştirdiler, ancak uzamsal frekans ayarlama eğrisi skotopik koşul altında sola doğru kaymıştır (Şekil 4B). Ayar eğrilerinin şeklini analiz etmek için, onları uygun matematiksel fonksiyonlarla eşleştiririz. Örneğin, uzamsal frekans ayarının tepe noktasını ve bant genişliğini tahmin etmek için Gauss fonksiyonu kullanılmıştır (Şekil 4C). Bu analizle, skotopik koşul altındaki ayar eğrisinin, fotopik koşula kıyasla tercih edilen uzamsal frekansta daha düşük bir değere sahip olduğunu bulduk. Yukarıda ayrıntıları verilen prosedür, OKR davranışının plastisitesini ölçmek için de kullanılabilir. 45 dakikalık sürekli OKR stimülasyonunu takiben, OKR davranışının genliği, önceki raporlarla tutarlı olarak önemli ölçüde güçlendirildi (Şekil 4D). Bu sonuçlar, okülomotor davranışların incelenmesinde bu protokolün uygulamalarını ve bu davranışlarda yer alan beyin devrelerini anlamadaki potansiyellerini göstermektedir.
Şekil 1: OKR teçhizatının kurulumu . (A) Başlık çubuğunun boyutları. (B) Sanal tambur sisteminin arkadan görünümü (sol) ve üstten görünümü (orta). Üç monitör birbirine dik olarak monte edilmiştir. Farenin başı kare muhafazanın ortasına yerleştirilir ve öne bakar. Görsel stimülasyon periyodu (çizgiler arasındaki boşluk), ızgaranın göz üzerindeki izdüşümünün sabit bir uzamsal frekansa sahip olmasını sağlamak için hayvanın gözüne azimuta göre değişir. Başka bir deyişle, ızgaranın uzamsal frekansı, ızgara sanal bir tamburun yüzeyi boyunca kayıyormuş gibi görsel alan boyunca sabit olarak algılanır (sağda). (C) IR video-okülografinin kurulumu. Sol: OKR kaydı sırasında merkeze sabitlendiğinde kameranın konumu. Mavi ok: optik eksen boyunca. Yeşil ok: optik eksene dik. Sağ: göz kalibrasyonu sırasında kameranın dönüşü. (D) Kameraya sabitlenmiş X-CR ve Y-CR LED'lerinin konumu. (E) Sol ve sağ gözlerin seviyeleri (sol) ve gözlerin burun ve şakak köşeleri, sırasıyla yatay çubuk veya başlık plakası adaptörü döndürülerek yatay olarak (sağ) hizalanır (kırmızı oklar). (F) OKR istasyonunun fotoğrafı. OKR teçhizatının siyah perdeli özelleştirilmiş bir muhafazanın içine yerleştirildiğini unutmayın. Kısaltmalar: IR = kızılötesi; CR = kornea yansıması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Video-okülografide göz pozisyonlarının kalibrasyonu ve ölçümü. (A) Kalibrasyonun şeması. Göz bebeği dönüş yarıçapı (Rp), fotoğraf makinesi en sol konuma (-10°, sol panel) ve en sağ konuma (10°, sağ panel) döndürülerek tahmin edilir. Kırmızı noktalar, kamera en sol ve en sağ konumlara yerleştirildiğinde kornea yansıması X-CR'nin konumlarını gösterir. Mavi noktalar öğrencilerin merkezlerini gösterir. Yeşil çubuklar, kamera videosunda (P,CR - P,P) izlenen kornea yansıması ile göz bebeği merkezi arasındaki mesafeleri gösterir. (B)Rp p'nin göz bebeği büyüklüğüne bağımlılığı. Üst: küçük veya büyük gözbebeği olan gözbebeklerinin şemaları. Alt: Rp ile örnek bir farenin göz bebeğinin çapı arasındaki ilişki. Göz bebeği boyutu, farenin parlaklığı (0-160 cd/m2 aralığında 10 değer) değiştirilerek değiştirilir. Siyah noktalar: doğrusal bağlantı için kullanılan veriler. Mavi noktalar: doğrusal bağlantıdan hariç tutulan aykırı değerler. Kırmızı