Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

באמצעות גירויים חזותיים מתנשא להערכת חזון העכבר

Published: June 13, 2019 doi: 10.3791/59766
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Ophthalmology, Visual and Anatomical Sciences, Wayne State University School of Medicine

Summary

, כדי לבחון את ראיית העכבר. ערכנו מבחן מתנשא עכברים הוצבו בזירה מרובעת גדולה עם צג על התקרה שלו. הגירוי החזותי מתנשא בעקביות עורר הקפאת או תגובות הטיסה בעכברים.

Abstract

המערכת החזותית במערכת העצבים המרכזית מעבדת אותות חזותיים מגוונים. למרות המבנה הכללי התאפיין הרשתית דרך הגרעין הגנוקה לרוחב לקליפת הראייה, המערכת היא מורכבת. מחקרים סלולאריים ומולקולריים נערכו כדי להבהיר את המנגנונים המכחולים את העיבוד החזותי, ובאמצעות הרחבה, מנגנוני המחלה. מחקרים אלה עשויים לתרום לפיתוח מערכות חזותיות מלאכותיות. כדי לאמת את התוצאות של מחקרים אלה, בדיקות ראייה התנהגותית היא הכרחית. כאן, אנו מראים כי ניסוי גירוי מתנשא הוא מבחן ראייה בעכבר אמין כי דורש התקנה פשוטה יחסית. הניסוי המאיים נערך במתחם גדול עם מקלט בפינה אחת ומוניטור מחשב הממוקם על התקרה. מצלמת CCD המוצבת ליד צג המחשב שימשה להתבונן בהתנהגות העכבר. העכבר הוצב במתחם במשך 10 דקות ומותר לעשות האקלים ולחקור את הסביבה. לאחר מכן, הצג הקרין הגירוי הנגזר התוכנית הנובעת 10 פעמים. העכבר הגיב לגירויים או בהקפאה או בבריחה למקום המסתור. התנהגותו של העכבר לפני ואחרי הגירוי מתנשא הוקלט, והווידאו נותחו באמצעות תוכנת מעקב אחר תנועה. המהירות של תנועת העכבר השתנתה באופן משמעותי לאחר הגירוי המאיים. לעומת זאת, לא נצפתה שום תגובה בעכברים עיוורים. התוצאות שלנו להפגין כי הניסוי מתנשא פשוט הוא מבחן אמין של ראיית העכבר.

Introduction

המערכת החזותית מתחיל הרשתית, שם אותות חזותיים נלכדים על ידי photoreceptors, מועבר לתאים דוקוטבית (2 הסדר נוירונים), ולבסוף עבר גנגליון תאים(3 ההזמנה הנוירונים). ברשתית2 ו-3הנוירונים הזמנה הסדר הם חשבו ליצור מסלולים עצביים מרובים המעבירות היבטים מסוימים של איתות חזותי כגון צבע, תנועה, או צורה. המאפיינים החזותיים המגוונים הללו מועבר לגרעין הג הצדדי ולקליפת הראיה. לעומת זאת, אותות חזותיים המובילים לתנועת העין נשלחים אל הקולקולוס המעולה. באופן קלאסי, שני מסלולים retino-קורטיקליים זוהו: ממגנהסלולר והמסלולים הפרוקתאיים. מסלולים אלה לקודד אובייקטים נעים ונייח, בהתאמה, והקיום שלהם ממחיש את המושג הבסיסי של עיבוד מקבילי1,2,3,4,5, . שישה מטרים לאחרונה, יותר מ 15 סוגים של תאים דו קוטבית7,8,9,10,11 ו גנגליון תאים12,13,14 ,15,16 דווחו ברשתית של מינים רבים, כולל הפרימטים רשתית. תאים אלה מובחנת לא רק על ידי היבטים מורפולוגיים, אלא גם על ידי ביטוי של סמנים וגנים ברורים8,10,17,18, הרומז כי תכונות שונות של אותות חזותיים מעובדים במקביל, שהוא מורכב יותר מהצפוי במקור.

