चूहों में ऑप्टोकाइनेटिक रिफ्लेक्स की दृश्य सुविधा चयनात्मकता का परिमाणीकरण
Summary
यहां, हम ऑप्टोकाइनेटिक रिफ्लेक्स को निर्धारित करने के लिए एक मानक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं। यह आभासी ड्रम उत्तेजना और वीडियो-ओकुलोग्राफी को जोड़ती है, और इस प्रकार व्यवहार की सुविधा चयनात्मकता और इसकी अनुकूली प्लास्टिसिटी के सटीक मूल्यांकन की अनुमति देती है।
Abstract
ऑप्टोकाइनेटिक रिफ्लेक्स (ओकेआर) एक आवश्यक जन्मजात आंख आंदोलन है जो दृश्य वातावरण की वैश्विक गति से ट्रिगर होता है और रेटिना छवियों को स्थिर करने का कार्य करता है। इसके महत्व और मजबूती के कारण, ओकेआर का उपयोग दृश्य-मोटर सीखने का अध्ययन करने और विभिन्न आनुवंशिक पृष्ठभूमि, उम्र और दवा उपचार वाले चूहों के दृश्य कार्यों का मूल्यांकन करने के लिए किया गया है। यहां, हम उच्च सटीकता के साथ सिर-निश्चित चूहों के ओकेआर प्रतिक्रियाओं का मूल्यांकन करने के लिए एक प्रक्रिया पेश करते हैं। सिर निर्धारण आंखों के आंदोलनों पर वेस्टिबुलर उत्तेजना के योगदान को खारिज कर सकता है, जिससे केवल दृश्य गति द्वारा ट्रिगर आंखों के आंदोलनों को मापना संभव हो जाता है। ओकेआर को एक आभासी ड्रम सिस्टम द्वारा प्राप्त किया जाता है, जिसमें तीन कंप्यूटर मॉनिटर पर प्रस्तुत एक ऊर्ध्वाधर झंझरी क्षैतिज रूप से एक ऑसिलेटरी तरीके से या एक स्थिर वेग पर यूनिडायरेक्शनल रूप से बहती है। इस आभासी वास्तविकता प्रणाली के साथ, हम स्थानिक आवृत्ति, अस्थायी / दोलन आवृत्ति, कंट्रास्ट, ल्यूमिनेंस और झंझरी की दिशा जैसे दृश्य मापदंडों को व्यवस्थित रूप से बदल सकते हैं, और दृश्य सुविधा चयनात्मकता के ट्यूनिंग वक्रों को निर्धारित कर सकते हैं। उच्च गति इन्फ्रारेड वीडियो-ओकुलोग्राफी आंखों के आंदोलनों के प्रक्षेपवक्र का सटीक माप सुनिश्चित करता है। अलग-अलग चूहों की आंखों को विभिन्न उम्र, लिंग और आनुवंशिक पृष्ठभूमि के जानवरों के बीच ओकेआर की तुलना करने के अवसर प्रदान करने के लिए कैलिब्रेट किया जाता है। इस तकनीक की मात्रात्मक शक्ति इसे ओकेआर में परिवर्तन का पता लगाने की अनुमति देती है जब यह व्यवहार उम्र बढ़ने, संवेदी अनुभव या मोटर सीखने के कारण प्लास्टिक रूप से अनुकूल होता है; इस प्रकार, यह इस तकनीक को ओकुलर व्यवहार की प्लास्टिसिटी की जांच के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के प्रदर्शनों की सूची के लिए एक मूल्यवान अतिरिक्त बनाता है।
Introduction
पर्यावरण में दृश्य उत्तेजनाओं के जवाब में, हमारी आंखें हमारी दृष्टि को स्थानांतरित करने, रेटिना छवियों को स्थिर करने, चलती लक्ष्यों को ट्रैक करने, या पर्यवेक्षक से अलग-अलग दूरी पर स्थित लक्ष्यों के साथ दो आंखों के फोवे को संरेखित करने के लिए चलती हैं, जो उचित दृष्टि 1,2 के लिए महत्वपूर्ण हैं। स्वास्थ्य और बीमारी में तंत्रिका सर्किट को समझने के लिए सेंसरिमोटर एकीकरण के आकर्षक मॉडल के रूप में ओकुलोमोटर