eğri: doğrusal regresyonda en uygun çizgi. Rp'nin göz bebeği çapı ile ters orantılı olduğuna dikkat edin. (C) Göz, optik eksenin sağ veya sol taraflarına hareket ettiğinde göz konumunun açısının hesaplanması. Kırmızı noktalar, mavi noktalar ve yeşil çubuklar A'dakiyle aynı anlamlara sahiptir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: OKR kazancının hesaplanması. (A) Üst: OKR stimülasyonu sırasında alınan nazal (N; sol) ve temporal (T; sağ) göz pozisyonlarının anlık görüntüleri. Kırmızı elipsler: göz bebeği profiline uygun. Kızıl haçlar: öğrenci merkezleri. Beyaz oklar: bir referans LED'inin kornea yansıması. Orta: yüksek frekanslı gürültüyü gidermek için medyan filtreli (siyah) veya filtresiz (kırmızı) göz hareketlerinin yörüngeleri (filtre penceresi = 0,05 s). Alt: göz hareketlerinin birinci dereceden türevini hesaplayarak göz hızının tahmini. Sakkadlar (kırmızı oklar) 50 °/s'lik bir hız eşiği ile tespit edilir. (B) Tambur yörüngesi22 ile kaplanmış sakkadlar/nistagmus (siyah) çıkarıldıktan sonra OKR'nin yavaş göz hareketlerinin yörüngesi. Üst: 5° genlik ve 0,4 Hz salınım frekansı ile salınımlı tambur hareketi. Alt: 6.25 °/s sabit hızla tek yönlü (temporo-nazal) tambur hareketi. (C) Sol: B tepesindeki göz yörüngesinin döngü ortalaması. Sağda: hızlı Fourier dönüşümü ile göz veya tambur ızgara hareketlerinin frekans analizi. Tambur ızgarasının 0.4 Hz'de salındığına ve bu nedenle göz ve tambur ızgara hareketinin genliklerinin 0.4 Hz'de (yıldız işaretleri) zirve yaptığına dikkat edilmelidir. OKR kazancı, 0.4 Hz'de göz ve tambur ızgara hareketinin genliklerinin oranıdır. (D) Üst: sinüzoidal fonksiyonla B tepesinde göz yörüngesinin eğri uydurması. Alt: hızlı Fourier dönüşümü yöntemiyle türetilen ve sinüzoidal eğri uydurmasından türetilen göz hareketlerinin genliğinin ilişkisi. Sarı nokta: üstteki örnek. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: OKR davranışlarının görsel özellik seçiciliği ve plastisitesi. (A) Fotopik koşul altında OKR kazancının görsel özellik seçiciliği. Sol: bir hayvandan uzamsal frekans ayarlama eğrisi (salınım frekansı: 0,4 Hz; yörünge: yatay salınım; ortalama parlaklık: 40 cd/m2; n = 15). Orta: bir hayvandan salınım frekansı ayarlama eğrisi (uzamsal frekans: 0.08 veya 0.16 cpd; yörünge: yatay salınım; ortalama parlaklık: 40 cd/m2; n = 15). Sağ: bir hayvandan yön ayarlama eğrisi (uzamsal frekans: 0.16 cpd; zamansal frekans: 1 Hz; ortalama parlaklık: 45 cd/m2; n = 24). Kırmızı ok ve çubuk temporo-nazal yönü gösterir. Uzamsal ve zamansal/salınımlı frekans ayarı için, üç monitörde sunulan dikey bir tambur ızgarası, yatay olarak sabit bir hızda veya salınımlı bir şekilde hareket eder. Yön ayarı için, yalnızca doğru monitörde sunulan bir ızgara, sabit bir hızda 12 yönden birinde hareket eder. Kalınlık: ortalamanın standart hatası (SEM). (B) Skotopik veya fotopik koşul altında bir hayvandan OKR kazancının uzamsal frekans ayarlama eğrisi. Fotopik: salınım hareketi; salınım frekansı: 0,2 Hz; ortalama parlaklık: 40 cd/m2; n = 15 olur. Skotopik: sabit hızda doğrusal hareket; zamansal frekans: 0,25 Hz; ortalama parlaklık: 8 x 10-5 cd/m2; n = 16 olur. Skotopik