טכנולוגיות סלולריות ומולקולריות תרמו להבנת העיבוד החזותי ומנגנוני המחלה הפוטנציאליים העשויים לנבוע מעיבוד חזותי חריג. הבנה כזו עשויה לתרום להתפתחות של עיניים מלאכותיות. למרות שבדיקות וניתוחים סלולריים מציעים ידע מעמיק במישור הסלולר, שילוב של ניסויים התנהגותיים וניסויים סלולאריים מחזק את ההבנה הנוכחית שלנו לגבי תהליכים חזותיים בדקה. לדוגמה, יושידה et al.19 מצאו כי בתאי אמקרין כוכב הם הנוירונים מפתח לזיהוי תנועה ברשתית העכבר. בעקבות ניסויים סלולריים, הם ביצעו את הניסוי התנהגותי אלקטרואופטיקה (okn) כדי להראות כי עכברים מוטציה שבה תאים אמקרין כוכב היו מתפקדות לא הגיבו להעברת חפצים, ובכך מאשרת הסלולר שלהם חקירות. בנוסף, פירסון ואח '20 ביצע תא קולט אור השתלת עכבר הרשתית כדי לשחזר את החזון של עכברים חולים. הם ניהלו לא רק ניסויים סלולריים, אלא גם מדדו התנהגות העכבר באמצעות שימוש בהקלטות התגובה optomotor ומים מבוך משימות ובכך מאפשר פירסון et al. כדי לוודא כי photoreceptors מושתלים שוחזר חזון בעבר עיוור עכברים. ניסויים התנהגותיים הם כלים חזקים להערכת ראיית העכבר.

שיטות מרובות זמינות למדידת ראיית העכבר. לשיטות אלה יש יתרונות ומגבלות. ב vivo ERG מספק מידע על האם העכבר רשתית, במיוחד photoreceptors ו על תאים דו קוטבית, כראוי מגיב גירויים אור. Erg ניתן לבדוק גם תחת התנאים scotopic או photopic21,22. עם זאת, ERG דורש הרדמה, אשר עשוי להשפיע על מדידת פלט23. תגובת אופקינטית (OKR) או optomotor תגובה (OMR) היא שיטה איתנה להערכת רגישות הניגודיות ואת הרזולוציה המרחבית, שני רכיבים פונקציונליים של ראיית העכבר. עם זאת, OKR דורש ניתוח כדי לצרף מכשיר קיבוע לגולגולת העכבר24. OMR דורש לא ניתוח או הכשרה של העכבר; עם זאת, היא דורשת הכשרה כדי לאפשר לניסויים לסובייקטיבי לזהות תנועות ראש מעודן של העכבר בתגובה לפומפיה מעוברת בתוף אופטי 25,26. רפלקס אור האישון מודד את האישון בתגובה לגירויים באור, שאינו דורש הרדמה ומוצגים מטרות ותגובות חזקות 19. למרות רפלקס האישון מדמה תגובת האור ברשתית ב vivo, הרפלקס הוא מתווכת בעיקר על ידי התאים הרשתית מיסודה להיות הריליון ושוב (ipRGCs) 27. מכיוון ipRGCs מייצגים מיעוט קטן של RGCs ואינם משמשים כמו התמונה המקובלת היוצרים תאים גנגליון, מדידה זו אינה מספקת מידע המתייחס לרוב התאים גנגליון.

ניסוי האור המאיים לא נחשב בעבר בדיקה מרכזית למדידת ראיית העכבר. עם זאת, הוא גם מבחן ראייה חזקה ואמינה על פני מינים שונים, כגון עכבר28,29, דג זברה30, ארבה31,32, ו אדם33,34, 35. חשוב ביותר, הניסוי המאיים הוא אחד רק כמה שיטות כדי לבדוק את השביל ליצור את התמונה-זה לא מסלול רפלקס-נתן את המערכת החזותית והלימבית במערכת העצבים המרכזית מעורבים במעגל הזה36, 37,38. הקמנו מערכת מתנשא הגירוי חזותי הוכיחו את יכולתה לעורר זיהוי תנועה בעכבר, אשר אנו משתמשים כמו פרוקסי כדי להעריך את חוסר הלחות של המערכת החזותית של העכבר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל הניסויים והטיפול בבעלי החיים נערכו בהתאם לפרוטוקול שאושר על ידי הטיפול בבעלי חיים מוסדיים וועדות השימוש באוניברסיטת ויין סטייט (פרוטוקול מס ' 17-11-0399).