व्यवहार का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, कम से कम आंशिक रूप से ओकुलोमोटर सिस्टम3 की सादगी के कारण। एक्स्ट्राओकुलर मांसपेशियों के तीन जोड़े द्वारा नियंत्रित, आंख सॉकेट में मुख्य रूप से तीन संबंधित अक्षों के आसपास घूमती है: अनुप्रस्थ अक्ष के साथ ऊंचाई और अवसाद, ऊर्ध्वाधर अक्ष के साथ जोड़ और अपहरण, और एंटेरोपोस्टरियर अक्ष 1,2 के साथ मरोड़ और एक्सटॉर्सन। इस तरह की एक सरल प्रणाली शोधकर्ताओं को प्रयोगशाला के वातावरण में आसानी से और सटीक रूप से चूहों के ओकुलोमोटर व्यवहार का मूल्यांकन करने की अनुमति देती है।
एक प्रमुख ओकुलोमोटर व्यवहार ऑप्टोकाइनेटिक रिफ्लेक्स (ओकेआर) है। यह अनैच्छिक आंख आंदोलन रेटिना पर छवियों के धीमे बहाव या फिसलन से शुरू होता है और रेटिना छवियों को स्थिर करने का कार्य करता है क्योंकि एक जानवर का सिर या उसके आसपास 2,4 चलते हैं। ओकेआर, एक व्यवहारिक प्रतिमान के रूप में, कई कारणों से शोधकर्ताओं के लिए दिलचस्प है। सबसे पहले, इसे मज़बूती से उत्तेजित किया जा सकता है और सटीक रूप से 5,6 निर्धारित किया जा सकता है। दूसरा, इस व्यवहार को निर्धारित करने की प्रक्रियाएं अपेक्षाकृत सरल और मानकीकृत हैंऔर जानवरों के एक बड़े समूह के दृश्य कार्यों का मूल्यांकन करने के लिए लागू की जा सकती हैं। तीसरा, यह जन्मजात व्यवहार अत्यधिक प्लास्टिक 5,8,9 है। इसके आयाम को शक्तिशाली बनाया जा सकता है जब दोहराए जाने वाले रेटिना स्लिप लंबे समय तक 5,8,9 होते हैं, या जब इसके कामकाजी साथी वेस्टिबुलर ओकुलर रिफ्लेक्स (वीओआर), वेस्टिबुलर इनपुट2 द्वारा ट्रिगर रेटिना छवियों को स्थिर करने का एक और तंत्र, बिगड़ा हुआ है। ओकेआर प्रवर्धन के ये प्रयोगात्मक प्रतिमान शोधकर्ताओं को ओकुलोमोटर सीखने के अंतर्निहित सर्किट आधार का अनावरण करने के लिए सशक्त बनाते हैं।
पिछले अध्ययनों में ओकेआर का मूल्यांकन करने के लिए मुख्य रूप से दो गैर-इनवेसिव तरीकों का उपयोग किया गया है: (1) वीडियो-ओकुलोग्राफी एक भौतिक ड्रम 7,10,11,12,13 के साथ संयुक्त है या (2) वर्चुअल ड्रम 6,14,15,16 के साथ संयुक्त सिर मोड़ का मनमाना निर्धारण . यद्यपि उनके अनुप्रयोगों ने ओकुलोमोटर प्लास्टिसिटी के आणविक और सर्किट तंत्र को समझने में उपयोगी खोज की है, इन दो विधियों में से प्रत्येक में कुछ कमियां हैं जो ओकेआर के गुणों की मात्रात्मक जांच करने में उनकी शक्तियों को सीमित करती हैं। सबसे पहले, काले और सफेद धारियों या डॉट्स के मुद्रित पैटर्न के साथ भौतिक ड्रम, दृश्य पैटर्न के आसान और त्वरित परिवर्तन की अनुमति नहीं देते हैं, जो बड़े पैमाने पर कुछ दृश्य विशेषताओं पर ओकेआर की निर्भरता के माप को प्रतिबंधित करता है, जैसे कि स्थानिक आवृत्ति, दिशा और चलती झंझरीके विपरीत 8,17। इसके बजाय, इन दृश्य सुविधाओं के लिए ओकेआर की चयनात्मकता के परीक्षण कम्प्यूटरीकृत दृश्य उत्तेजना से लाभान्वित हो सकते हैं, जिसमें दृश्य सुविधाओं को परीक्षण से