durum, monitörlerin beş kat Lee filtresi (299 1.2 ND) ile kaplanmasıyla elde edilir. Kalınlık: SEM. (C) Fotopik ve skotopik koşullar altında OKR kazancının uzamsal frekans ayarının Gauss uydurması. Fotopik: salınım hareketi; salınım frekansı: 0,2 Hz; ortalama parlaklık: 40 cd/m2; n = 15 olur. Skotopik: sabit hızda doğrusal hareket; zamansal frekans: 0,25 Hz; ortalama parlaklık: 8 x 10-5 cd/m2; n = 16 olur. (D) 45 dakikalık sürekli OKR stimülasyonu ile indüklenen bir farenin OKR güçlendirmesi. Uzamsal frekans: 0.1 cpd; salınım frekansı: 0,4 Hz; ortalama parlaklık: 35 cd/m2; n = 40 olur. Üst: OKR güçlendirmesinden önce ve sonra döngü ortalaması alınan OKR yörüngeleri. Kalınlık: SEM. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Kodlama Dosyası 1: Örnek izlemeleri oluşturmak için kullanılan analiz kodu. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Kodlama Dosyası 2: Yazılımla oluşturulan örnek izler. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Burada sunulan OKR davranış testi yöntemi çeşitli avantajlar sağlar. İlk olarak, bilgisayar tarafından oluşturulan görsel stimülasyon, fiziksel davulların içsel sorunlarını çözer. Fiziksel tamburların uzamsal frekans, yön veya kontrast ayarının sistematik olarak incelenmesinidesteklememesi sorunuyla ilgilenen 8, sanal tambur bu görsel parametrelerin deneme bazında değiştirilmesine izin verir, böylece OKR davranışının özellik seçiciliğinin sistematik ve nicel bir analizini kolaylaştırır (Şekil 4A); Fiziksel tamburlar, harici bir ışık kaynağı23 tarafından eşit olmayan bir aydınlatmadan muzdaripken, sanal tambur, yüzeyi boyunca kolayca homojen bir parlaklık sağlayabilir; ND filtreleri ve bir parlaklık ölçer yardımıyla, bilgisayar tarafından oluşturulan görsel stimülasyon, fiziksel tamburlarla yapılması zor olan skotopikten fototopiğe kadar çeşitli iyi kontrol edilen parlaklık seviyelerinde OKR ölçümüne izin verir (Şekil 4B). Atalet kütleleri nedeniyle fiziksel tamburların hızlanmasında sınırlama olmaksızın, sanal görsel stimülasyon, özellikle yüksek hızlanma ve yüksek hızda ideal olarak doğru yörüngelere ulaşabilir. Ayrıca, bilgisayar tarafından oluşturulan görsel stimülasyon, çeşitli okülomotor davranışların mekanizmalarını araştırmaya yardımcı olan, tutarlı bir şekilde hareket eden noktalar gibi diğer görsel stimülasyon türlerinin yaratıcı tasarımına izin verir. İkincisi, prosedürümüz standartlaştırılmıştır ve bu nedenle davranışsal kaydın ilerlemesini izlemek için minimum çaba gerektirir, bu da aynı anda birden fazla fareyi inceleme fırsatı sağlar. Bu nedenle, geniş bir hayvan grubunu (onlarca ila yüzlerce hayvan) içeren çalışmalar için uygundur. Üçüncüsü, yüksek hassasiyet ve kantitatif güç, aynı farelerin tekrarlayan OKR ölçümlerini uzunlamasına çalışmalarda24, farklı farmakolojik tedavileraltında 10 veya nöral devre bozulmalarıaltında 5 karşılaştırmayı mümkün kılar. Son olarak, 5,7,9 frekans alanındaki Fourier dönüşümüne dayalı analiz, salınımlı göz hareketlerinin genliğinde, 12,25,26 zamansal alanındaki uydurma tabanlı analize eşdeğer sonuçlar verir (Şekil 3D altta), burada sunulan analiz yönteminin hem doğru hem de kesin olduğunu gösterir.