1. הכנה לניסוי

  1. לבנות מתחם מכסה מלבני פתוח לבית העכבר במהלך המצגת גירויים חזותיים מתנשא. בנינו 40 ס"מ x 50 ס"מ x 33 ס מ מארז באמצעות מסגור אלומיניום פאנלים PVC (איור 1a, B). הנח דף נייר כדי לכסות את כל הקומה של המארז כדי להבטיח ניקוי קל בין נסיונות. הוסיפו מקלט אטום בפינת המתחם עם כניסה מול מרכז הזירה לכניסה נוחה ויציאה.
  2. הגדר מצלמה עם עדשת זווית רחבה עבור לכידת התנהגות העכבר. אבטח את המצלמה לעמדה התלויה בטבלה הסמוכה למארז. ללכידת וידאו באיכות הטובה ביותר, השתמש קצב מסגרת מצלמה של 60 FPS או גבוה יותר.
  3. הגדר צג מחשב מעל המארז. מכיוון שהצג לא הצליח לראות מבחוץ, צג שני הוכן, אשר שכפל את התמונות המוצגות בצג הראשי.
  4. הכינו דפוס מתנשא להקרנה. אחת הדרכים לעשות זאת היא להשתמש ב-PsychToolbox3 בתוך תוכנת MatLab לקוד עבור מעגל שחור מתרחב (איור 1ג). הגדר את הגירוי להתחיל בזווית חזותית של 2 ° ולהתרחב 50 ° מעל 250 ms; פרמטרים אלה קובעים את מהירות הגירוי (ראו איור 1ד לחישוב זווית חזותית). הגדר את הקוד כך שיחזור על הגירוי 10 פעמים עם מרווח של 1 s.
    הערה: הגירוי החל כל חזרה מיד עם סיום המצגת הקודמת. לקבלת מידע נוסף על הצגת גירוי, נא פנה לסעיף 3.
  5. בחר עכברים של עניין עבור הגירויים המאיימת. כאן, להשתמש 32 עכברים בריאים עיניים של רקע C57, זכר ונקבה, 4 עד 14 שבועות. גם, להשתמש 3 עכברים עיוורים (קטרקט חמור בשתי העיניים) כדי להעריך אם התגובה גירוי מתנשא היה באמת התנהגות מונחית חזותית. לעכברים העיוורים האלה לא היה. רפלקס האור ואין תגובה optomotor

2. הסתגלות לעכבר

  1. הניחו עכבר במתחם והניחו לו לחקור בחופשיות את סביבתו. במידת האפשר, נסה למזער את המתח במהלך העברת בעלי חיים באמצעות החלק האחורי של ידך החופשית כמקום מנוחה לעכבר במקום לתת לו להיתקע ללא תמיכה. העכבר צריך למצוא את המתחם כולו כדי להיות בטוח צריך לגלות את מקום המסתור. זרוק כמה כדורי מזון בפינה מול המקלט כדי לעודד את העכבר כדי להישאר מחוץ למקלט.
  2. לאפשר את העכבר כדי התאקלם בכל מקום מ 7 עד 15 דקות29,39. הרשיתי ל -10 דקות של הסתגלות לפני תחילת הגירוי. יתר על כן, 10 דקות הסתגלות יום אחד לפני הניסוי עשוי להקל על העכברים.

3. הקרנת גירויים חזותיים מתנשא

  1. לפני החדרת העכבר לזירה, לוודא את קוד הגירוי מוכן לרוץ כדי להקל כמה שינויים תאורה ככל האפשר בעוד העכבר נמצא במארז. לאחר שהתוכנה מוכנה להפעלה, הנח בעדינות את העכבר במארז.
  2. 10 שניות לפני הגירוי, להתחיל את הווידאו לכידת.
  3. התחילו את הגירויים החזותיים המאיימת כאשר העכבר מתרחק מהמקלט ונעים בחופשיות בזירה הפתוחה. המתן 10 שניות לאחר הצגת הגירוי האחרונה כדי לסיים את ההקלטה.
    1. התחל את מצגת גירוי כאשר העכבר נמצא בפינה הרחוקה ביותר מן המקלט. עם זאת, כאשר עכברים נראה מוכן לחקור את הפינה הרחוקה, להציג את הגירוי כאשר העכבר נמצא בפינה אחרת של הזירה. זה לא נראה לעשות את ההבדל בתגובה התנהגותית בעלי חיים.
  4. להעביר את העכבר בחזרה לכלוב המקורי שלו. נקו את המארז עבור העכבר הבא על-ידי ריסוס הקירות ומקלט עם 70% אתנול וניגוב למטה. החלף את האניה ברצפת הנייר אם הוא מטונף וממקם מחדש את המקלט לאותו מיקום התחלתי אם הועבר במהלך העברת בעלי חיים וניקוי מארז.