परीक्षण तक आसानी से संशोधित किया जा सकता है। इस तरह, शोधकर्ता बहु-आयामी दृश्य पैरामीटर स्थान में ओकेआर व्यवहार की व्यवस्थित रूप से जांच कर सकते हैं। इसके अलावा, ओकेआर परख की दूसरी विधि केवल दृश्य मापदंडों की सीमा की रिपोर्ट करती है जो प्रत्यक्ष ओकेआर को ट्रिगर करती है, लेकिन आंख या सिर के आंदोलनों के आयाम 6,14,15,16 नहीं। मात्रात्मक शक्ति की कमी इस प्रकार ट्यूनिंग वक्रों के आकार और पसंदीदा दृश्य विशेषताओं का विश्लेषण करने या सामान्य और रोग स्थितियों में व्यक्तिगत चूहों के बीच सूक्ष्म अंतर का पता लगाने से रोकती है। उपरोक्त सीमाओं को दूर करने के लिए, वीडियो-ओकुलोग्राफी और कम्प्यूटरीकृत आभासी दृश्य उत्तेजना को हालके अध्ययनों 5,17,18,19,20 में ओकेआर व्यवहार की परख के लिए जोड़ा गया था। हालांकि, इन पहले प्रकाशित अध्ययनों ने पर्याप्त तकनीकी विवरण या चरण-दर-चरण निर्देश प्रदान नहीं किए, और परिणामस्वरूप शोधकर्ताओं के लिए अपने स्वयं के शोध के लिए इस तरह के ओकेआर परीक्षण को स्थापित करना अभी भी चुनौतीपूर्ण है।
यहां, हम वीडियो-ओकुलोग्राफी और कम्प्यूटरीकृत आभासी दृश्य उत्तेजना के संयोजन के साथ फोटोपिक या स्कोटोपिक स्थितियों के तहत ओकेआर व्यवहार की दृश्य सुविधा चयनात्मकता को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। वेस्टिबुलर उत्तेजना द्वारा उत्पन्न आंखों की गति से बचने के लिए चूहों को सिर पर लगाया जाता है। एक उच्च गति वाले कैमरे का उपयोग चूहों से ओकुलर आंदोलनों को रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है, जो बदलते दृश्य मापदंडों के साथ चलती झंझरी को देखते हैं। अलग-अलग चूहों के आंखों की पुतलियों के भौतिक आकार को आंखोंके आंदोलनों के कोण को प्राप्त करने की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए कैलिब्रेट किया जाता है। यह मात्रात्मक विधि विभिन्न उम्र या आनुवंशिक पृष्ठभूमि के जानवरों के बीच ओकेआर व्यवहार की तुलना करने या औषधीय उपचार या दृश्य-मोटर सीखने के कारण इसके परिवर्तन की निगरानी करने की अनुमति देती है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यहां प्रस्तुत ओकेआर व्यवहार परख की विधि कई फायदे प्रदान करती है। सबसे पहले, कंप्यूटर-जनित दृश्य उत्तेजना भौतिक ड्रम के आंतरिक मुद्दों को हल करती है। इस मुद्दे से निपटते हुए कि भौतिक ड्रम स्थानिक आवृत्…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम दिशा ट्यूनिंग के डेटा को साझा करने के लिए यिंगटियन हे के आभारी हैं। इस काम को कैनेडियन फाउंडेशन ऑफ इनोवेशन एंड ओंटारियो रिसर्च फंड (सीएफआई / ओआरएफ प्रोजेक्ट नंबर 37597), एनएसईआरसी (आरजीपीआईएन -2019-06479), सीआईएचआर (प्रोजेक्ट ग्रांट 437007), और कनॉट न्यू रिसर्चर अवार्ड्स से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| 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 |
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