Yöntemimiz ayrıca, okülomotor öğrenme mekanizmalarını araştırmak için çılgınca kullanılan bir paradigma olan OKR plastisitesini incelemek için bir fırsat sağlar. Bir fareye sürekli OKR stimülasyonu sunarken veya vestibüler organını cerrahi olarak lezyona ederken, OKR'nin genliğigüçlendirilebilir 8,9. Burada sunulan OKR testi, OKR potansiyelinde meydana gelen göz hareketlerindeki küçük değişiklikleri yakalayacak kadar hassastır (Şekil 4D). Bu yöntemin nicel gücü, okülomotor öğrenmenin altında yatan mekanizmaları ortaya çıkarmak için gerekli olan davranış değişikliklerini nöral devre dinamikleri ile ilişkilendirmeyi mümkün kılar 5,8,9,13.
OKR ölçümünün doğruluğunu sağlamak için birkaç kritik adım vardır. İlk olarak, ameliyat sırasında, korneaya zarar verebilecek veya göz açıklığını kısmen tıkayabilecek süper yapıştırıcı ve diş akriliğinin göz kapağına temas etmemesi için ekstra özen gösterilmesi gerekir. İkincisi, OKR'nin gücü farelerin davranışsal durumundan etkilenir27,28. Bu nedenle, stresin OKR ölçümü üzerindeki etkisini en aza indirmek için birkaç tur konaklama önerilir; Ayrıca, kayıt sırasında koku verici, gürültü veya ışığın neden olduğu rahatsızlık önlenmelidir. Son olarak, farelerin kafaları, gözlerin iki köşesini birbirine bağlayan çizgi yatay eksene paralel olacak şekilde düzgün bir şekilde yönlendirilmelidir. Bu, görsel hareket yönünün addüksiyon ekseni ve abdüksiyon göz hareketleriyle hizalanmasını garanti eder. Üçüncüsü, gözün düzgün bir şekilde aydınlatılması, göz bebeğinin keskin bir görüntüsünü oluşturmanın ve dolayısıyla yüksek kaliteli göz takibi sağlamanın anahtarıdır.
Burada sunulan yöntemlerin birkaç sınırlaması olduğunu belirtmekte fayda var. İlk olarak, bir hayvanın gözü yanıp söndüğünde veya opak göz akıntısı göz bebeğini tıkadığında, video-okülografi gözün izini anlık veya kalıcı olarak kaybeder. Benzer şekilde, göz kapakları dikildiğinde göz hareketlerini izlemek için kullanılamaz. İkincisi, video-okülografinin zamansal çözünürlüğü, kameraların kare hızı ile 4-20 ms aralığıyla sınırlıdır. Son olarak, kafaya sabitlenmiş preparat, serbestçe hareket eden hayvanların oküler davranışlarının izlenmesine izin vermez.
Burada sunulan video-okülografi ve sanal davul, OKR davranışının görsel özellik seçiciliğini ve plastisitesini karakterize etmek ve bu davranışa aracılık eden ve uyarlanabilir olarak modüle eden retinal ve merkezi devreleri anlamak için başarıyla uygulanmıştır. Ek olarak, diğer oküler davranışların nöral fenomenlerin konusu veya hatta kafa karıştırıcı faktörleri olduğu çalışmalara da fayda sağlayabilirler. Örneğin, video-okülografi, uyanıklık ve beyin durumunun32,33,34,35 göstergesi olan göz bebeği genişlemesini29 ve sakkade benzeri göz hareketlerini 30,31 izlemek için kullanılabilir. Ayrıca, burada özetlenen kalibrasyon ve ölçüm prosedürleri, serbestçe hareket eden farelerde başa takılan bir kamera ile göz hareketlerini izlemek için evrensel olarak uygulanabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar hiçbir çıkar çatışması beyan etmezler.