4. ניתוח וידאו

  1. שמור את סרטון הווידאו עבור כל עכבר בתבנית. avi ללא דחיסת קבצים כדי להבטיח שלא יאבדו נתונים במהלך העברה לתוכנת הניתוח.
    הערה: חוסר דחיסה יוביל לגודל קובץ גדול יותר; לפיכך, השתמש בכונן קשיח חיצוני לאחסון.
  2. השתמש בתוכנת ניתוח כדי לעקוב אחר התנועה של בעל החיים סביב הזירה לפני, במהלך, ואחרי הצגת גירוי. השתמש בתוכנה זמינה מסחרית (ראה טבלת חומרים) עם יכולת מעקב ידנית כדי לעקוב אחר המיקום של ראש העכבר בכל מסגרת וידאו, אשר הפיקה X ו-Y תיאום כל 1/60 ms. תוכנת מעקב אחר תנועה כוללת את פיג'י (NIH )40 ו-EthoVision (נולדוס).
  3. לחשב את המהירות ואת המרחק של העכבר מן המקלט. אם התמונה של הזירה מעוותת עקב זווית הווידאו, תקן את התאום X ו-Y לפני החישוב (איור 2).
  4. להשוות את הפרמטרים לפני ואחרי גירוי מתנשא התפרצות כדי לקבוע כיצד העכבר הגיב לגירויים, בין אם על ידי הקפאת, בריחה, או הוכחת לא שינוי התנהגות29. הגדר הקפאת כמו פרקים בהם מהירות היה פחות מ 20 מ"מ/s עבור 0.5 s או יותר. להגדיר את הטיסה כמו פרקים שבהם מהירות עלה ל 400 מ"מ/s או יותר והסתיים עם העכבר במקלט. הגדרות להקפאה ולטיסה התבססו על אלה שנקבעו על ידי פרנסיסקי ואח '29

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

עכבר עם עיניים בריאות הוצב במתחם ומותר התאקלם עבור 10 דקות. הזירה עם הצג על התקרה נשמר תחת תנאי אור mesopic (7 x 105 פוטונים/μm2/s). בתקופת הסתגלות, העכבר חקר את החלל ומצא את הכיפה האטומה כמקלט. כאשר העכבר עזב את המקלט, לכידת וידאו התחיל, ואחריו ייזום של גירוי חזותי. בתגובה הגירוי מתנשא, רוב העכברים רץ לתוך הכיפה (תגובת טיסה), אשר נצפתה 30 מתוך 31 עכברים (97%). חלק מהעכברים הציגו תגובות הקפאת לפני שהם נמלטו (19/31 עכברים, 61%). הגירוי המאיים הפחית את מצב האור 1 יומן (6 x 105 פוטונים/μm2/s).

סרטוני וידאו שנתפסו נותחו באמצעות תוכנה לניתוח מסחרי עם פונקציית מעקב ידנית (תמונה Pro Plus) או פיג'י (NIH). באמצעות תכונת המעקב, מיקום העכבר זוהה בכל אחת ממסגרות של הווידאו (60 מסגרות/s) לפני, במהלך, ואחרי הגירויים מתנשא. ניתחנו את שינויי המהירות לאורך זמן, כמו גם את המרחק אל המקלט (איור 3). כאשר התרחשה הטיסה, המהירות גברה בפתאומיות והמרחק למקלט הופחת בהתאם. לעומת זאת, המהירות הייתה במרחק של 0 מ"מ/s כאשר עכברים קפאו. ההשהיה מתחילתה של גירויים מתנשא לטיסה נע בין 0.1 אל 6.0 שניות (ממוצע 2.2 s, 30 עכברים). טווח המהירות המירבית לתגובת טיסה היה 500-3000 מ"מ/s (30 עכברים).

Figure 1
איור 1 : מערכת ניסויית. (א) סכמטי של מארז הגירויים המתנשא. צג מחשב (21) מכסה את התקרה. יש כיפה אטומה בפינה אחת של המתחם שבו עכבר עשוי להיות מקלט. צג וידאו עם עדשה רחבת זווית לוכדת את התנהגות העכבר. (ב) השקפה כוללת של כל הכיוונון שלנו. הצג המשני משכפל את התמונה המציגה את תצוגת הגירוי. (ג) תרשים של הגירוי המאיים. הגירוי מתנשא מתחיל ב 2 ° (1.15 ס מ) ומחזיקה בגודל זה עבור 250 ms. זה לאחר מכן מתרחב ל 50 ° (30.8 ס מ) במהלך 250 ms ונשאר 50 ° עבור 500 נוספים. רצף 1 זה חוזר על 9 פעמים יותר לפני סיום. (ד) דיאגרמה של חישובי גירוי. גובה הכלוב מכתיב את גודל ההתחלה והסיום הנחוצים (בסנטימטרים) של הגירוי כדי לייצר גירוי המתרחב מ -2 ° עד 50 ° כאשר בדיוק מעל העכבר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2 : חישובי ניתוח. חישובים לתיקון הטיה מעדשת זווית רחבה. בשל מיקום המצלמה, רצפת הזירה מופיעה כטרפז במקום מלבן (משמאל). לכן, הקואורדינטות X ו-Y של העכבר חייבות להיות מתוקנות כדי לנתח במדויק את מיקום העכבר (באמצע). בעזרת הגיאומטריה של משולשים מבוססי-הערך, ניתן למצוא עד כמה קואורדינטת ה-x חייבת לנוע כדי לייצג בצורה נכונה את תנועת העכבר במרחב תלת-ממדי (מימין). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3 : התגובות הנציגה לגירויים מתנשא. (א) דוגמה לתנועת העכבר הנמצאת בתוך הזירה. מעגל אדום מראה את הכיפה שבה נמלט העכבר ונשאר עד שהמאיימת נעלמה. 1 = מיקום העכבר נקודת התחלה כאשר לכידת וידאו התחיל. 2 = התנועה לפני התפרצות גירוי כאשר העכבר לחקור את הזירה. 3 = גירוי מתנשא התחיל. העכבר מקווקו לכיפה (מוצג בקו מקווקו אדום). 4 = העכבר נשאר בכיפה עד ואחרי סיום הגירוי. (ב) מהירות שינויים כפונקציה של זמן עבור עכבר זה. הקו המנוקד מציין מתי החל הגירוי המאיים. משך גירוי מצוין על-ידי הרקע הצהוב. מחזור מלא 10 השני אינו מוצג כאן מאז העכברים נשארו נייחים במקלט למשך הגירוי כולו. (ג) מרחק מהכיפה לאורך זמן לאותו עכבר (A) ו-(ב). (ד) ו-(ה) מהירות ומרחק אל הכיפה עבור העכבר שהפגין את תגובת ההקפאה (משך הקפאה המוצג על ידי החץ הדו האדום השני) לפני הטיסה. המהירות הופחתה בהשוואה לשליטה (לפני מתנשא). המרחק אל הכיפה לא השתנה בתקופה זו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

עם מערכת גירויים חזותיים מתנשא, רוב (97%) של עכברי עיניים בריאים הראו תגובת טיסה. אחד מתוך 29 עכברים לא הראה תגובת טיסה ברורה. עם זאת, העכבר הלך לכיוון הכיפה ונשאר בקרבתה עד שהוא נעלם והצביע על כך שהעכבר היה לפחות זהיר כאשר הגירוי המאיים התרחש. לכן, הגירויים המאיימת בעקביות מעורר תגובות פחד מולד בעכברים בריאים עיניים. מצד שני, שלושה עכברים עיוורים לא הראו שום תגובות המאיימת (תוצאות ראשוניות). יחד, אנו מדגימים כי ניסויים מתנשא הם מבחן ראייה שימושי ועקבי עבור עכברים.