Acknowledgments
Yön ayarlama verilerini paylaştığı için Yingtian He'ye müteşekkiriz. Bu çalışma, Kanada İnovasyon Vakfı ve Ontario Araştırma Fonu (CFI/ORF proje no. 37597), NSERC (RGPIN-2019-06479), CIHR (Proje Hibe 437007) ve Connaught Yeni Araştırmacı Ödülleri'nden alınan hibelerle desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2D translational stage | Thorlabs | XYT1 | |
| Acrylic resin | Lang Dental | B1356 | For fixing headplate on skull and protecting skull |
| Bupivacaine | STERIMAX | ST-BX223 | Bupivacaine Injection BP 0.5%. Local anesthesia |
| Carprofen | RIMADYL | 8507-14-1 | Analgesia |
| Compressed air | Dust-Off | ||
| Eye ointment | Alcon | Systane | For maintaining moisture of eyes |
| Graphic card | NVIDIA | Geforce GTX 1650 or Quadro P620. | For generating single screen among three monitors |
| Heating pad | Kent Scientific | HTP-1500 | For maintaining body temperature |
| High-speed infrared (IR) camera | Teledyne Dalsa | G3-GM12-M0640 | For recording eye rotation |
| IR LED | Digikey | PDI-E803-ND | For CR reference and the illumination of the eye |
| IR mirror | Edmund optics | 64-471 | For reflecting image of eye |
| Isoflurane | FRESENIUS KABI | CP0406V2 | |
| Labview | National instruments | version 2014 | eye tracking |
| Lactated ringer | BAXTER | JB2324 | Water and energy supply |
| Lidocaine and epinephrine mix | Dentsply Sirona | 82215-1 | XYLOCAINE. Local anesthesia |
| Luminance Meter | Konica Minolta | LS-150 | for calibration of monitors |
| Matlab | MathWorks | version xxx | analysis of eye movements |
| Meyhoefer Curette | World Precision Instruments | 501773 | For scraping skull and removing fascia |
| Microscope calibration slide | Amscope | MR095 | to measure the magnification of video-oculography |
| Monitors | Acer | B247W | Visual stimulation |
| Neutral density filter | Lee filters | 299 | to generate scotopic visual stimulation |
| Nigh vision goggle | Alpha optics | AO-3277 | for scotopic OKR |
| Photodiode | Digikey | TSL254-R-LF-ND | to synchronize visual stimulation and video-oculography |
| Pilocarpine hydrochloride | Sigma-Aldrich | P6503 | |
| Post | Thorlabs | TR1.5 | |
| Post holder | Thorlabs | PH1 | |
| PsychoPy | open source software | version xxx | visual stimulation toolkit |
| Scissor | RWD | S12003-09 | For skin removal |
| Superglue | Krazy Glue | Type: All purpose. For adhering headplate on the skull |
References
- Gerhard, D.
- Distler, C., Hoffmann, K. P. The Oxford Handbook of Eye Movement. , Oxford University Press. 65-83 (2011).
- Sereno, A. B., Bolding, M. S. Executive Functions: Eye Movements and Human Neurological Disorders. , Elsevier. (2017).
- Giolli, R. A., Blanks, R. H. I., Lui, F. The accessory optic system: basic organization with an update on connectivity, neurochemistry, and function. Progress in Brain Research. 151, 407-440 (2006).
- Liu, B. H., Huberman, A. D., Scanziani, M. Cortico-fugal output from visual cortex promotes plasticity of innate motor behaviour. Nature. 538 (7625), 383-387 (2016).
- Prusky, G. T., Alam, N. M., Beekman, S., Douglas, R. M. Rapid quantification of adult and developing mouse spatial vision using a virtual optomotor system. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (12), 4611-4616 (2004).
- Stahl, J. S., van Alphen, A. M., De Zeeuw, C. I. A comparison of video and magnetic search coil recordings of mouse eye movements. Journal of Neuroscience Methods. 99 (1-2), 101-110 (2000).
- Faulstich, B. M., Onori, K. A., du Lac, S. Comparison of plasticity and development of mouse optokinetic and vestibulo-ocular reflexes suggests differential gain control mechanisms. Vision Research. 44 (28), 3419-3427 (2004).
- Katoh, A., Kitazawa, H., Itohara, S., Nagao, S. 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. Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (13), 7705-7710 (1998).
- Cahill, H., Nathans, J. The optokinetic reflex as a tool for quantitative analyses of nervous system function in mice: application to genetic and drug-induced variation. PLoS One. 3 (4), 2055 (2008).
- Cameron, D. J., et al. The optokinetic response as a quantitative measure of visual acuity in zebrafish. Journal of Visualized Experiments. (80), 50832 (2013).
- de Jeu, M., De Zeeuw, C. I.
- Kodama, T., du Lac, S. Adaptive acceleration of visually evoked smooth eye movements in mice. The Journal of Neuroscience. 36 (25), 6836-6849 (2016).