אנו משלבים את מהירות הגירוי המתנשא ב 192 מעלות/s. פרנסיסקי ואח '29 בדק את התגובות מתנשא במהירויות שונות, 5 עד 84 מעלות/s ונצפה הקפאת תגובות מעדיפים ברמות מהירות נמוכה יותר. היינו maz ומייסטר28 התגובות טיסה ב 35 עד 350 מעלות/s; עם זאת, השהיית טיסה היתה ארוכה יותר במהירויות גבוהות יותר. לכן, כדי לעורר תגובות טיסה עקבית, מתנשא צריך להיות במהירות של 50 מעלות/s או מעל. גירויים מתנשא ניתן לייצר בקלות גם עם תוכנת מצגת רגילה. עם זאת, תוכנה כזו אינה יכולה ליצור מהירויות גבוהות יותר של גירויים מתנשא. במקום זאת השתמשנו MatLab ו PsychToolbox3 ליצור גירויים חזותיים ב 192 מעלות/s.

אנו הסתגלות העכברים עבור 10-15 דקות לפני הגירויים מתנשא, שהוא זמן הסתגלות החוקרים הקודמים תיאר 28,29,39. כמו כן בדקנו אם הסתגלות ליום לפני שינתה את ההתנהגות המאיימת. הצלחנו למקם את העכברים במתחם במשך 10 דקות בלי גירויים ביום שלפני הגירוי המאיים. הסתגלות זו קיצרה באופן משמעותי את השהיית הטיסה (p < 0.01, n = 7 עכברים, נתונים לא מוצגים). למרות שעשרה דקות של הסתגלות ביום הפגיעה בעקביות בתגובות הטיסה, יום אחד הסתגלות מוקדמת ירדה מההשהיה של תגובות הטיסה.

יש כמה מגבלות לשימוש גירויים מתנשא כמבחן ראייה. ראשית, קשה לבחון עין אחת בכל פעם. , אלא אם כן העין האחת. שתי העיניים נבדקות יחד שנית, מנגנוני התגובה ההתנהגותיים לא הוקמו במלואם. ברשתית, הייmaz ו מייסטר 28 הציע להדוף את-dsgcs (כיוון-התאים גנגליון בררני), אבל לא על-dsgcs, להעביר את האותות מתנשא לגרום לתגובות. מסקנה זו עלתה מהתוצאות שהעכברים הגיבו לגירויים אפלים, אך לא ללבנים שהיו מתנשא. במוח, ווי et al.36 ו שאנג ואח '37 הפגינו כי המסלולים מן הקולקולוס מעולה דרך האמיגדלה האפור הפרימומים הם אחראים המאיים. עם זאת, יש לנהל מחקרים נוספים כדי לאשר את החקירות הללו.

למרות שמגבלות מסוימות קיימות ביחס לניסוי המתנשא, הגירוי החזותי המאיים מייצר תגובת פחד עקבית ואיתנה בעכברים וצריכה להיות מבחן שימושי של ראיית העכבר הדורשת הכשרה מינימלית של הניסוי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

עבודה זו נתמכת על-ידי NIH R01 EY028915 (TI) ומענקי RPB.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
10.1" monitor (2° display) Elecrow Elecrow 10.1 Inch Raspberry Pi 1920x1080p Resolution Display
14" Business Class Laptop 5490 Dell 84 / rcrc961481-4860836
20" x 50" Absorbant Liners Fisher Scientific AL2050 works well to protect floor of arena, could use any type of liner
21.5" monitor (1° display) Acer Acer R221Q bid 21.5-inch IPS Full HD Display
CCD Camera Lumenera Corporation Infiniyy3S-1UR excellent for behavioral studies due to high fps rate (60 fps)
Enclosure (alminum frames and PVC panels) 80/20 Inc. 4x cat.#9010, 4x cat.#9005, 1x cat.#9000, 5x cat.#65-2616 excellent, used quick build tab to find PVC, joints, and frame
Ethanol Fisher Scientific 22-032-601
Excel Spreadsheet Software Microsoft Office user friendly and widespread knowledge of Microsoft Office software
Freearm Amazon used to mount camera to the table, could use any mountable extendable arm
ImagePro Premiere 3D Media Cybernetics version 9.3 good program, could use some updating with the automated tracking feature
Matlab software (Psychotoolbox 3) MathWorks Matlab R2018b 64-bit (9.5.0.944444) excellent software to generate pattern stimuli of any conditions
SteamPix sorftware Norpix StreamPix 7 64-bit Single Camera works well, a few problems with frame dropping but good customer service
WD My Book External Hard Drive Western Digital WDBBGB0080HBK hard drive 8 TB USB 3.0 necessary if using .avi files with no compression codec due to large size of files
Wide angle lens Navitar NMV-5M23 excellent and necessary to capture entire arena

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Enroth-Cugell, C., Robson, J. G. The contrast sensitivity of retinal ganglion cells of the cat. The Journal of Physiology. 187 (3), 517-552 (1966).
  2. Boycott, B. B., Wässle, H. The morphological types of ganglion cells of the domestic cat's retina. The Journal of Physiology. 240 (2), 397-419 (1974).
  3. Livingstone, M. S., Hubel, D. H. Segregation of form, color, movement, and depth: anatomy, physiology, and perception. Science. 240 (4853), 740-749 (1988).
  4. Livingstone, M. S., Hubel, D. H. Psychophysical evidence for separate channels for the perception of form, color, movement, and depth. The Journal of Neuroscience. 7 (11), 3416-3468 (1987).
  5. Wässle, H. Parallel processing in the mammalian retina. Nature Reviews Neuroscience. 5 (10), 747-757 (2004).
  6. Awatramani, G. B., Slaughter, M. M. Origin of transient and sustained responses in ganglion cells of the retina. The Journal of Neuroscience. 20 (18), 7087-7095 (2000).
  7. Ghosh, K. K., Bujan, S., Haverkamp, S., Feigenspan, A., Wässle, H. Types of bipolar cells in the mouse retina. The Journal of Comparative Neuroscience. 469 (1), 70-82 (2004).
  8. Wässle, H., Puller, C., Muller, F., Haverkamp, S. Cone contacts, mosaics, and territories of bipolar cells in the mouse retina. The Journal of Neuroscience. 29 (1), 106-117 (2009).
  9. Helmstaedter, M., et al. Connectomic reconstruction of the inner plexiform layer in the mouse retina. Nature. 500 (7461), 168-174 (2013).
  10. Shekhar, K., et al. Comprehensive Classification of Retinal Bipolar Neurons by Single-Cell Transcriptomics. Cell. 166 (5), 1308-1323 (2016).
  11. Wu, S. M., Gao, F., Maple, B. R. Functional architecture of synapses in the inner retina: segregation of visual signals by stratification of bipolar cell axon terminals. The Journal of Neuroscience. 20 (12), 4462-4470 (2000).
  12. Sun, W., Li, N., He, S. Large-scale morphological survey of mouse retinal ganglion cells. The Journal of Comparative Neuroscience. 451 (2), 115-126 (2002).
  13. Volgyi, B., Chheda, S., Bloomfield, S. A. Tracer coupling patterns of the ganglion cell subtypes in the mouse retina. The Journal of Comparative Neuroscience. 512 (5), 664-687 (2009).
  14. Kong, J. H., Fish, D. R., Rockhill, R. L., Masland, R. H. Diversity of ganglion cells in the mouse retina: Unsupervised morphological classification and its limits. The Journal of Comparative Neuroscience. 489 (3), 293-310 (2005).
  15. Sumbul, U., et al. A genetic and computational approach to structurally classify neuronal types. Nature Communications. 5, 3512 (2014).
  16. Baden, T., et al. The functional diversity of retinal ganglion cells in the mouse. Nature. 529 (7586), 345-350 (2016).
  17. Lindstrom, S. H., Ryan, D. G., Shi, J., DeVries, S. H. Kainate receptor subunit diversity underlying response diversity in retinal Off bipolar cells. The Journal of Physiology. 592, Pt 7 1457-1477 (2014).
  18. Euler, T., Haverkamp, S., Schubert, T., Baden, T. Retinal bipolar cells: elementary building blocks of vision. Nature Reviews Neuroscience. 15 (8), 507-519 (2014).
  19. Yoshida, K., et al. A key role of starburst amacrine cells in originating retinal directional selectivity and optokinetic eye movement. Neuron. 30 (3), 771-780 (2001).
  20. Pearson, R. A., et al. Restoration of vision after transplantation of photoreceptors. Nature. 485 (7396), 99-103 (2012).