- Doering, C. J., et al. Modified Ca(v)1.4 expression in the Cacna1f(nob2) mouse due to alternative splicing of an ETn inserted in exon 2. PLoS One. 3 (7), e2538 (2008).
- Shi, C., et al. Optimization of optomotor response-based visual function assessment in mice. Scientific Reports. 8 (1), 9708 (2018).
- Waldner, D. M., et al. Transgenic expression of Cacna1f rescues vision and retinal morphology in a mouse model of congenital stationary night blindness 2A (CSNB2A). Translational Vision Science & Technology. 9 (11), 19 (2020).
- Tabata, H., Shimizu, N., Wada, Y., Miura, K., Kawano, K. Initiation of the optokinetic response (OKR) in mice. Journal of Vision. 10 (1), 1-17 (2010).
- Al-Khindi, T., et al. The transcription factor Tbx5 regulates direction-selective retinal ganglion cell development and image stabilization. Current Biology. 32 (19), 4286-4298 (2022).
- Harris, S. C., Dunn, F. A. Asymmetric retinal direction tuning predicts optokinetic eye movements across stimulus conditions. eLife. 12, e81780 (2023).
- van Alphen, B., Winkelman, B. H., Frens, M. A. Three-dimensional optokinetic eye movements in the C57BL/6J mouse. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 51 (1), 623-630 (2010).
- Stahl, J. S. Calcium channelopathy mutants and their role in ocular motor research. Annals of the New York Academy of Sciences. 956, 64-74 (2002).
- Endo, S., et al. Dual involvement of G-substrate in motor learning revealed by gene deletion. Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (9), 3525-3530 (2009).
- Thomas, B. B., Seiler, M. J., Sadda, S. R., Coffey, P. J., Aramant, R. B. Optokinetic test to evaluate visual acuity of each eye independently. Journal of Neuroscience Methods. 138 (1-2), 7-13 (2004).
- Burroughs, S. L., Kaja, S., Koulen, P. Quantification of deficits in spatial visual function of mouse models for glaucoma. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 52 (6), 3654-3659 (2011).
- Wakita, R., et al. Differential regulations of vestibulo-ocular reflex and optokinetic response by β- and α2-adrenergic receptors in the cerebellar flocculus. Scientific Reports. 7 (1), 3944 (2017).
- Dehmelt, F. A., et al. Spherical arena reveals optokinetic response tuning to stimulus location, size, and frequency across entire visual field of larval zebrafish. eLife. 10, e63355 (2021).
- Magnusson, M., Pyykko, I., Jantti, V. Effect of alertness and visual attention on optokinetic nystagmus in humans. American Journal of Otolaryngology. 6 (6), 419-425 (1985).
- Collins, W. E., Schroeder, D. J., Elam, G. W. Effects of D-amphetamine and of secobarbital on optokinetic and rotation-induced nystagmus. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 46 (4), 357-364 (1975).
- Reimer, J., et al. Pupil fluctuations track fast switching of cortical states during quiet wakefulness. Neuron. 84 (2), 355-362 (2014).
- Sakatani, T., Isa, T. PC-based high-speed video-oculography for measuring rapid eye movements in mice. Neuroscience Research. 49 (1), 123-131 (2004).
- Sakatani, T., Isa, T. Quantitative analysis of spontaneous saccade-like rapid eye movements in C57BL/6 mice. Neuroscience Research. 58 (3), 324-331 (2007).
- Vinck, M., Batista-Brito, R., Knoblich, U., Cardin, J. A. Arousal and locomotion make distinct contributions to cortical activity patterns and visual encoding. Neuron. 86 (3), 740-754 (2015).
- Bradley, M. M., Miccoli, L., Escrig, M. A., Lang, P. J. The pupil as a measure of emotional arousal and autonomic activation. Psychophysiology. 45 (4), 602-607 (2008).
- Hess, E. H., Polt, J. M. Pupil size as related to interest value of visual stimuli. Science. 132 (3423), 349-350 (1960).
- Di Stasi, L. L., Catena, A., Canas, J. J., Macknik, S. L., Martinez-Conde, S. Saccadic velocity as an arousal index in naturalistic tasks. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 37 (5), 968-975 (2013).