  21. Saszik, S. M., Robson, J. G., Frishman, L. J. The scotopic threshold response of the dark-adapted electroretinogram of the mouse. The Journal of Physiology. 543, Pt 3 899-916 (2002).
  22. Reuter, J. H., Sanyal, S. Development and degeneration of retina in rds mutant mice: the electroretinogram. Neuroscience Letters. 48 (2), 231-237 (1984).
  23. Woodward, W. R., et al. Isoflurane is an effective alternative to ketamine/xylazine/acepromazine as an anesthetic agent for the mouse electroretinogram. Documenta Ophthalmologica. 115 (3), 187-201 (2007).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Lu, Q., Ganjawala, T. H., Hattar, S., Abrams, G. W., Pan, Z. H. A Robust Optomotor Assay for Assessing the Efficacy of Optogenetic Tools for Vision Restoration. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 59 (3), 1288-1294 (2018).
  27. Xue, T., et al. Melanopsin signalling in mammalian iris and retina. Nature. 479 (7371), 67-73 (2011).
  28. Yilmaz, M., Meister, M. Rapid innate defensive responses of mice to looming visual stimuli. Current Biology. 23 (20), 2011-2015 (2013).
  29. De Franceschi, G., Vivattanasarn, T., Saleem, A. B., Solomon, S. G. Vision Guides Selection of Freeze or Flight Defense Strategies in Mice. Current Biology. 26 (16), 2150-2154 (2016).
  30. Temizer, I., Donovan, J. C., Baier, H., Semmelhack, J. L. A Visual Pathway for Looming-Evoked Escape in Larval Zebrafish. Current Biology. 25 (14), 1823-1834 (2015).
  31. Guest, B. B., Gray, J. R. Responses of a looming-sensitive neuron to compound and paired object approaches. Journal of Neurophysiology. 95 (3), 1428-1441 (2006).
  32. McMillan, G. A., Gray, J. R. A looming-sensitive pathway responds to changes in the trajectory of object motion. Journal of Neurophysiology. 108 (4), 1052-1068 (2012).
  33. Vagnoni, E., Lourenco, S. F., Longo, M. R. Threat modulates neural responses to looming visual stimuli. Eur The Journal of Neuroscience. 42 (5), 2190-2202 (2015).
  34. Coker-Appiah, D. S., et al. Looming animate and inanimate threats: the response of the amygdala and periaqueductal gray. Social Neuroscience. 8 (6), 621-630 (2013).
  35. Tyll, S., et al. Neural basis of multisensory looming signals. Neuroimage. 65, 13-22 (2013).
  36. Wei, P., et al. Processing of visually evoked innate fear by a non-canonical thalamic pathway. Nature Communications. 6, 6756 (2015).
  37. Shang, C., et al. Divergent midbrain circuits orchestrate escape and freezing responses to looming stimuli in mice. Nature Communications. 9 (1), 1232 (2018).
  38. Salay, L. D., Ishiko, N., Huberman, A. D. A midline thalamic circuit determines reactions to visual threat. Nature. 557 (7704), 183-189 (2018).
  39. Vale, R., Evans, D., Branco, T. A Behavioral Assay for Investigating the Role of Spatial Memory During Instinctive Defense in Mice. Journal of Visualized Experiments. (137), 56988 (2018).
  40. Tungtur, S. K., Nishimune, N., Radel, J., Nishimune, H. Mouse Behavior Tracker: An economical method for tracking behavior in home cages. Biotechniques. 63 (5), 215-220 (2017).

Tags

התנהגות סוגיה 148 התנהגות העכבר בדיקת ראייה טיסה הקפאה מסלול תנועה פחד
באמצעות גירויים חזותיים מתנשא להערכת חזון העכבר
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Koehler, C. C., Hall, L. M.,… More

Koehler, C. C., Hall, L. M., Hellmer, C. B., Ichinose, T. Using Looming Visual Stimuli to Evaluate Mouse Vision. J. Vis. Exp. (148), e59766, doi:10.3791/59766 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter