माउस दृष्टि का मूल्यांकन करने के लिए उभरते दृश्य उत्तेजको का उपयोग

Behavior

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Summary

माउस दृष्टि की जांच करने के लिए, हम एक उभरते परीक्षण किया । चूहों को इसकी छत पर मॉनिटर के साथ एक बड़े चौकोर एरिना में रखा गया था । उभरते दृष्य उद्दीपन ने चूहों में लगातार ठंड या उड़ान प्रतिक्रियाओं को पैदा कर रहा है ।

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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).

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Abstract

केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में दृश्य प्रणाली विविध दृश्य संकेतों को संसाधित करता है । हालांकि समग्र संरचना रेटिना से पार्श्व जानुनत नाभिक के माध्यम से दृश्य प्रांतस्था की विशेषता है, प्रणाली जटिल है । कोशिकीय और आण्विक अध्ययन, दृश्य प्रक्रमण को रेखांकित करने वाले तंत्रों को स्पष्ट करने तथा विस्तार, रोग तंत्रों के द्वारा किया जाता है । ये अध्ययन कृत्रिम दृश्य प्रणालियों के विकास में योगदान कर सकते हैं । इन अध्ययनों के परिणामों को मांय करने के लिए, व्यवहार दृष्टि परीक्षण आवश्यक है । यहां, हम बताते है कि उभरते उत्तेजना प्रयोग एक विश्वसनीय माउस दृष्टि परीक्षण है कि एक अपेक्षाकृत सरल सेटअप की आवश्यकता है । उभरते प्रयोग एक कोने में एक आश्रय और एक कंप्यूटर की छत पर स्थित मॉनिटर के साथ एक बड़े बाड़े में आयोजित किया गया था । एक कंप्यूटर मॉनिटर के बगल में तैनात सीसीडी कैमरा माउस व्यवहार का निरीक्षण करने के लिए सेवा की । एक चूहा 10 मिनट के लिए बाड़े में रखा गया था और करने के लिए acclimate और परिवेश का पता लगाने की अनुमति दी । फिर, मॉनिटर एक प्रोग्राम-उभरते उत्तेजना 10 बार अनुमानित । माउस ने उद्दीनों को या तो ठंड से या छिपने के स्थान पर भाग कर जवाब दिया । पहले और उभरते उत्तेजनों रिकॉर्ड किया गया था के बाद माउस के व्यवहार, और वीडियो गति ट्रैकिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग कर विश्लेषण किया गया । मूषक आंदोलन का वेग मंडराने वाले उद्दीनों के बाद काफी बदल गया । इसके उलट, अंधा चूहों में कोई प्रतिक्रिया नहीं देखी गई । हमारे परिणाम प्रदर्शन है कि सरल उभरते प्रयोग माउस दृष्टि का एक विश्वसनीय परीक्षण है ।

Introduction

दृश्य प्रणाली रेटिना में शुरू होता है, जहां दृश्य संकेतों photoreceptors द्वारा कब्जा कर रहे हैं, द्विध्रुवी कोशिकाओं (2एन डी-आदेश ंयूरॉंस) के लिए मोड़ा, और अंत में गुच्छिका कोशिकाओं को पारित (3rdक्रम ंयूरॉंस) । रेटिना 2nd-और 3rd-आदेश न्यूरॉन्स कई तंत्रिका रास्ते बनाने के लिए सोचा जाता है कि दृश्य संकेतन के विशेष पहलुओं जैसे रंग, गति, या आकार के रूप में व्यक्त कर रहे हैं । इन विविध दृश्य विशेषताओं पार्श्व जानुनत नाभिक और दृश्य प्रांतस्था को relayed हैं । इसके विपरीत, सुपीरियर कॉलीक्युलस को दृश्य संकेतों के कारण आँखों की गति को भेजा जाता है । प्रतिष्ठित रूप से, दो retino-cortical रास्ते की पहचान की गई है: मैगनोसेलुलर और पर्वोकोक्यूलर रास्ते । इन रास्तों गतिशील और स्थिर वस्तुओं, क्रमशः एनकोड, और उनके अस्तित्व समानांतर1,2,3,4,5, प्रसंस्करण की मूल अवधारणा का प्रतीक । हाल ही में, 15 द्विध्रुवी कोशिकाओं के प्रकार से अधिक7,8,9,10,11 और गुच्छिका कोशिकाओं12,13,14 ,15,16 , रहनुमा रेटिना सहित कई प्रजातियों के रेटिना में सूचित किया गया है । इन कोशिकाओं को न केवल रूपात्मक पहलुओं से प्रतिष्ठित हैं, लेकिन यह भी अलग मार्कर और जीन की अभिव्यक्ति से8,10,17,18, सुझाव है कि विभिन्न सुविधाओं के दृश्य संकेतों समानांतर में संसाधित कर रहे हैं, जो अधिक से अधिक जटिल है मूल रूप से प्रत्याशित.

सेलुलर और आणविक प्रौद्योगिकियों के दृश्य प्रसंस्करण और संभावित रोग तंत्र है कि ंयायपालिका दृश्य प्रसंस्करण से उत्पंन हो सकता है हमारी समझ में योगदान दिया है । ऐसी समझ कृत्रिम आंखों के विकास में योगदान कर सकते हैं । हालांकि सेलुलर परीक्षाओं और विश्लेषण एक सेलुलर स्तर पर गहराई से ज्ञान की पेशकश, व्यवहार प्रयोगों और सेलुलर प्रयोगों का एक संयोजन काफी मिनट दृश्य प्रक्रियाओं की हमारी वर्तमान समझ में वृद्धि होगी. उदाहरण के लिए, yoshida एट अल19 पाया कि वाला स्टारबर्स्ट amacrine कोशिकाओं माउस रेटिना में गति का पता लगाने के लिए कुंजी ंयूरॉंस हैं । सेलुलर प्रयोगों के बाद, वे उत्परिवर्ती चूहों जिसमें वाला स्टारबर्स्ट amacrine कोशिकाओं बेकार वस्तुओं का जवाब नहीं था, जिससे उनके सेलुलर पुष्टि दिखाने के लिए optokinetic अक्षिदोलन (okn) व्यवहार प्रयोग प्रदर्शन किया जांच. इसके अलावा, Pearson एट अल.20 माउस रेटिना में photorector प्रत्यारोपण आयोजित रोगग्रस्त चूहों में दृष्टि बहाल । वे न केवल सेलुलर प्रयोगों का आयोजन किया, लेकिन यह भी optomotor प्रतिक्रिया रिकॉर्डिंग और पानी भूलभुलैया कार्यों के उपयोग के माध्यम से माउस व्यवहार मापा इस प्रकार पियरसन एट अल. सत्यापित करने के लिए कि प्रत्यारोपित फोटोग्राही पूर्व ब्लाइंड में दृष्टि बहाल चूहों. एक साथ लिया, व्यवहार प्रयोगों माउस दृष्टि का आकलन करने के लिए मजबूत उपकरण हैं.

माउस दृष्टि मापने के लिए एकाधिक विधियां उपलब्ध हैं । इन पद्धतियों के फायदे और सीमाएं हैं । Vivo में ERG कि क्या माउस रेटिना, विशेष रूप से photoreceptors और द्विध्रुवी कोशिकाओं पर जानकारी प्रदान करता है, उचित प्रकाश उत्तेजको का जवाब । Erg या तो तिमिरानुकूलित या प्रकाशानुकूली शर्तों21,22के तहत परीक्षण किया जा सकता है । हालांकि, ERG संज्ञाहरण की आवश्यकता है, जो उत्पादन माप23प्रभावित हो सकता है । Optokinetic पलटा (OKR) या optokinetic प्रतिक्रिया (ओएमआर) विपरीत संवेदनशीलता और स्थानिक संकल्प, माउस दृष्टि के दोनों कार्यात्मक घटकों का आकलन करने के लिए एक मजबूत तरीका है । हालांकि, OKR की आवश्यकता है सर्जरी के लिए एक निर्धारण उपकरण संलग्न करने के लिए माउस खोपड़ी24. ओएमआर न तो शल्य चिकित्सा की आवश्यकता है और न ही माउस प्रशिक्षण; हालांकि, यह एक ऑप्टिक ड्रम 25,26में एक चलती झंझरी के जवाब में subjectively सूक्ष्म माउस सिर आंदोलनों का पता लगाने के लिए एक experimenter अनुमति देने के लिए प्रशिक्षण की आवश्यकता है । पुतली प्रकाश प्रतिवर्त प्रकाश उत्तेजको के जवाब में छात्र कसना उपाय है, जो संज्ञाहरण की आवश्यकता नहीं है और उद्देश्य और मजबूत प्रतिक्रियाएं 19प्रदर्शित करता है । हालांकि छात्र पलटा vivo में रेटिना प्रकाश प्रतिक्रिया simulates, पलटा मुख्य रूप से आंतरिक रूप से सहज रेटिना गुच्छिका कोशिकाओं (iprgcs) 27द्वारा मध्यस्थता है. क्योंकि iprgcs rgcs के एक छोटे से अल्पसंख्यक का प्रतिनिधित्व करते है और पारंपरिक छवि के रूप में काम नहीं कर गुच्छिका कोशिकाओं, इस माप की जानकारी प्रदान नहीं करता है गुच्छिका कोशिकाओं के बहुमत से संबंधित है ।

उभरते प्रकाश प्रयोग पहले माउस दृष्टि मापने के लिए एक प्रमुख परीक्षण नहीं माना गया है । हालांकि, यह भी माउस28,29, zebrafish30, टिड्डी31,३२, और मानव३३,३४, जैसे विभिन्न प्रजातियों में एक मजबूत और विश्वसनीय दृष्टि परीक्षण है ३५. महत्वपूर्ण बात, उभरते प्रयोग केवल कुछ ही तरीकों को छवि बनाने मार्ग परीक्षण में से एक है-यह एक पलटा मार्ग नहीं है-दृश्य और केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में limbic प्रणालियों दिया इस सर्किट में शामिल है३६, ३७,३८। हम एक उभरते दृश्य उत्तेजना प्रणाली की स्थापना की है और इसके लिए माउस, जो हम एक प्रॉक्सी के लिए माउस दृश्य प्रणाली की intactness का आकलन के रूप में उपयोग में गति का पता लगाने की क्षमता का प्रदर्शन किया है ।

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Protocol

सभी प्रयोगों और पशुओं की देखभाल संस्थागत पशु देखभाल और वेन राज्य विश्वविद्यालय (प्रोटोकॉल no. 17-11-0399) में उपयोग समितियों द्वारा अनुमोदित प्रोटोकॉल के अनुसार आयोजित किया गया ।

1. प्रयोग के लिए तैयारी

  1. एक आयताकार खुला ढक्कन संलग्नक निर्माण दृश्य उत्तेजनी प्रस्तुति के दौरान माउस घर के लिए । हम एक ४० सेमी x ५० सेमी x ३३ मुख्यमंत्री संलग्नक एल्यूमीनियम तैयार करने और पीवीसी पैनलों का उपयोग कर निर्माण (चित्रा 1ए, बी) । परीक्षण के बीच आसान सफाई सुनिश्चित करने के लिए बाड़े के पूरे फर्श को कवर करने के लिए कागज की एक चादर बिछाएं । आसान प्रवेश और निकास के लिए क्षेत्र के केंद्र का सामना कर रहे एक प्रवेश द्वार के साथ बाड़े के एक कोने में एक अपारदर्शी आश्रय जोड़ें ।
  2. माउस के व्यवहार को कैप्चर करने के लिए चौड़े कोण वाले लेंस के साथ एक कैमरा सेट करें । एक मेज के लिए कैमरे को सुरक्षित बाड़े के निकट खड़ा खड़े । सबसे अच्छी गुणवत्ता वीडियो कैप्चरिंग के लिए, ६० FPS या अधिक की एक कैमरा फ्रेम दर का उपयोग करें ।
  3. बाड़े के शीर्ष पर एक कंप्यूटर मॉनिटर सेट करें । क्योंकि मॉनिटर बाहर से नहीं देखा जा सकता है, एक दूसरे मॉनिटर तैयार किया गया था, जो प्राथमिक मॉनिटर पर दिखाया छवियों दोहराया ।
  4. प्रक्षेपण के लिए एक उभरते पैटर्न तैयार करते हैं । एक तरह से ऐसा करने के लिए एक विस्तार काले वृत्त (चित्रा 1सी) के लिए कोड के लिए matlab सॉफ्टवेयर के भीतर PsychToolbox3 का उपयोग करने के लिए है । 2 ° के एक दृश्य कोण पर शुरू करने के लिए उत्तेजना सेट करें और २५० ms पर ५० ° करने के लिए विस्तार; इन मापदंडों उत्तेजना की गति निर्धारित (दृश्य कोण गणना के लिए चित्रा 1डी देखें) । 1 के अंतराल के साथ 10 बार उत्तेजना दोहराने के लिए कोड सेट करें ।
    नोट: उत्तेजना पिछले प्रस्तुति की समाप्ति पर तुरंत प्रत्येक दोहराव शुरू कर दिया । उत्तेजना प्रस्तुति के बारे में अधिक जानकारी के लिए, कृपया धारा 3 को देखें ।
  5. मंडरा उत्तेजको के लिए ब्याज की चूहे का चयन करें । यहां, एक C57 पृष्ठभूमि, पुरुष और महिला, 4 से 14 सप्ताह की उंर के ३२ स्वस्थ आंखों चूहे का उपयोग करें । इसके अलावा, 3 अंधा चूहों (दोनों आंखों में गंभीर मोतियाबिंद) का उपयोग करने के लिए कि क्या प्रतिक्रिया उभरते उत्तेजना के लिए वास्तव में एक नेत्रहीन निर्देशित व्यवहार किया गया था का आकलन करें । इन अंधे चूहों में कोई प्यूपिल्लरी लाइट पलटा हुआ था और कोई ऑप्टोमोप्टर प्रतिक्रिया नहीं थी ।

2. माउस acclimation

  1. बाड़े में एक चूहा रखें और इसे स्वतंत्र रूप से अपने परिवेश का पता लगाने । यदि संभव हो तो, के बजाय यह दे यह समर्थन के बिना लटका माउस के लिए एक आराम जगह के रूप में अपने मुक्त हाथ के पीछे का उपयोग करके पशु हस्तांतरण के दौरान तनाव को कम करने की कोशिश करो । माउस पूरे बाड़े को खोजने के लिए सुरक्षित होना चाहिए और छिपने की जगह की खोज करनी चाहिए । शरण के बाहर रहने के लिए माउस को प्रोत्साहित करने के लिए आश्रय के विपरीत कोने में कुछ खाद्य छर्रों ड्रॉप.
  2. माउस कहीं भी 7 से 15 मिनट29,३९से acclimate करने के लिए अनुमति देते हैं । हमने उत्तेजना शुरू होने से पहले 10 मिनट का पर्यनुकूलन अनुमत कर दिया । इसके अलावा, 10 मिनट acclimation प्रयोग करने से पहले एक दिन चूहों को कम कर सकते हैं ।

3. उभरते दृश्य उत्तेजक प्रक्षेपण

  1. क्षेत्र में माउस डालने से पहले, सुनिश्चित करें कि उत्तेजना कोड के लिए संभव के रूप में कुछ प्रकाश परिवर्तन के रूप में सुविधा के लिए चलाने के लिए तैयार है, जबकि माउस बाड़े में है । एक बार सॉफ्टवेयर चलाने के लिए तैयार है, धीरे बाड़े में माउस जगह है ।
  2. उत्तेजना से 10 सेकंड पहले वीडियो कैप्चरिंग शुरू करें ।
  3. उभरते दृश्य उत्तेजको शुरू जब माउस आश्रय से दूर है और खुले मैदान में स्वतंत्र रूप से बढ़ रहा है । पिछले उत्तेजना प्रस्तुति के बाद 10 सेकंड के लिए रिकॉर्डिंग समाप्त रुको ।
    1. उत्तेजना प्रस्तुति शुरू जब माउस शरण से दूर कोने में है । हालांकि, जब चूहों को दूर कोने का पता लगाने के लिए तैयार नहीं लगता है, उत्तेजना वर्तमान जब माउस क्षेत्र के एक अलग कोने में है । यह पशु व्यवहार प्रतिक्रिया में एक फर्क प्रतीत नहीं होता है ।
  4. माउस वापस अपने मूल पिंजरे के लिए स्थानांतरण । ७०% इथेनॉल और यह पोंछते नीचे के साथ दीवारों और शरण छिड़काव द्वारा अगले माउस के लिए बाड़े साफ । अगर पशु हस्तांतरण और बाड़े की सफाई के दौरान चले गए तो कागज मंजिल लाइनर की जगह अगर गंदे और एक ही प्रारंभिक स्थान के लिए शरण स्थान ।

4. वीडियो विश्लेषण

  1. विश्लेषण सॉफ़्टवेयर के लिए स्थानांतरण के दौरान कोई डेटा हानि सुनिश्चित करने के लिए फ़ाइल संपीड़न के बिना. avi स्वरूप में प्रत्येक माउस के लिए वीडियो क्लिप सहेजें ।
    नोट: संपीड़न की कमी बड़ा फ़ाइल आकार करने के लिए नेतृत्व करेंगे; इसलिए, भंडारण के लिए बाहरी हार्ड ड्राइव का उपयोग करें ।
  2. विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग करने से पहले क्षेत्र के आसपास जानवर की गति को ट्रैक करने के लिए, के दौरान, और उत्तेजना प्रस्तुति के बाद । व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सॉफ्टवेयर का उपयोग करें ( सामग्री की तालिकादेखें) एक मैनुअल ट्रैकिंग हर वीडियो फ्रेम, जो एक्स और वाई समंवय उत्पंन हर 1/60 Ms । अंय गति ट्रैकिंग सॉफ्टवेयर शामिल फिजी (nih में माउस सिर की स्थिति को ट्रैक करने की क्षमता के साथ) )४० और एथरोविज़न (Noldus) ।
  3. शरण से मूषक के वेग और दूरी का परिकलन कीजिए । यदि वीडियो कोण के कारण क्षेत्र की छवि विकृत है, गणना करने से पहले X और Y समंवय सही (चित्रा 2) ।
  4. पहले और उत्तेजना शुरुआत उभरते के बाद निर्धारित करने के लिए कैसे माउस उत्तेजको जवाब देने के लिए, ठंड से भागने, या व्यवहार में कोई परिवर्तन का प्रदर्शन29से मानकों की तुलना करें । एपिसोड के रूप में ठंड परिभाषित जहां गति से कम 20 mm ०.५/ एपिसोड के रूप में उड़ान परिभाषित जहां गति ४०० mm करने के लिए वृद्धि हुई/ ठंड और उड़ान के लिए परिभाषाएं Franceschi एट अल29 द्वारा सेट उन पर आधारित थे

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Representative Results

स्वस्थ आंखों के साथ एक चूहा बाड़े में रखा गया था और 10 मिनट के लिए acclimate की अनुमति दी । छत पर निगरानी के साथ अखाड़ा mesopic प्रकाश शर्तों के तहत रखा गया था (7 x 105 फोटॉन/ आकृतिकाल के दौरान चूहे ने अंतरिक्ष का पता लगाया और अपारदर्शी गुंबद को पनाह के रूप में पाया । जब माउस को शरण से दूर ले जाया गया, वीडियो कैप्चरिंग शुरू कर दिया, दृश्य उत्तेजना की दीक्षा के बाद । उभरते उत्तेजना के जवाब में, ज्यादातर चूहों डोम (उड़ान प्रतिक्रिया) है, जो 31 में से 30 चूहों (९७%) में मनाया गया में भाग गया । इससे पहले कि वे भाग (19/31 चूहे, ६१%) उभरते उत्तेजना प्रकाश की स्थिति 1 लॉग (6 x 105 फोटॉन/

कब्जा कर लिया वीडियो क्लिप या तो एक मैनुअल ट्रैकिंग समारोह (छवि प्रो प्लस) या फिजी (NIH) के साथ एक वाणिज्यिक विश्लेषिकी सॉफ्टवेयर का उपयोग कर विश्लेषण किया गया । ट्रैकिंग सुविधा का उपयोग कर, माउस की स्थिति से पहले, के दौरान, और उभरते उत्तेजनों के बाद वीडियो के प्रत्येक फ्रेम (६० फ्रेम/ हम समय के साथ-साथ आश्रय के लिए दूरी के वेग में परिवर्तन का विश्लेषण (चित्रा 3). जब उड़ान हुई, वेग अचानक बढ़ गया और आश्रय के लिए दूरी तदनुसार कम कर दिया । इसके विपरीत, जब चूहे जम गए तो वेग 0 mm/s के पास था । उड़ान के लिए उभरते उत्तेजको की शुरुआत से विलंबता ०.१ से लेकर ६.० सेकंड (औसत २.२ एस, 30 चूहों) । उड़ान प्रतिक्रिया के लिए अधिकतम वेग की सीमा 500-3000 मिमी/एस (30 चूहे) थी ।

Figure 1
चित्रा 1 : प्रायोगिक प्रणाली । () योजनाबद्ध उद्दीनों की संलग्नक । एक कंप्यूटर मॉनीटर (21 ") छत को कवर करता है । बाड़े के एक कोने में एक अपारदर्शी गुंबद है, जिसमें एक चूहा पनाह ले सकता है । एक चौड़े कोण लेंस के साथ एक वीडियो मॉनिटर माउस व्यवहार कब्जा । () हमारी संपूर्ण स्थापना का समग्र दृष्टिकोण । द्वितीयक मॉनीटर छवि को उत्तेजना प्रदर्शन पर प्रदर्शित करते हुए डुप्लिकेट बनाता है । () उभरते हुए उद्दीपन का आरेख उभरते उत्तेजना 2 डिग्री (1.15 सेमी) से शुरू होता है और २५० ms. It के लिए इस आकार में ५० के पाठ्यक्रम पर फैलता है २५० एमएस और एक अतिरिक्त ५०० एमएस के लिए ५० ° रहता है । यह 1s अनुक्रम तो 9 अधिक बार समाप्त होने से पहले दोहराता है । () उद्दीपक गणनाओं का आरेख । पिंजरे की ऊंचाई आवश्यक शुरू और अंत आकार (सेंटीमीटर में) उत्तेजना के आदेश में एक उत्तेजना है कि 2 डिग्री से ५० ° से फैलता है जब सीधे माउस के ऊपर का उत्पादन करने के लिए तय कर । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2 : विश्लेषण परिकलन । गणना चौड़े कोण लेंस से तिरछा सही करने के लिए । कैमरे के प्लेसमेंट के कारण, क्षेत्र के फर्श एक चतुर्भुज के बजाय एक आयत (बाएं) के रूप में प्रकट होता है । इसलिए, माउस की X और Y निर्देशांक सही रूप से माउस स्थिति (मध्य) का विश्लेषण करने के लिए सही होना चाहिए । सर्वांगीय त्रिकोण की ज्यामिति का उपयोग करना, यह संभव है कि कितना x-निर्देशांक क्रम में सही ढंग से 3 आयामी अंतरिक्ष में माउस के आंदोलन का प्रतिनिधित्व करने के लिए बदलाव होगा (सही) । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3 : उभरते उत्तेजनों के प्रतिनिधि प्रतिक्रियाएं । () क्षेत्र के भीतर एक माउस के आंदोलन ट्रैक का एक उदाहरण है । एक लाल वृत्त गुंबद जहां माउस से भाग गया और जब तक मंडरा गायब हो गया से पता चलता है । 1 = माउस स्थिति शुरू बिंदु जब वीडियो कैप्चरिंग शुरू कर दिया । 2 = उत्तेजना शुरू करने से पहले आंदोलन जब माउस क्षेत्र का पता लगाया । 3 = उभरते उत्तेजना शुरू कर दिया । माउस गुंबद को धराशायी (एक लाल डैश्ड लाइन द्वारा दिखाया गया है) । 4 = माउस गुंबद में जब तक और उत्तेजना के समापन के बाद रहे । () इस मूषक के लिए समय के फलन के रूप में वेग परिवर्तन । बिंदीदार रेखा इंगित करता है जब उभरते उत्तेजना शुरू कर दिया । उत्तेजना की अवधि पीले रंग की पृष्ठभूमि द्वारा दर्शाई गई है । पूरे 10 सेकंड चक्र यहां नहीं दिखाया गया है के बाद से चूहों पूरी उत्तेजना की अवधि के लिए शरण में स्थिर रहे । () और () में एक ही माउस के लिए समय के साथ गुंबद से दूरी । () और () उड़ान से पूर्व एक चूहे के लिए गुंबद के वेग और दूरी, जो फ्रीज अभिक्रिया को प्रदशत करता है (लाल दोहरे तरफा तीर द्वारा दर्शायी गई ठंड की अवधि) । नियंत्रण (उभरते से पहले) की तुलना में वेग कम हो गया था । इस अवधि में गुंबद की दूरी नहीं बदली । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

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Discussion

उभरते दृश्य उत्तेजकता प्रणाली के साथ, एक बहुमत (९७%) स्वस्थ आंखों के-चूहों ने उड़ान प्रतिक्रिया दिखाई । 29 चूहों में से एक ने स्पष्ट उड़ान प्रतिक्रिया नहीं दिखाई । हालांकि, माउस गुंबद की ओर चला गया और उसके पास बने रहे जब तक मंडरा गायब हो, का संकेत है कि माउस को कम से सावधान जब उभरते उत्तेजनों हुई थी । इसलिए, उभरते उत्तेजनाओं लगातार स्वस्थ में जंमजात भय प्रतिक्रियाओं elicited-चूहे आंखों । दूसरी ओर, तीन अंधे चूहों उभरते (प्रारंभिक परिणाम) के लिए कोई जवाब नहीं दिखा था । एक साथ लिया, हम प्रदर्शित करते है कि उभरते प्रयोगों चूहों के लिए एक उपयोगी और सुसंगत दृष्टि परीक्षण कर रहे हैं ।

हम १९२ डिग्री पर मंडरा उत्तेजनाओं की गति सेट/. franceschi एट अल29 अलग गति पर मंडरा प्रतिक्रियाओं की जांच की, 5 से ८४ डिग्री/ Yilmaz और Meister28 ३५ को ३५० डिग्री/ हालांकि, उड़ान विलंबता अधिक गति से अधिक था । इसलिए, लगातार उड़ान प्रतिक्रियाओं आह्वान, उभरते ५० डिग्री की गति से होना चाहिए/ मंडरा उत्तेजको आसानी से भी मानक प्रस्तुति सॉफ्टवेयर के साथ उत्पंन किया जा सकता है । हालांकि, इस तरह के सॉफ्टवेयर मंडरा उत्तेजको की उच्च गति पैदा नहीं कर सकता । हम बजाय १९२ डिग्री पर दृश्य उत्तेजनाओं बनाने के लिए matlab और PsychToolbox3 का इस्तेमाल किया/

हम उभरते stimuli, जो आदत समय पिछले शोधकर्ताओं ने बताया है पहले 10-15 मिनट के लिए चूहों आदत 28,29,३९। इसके अलावा परीक्षण किया है कि क्या acclimation दिन पहले उभरते व्यवहार बदल गया । हम उभरते उत्तेजनों से पहले दिन मंडरा उत्तेजनों के बिना 10 मिनट के लिए बाड़े में चूहों रखा । इस acclimation काफी उड़ान विलंबता छोटा (पी < ०.०१, n = 7 चूहों, डेटा नहीं दिखाया गया है) । हालांकि लगातार मंडरा के कारण उड़ान प्रतिक्रियाओं के दिन पर acclimation के 10 मिनट, 1 दिन पहले acclimation उड़ान प्रतिक्रियाओं की विलंबता घटी ।

एक दृष्टि परीक्षण के रूप में उभरते उत्तेजनों का उपयोग करने के लिए कुछ सीमाएं हैं । सबसे पहले, यह एक समय में एक आंख का परीक्षण करने के लिए कठिन है । जब तक एक आंख का सीवन नहीं किया जाता, दोनों आंखों का एक साथ परीक्षण किया जाता है । दूसरे, व्यवहार उभरते प्रतिक्रिया के तंत्र पूरी तरह से स्थापित नहीं किया गया है । रेटिना में, Yilmaz और Meister 28 का सुझाव दिया है कि अधर में बंद-dsgcs (दिशा चयनात्मक गुच्छिका कोशिकाओं), लेकिन पर नहीं-dsgcs, प्रतिक्रिया पैदा करने के लिए उभरते संकेतों को व्यक्त करते हैं । यह निष्कर्ष उनके परिणामों से पैदा हुआ है कि चूहों अंधेरे मंडरा stimuli करने के लिए जवाब दिया है, लेकिन नहीं सफेद उभरते । मस्तिष्क में, वी एट अल.३६ और shang एट अल.३७ का प्रदर्शन किया है कि प्रमस्तिष्कखंड के माध्यम से बेहतर colliculus से रास्ते और परिजलसेतु ग्रे उभरते के लिए जिंमेदार हैं । तथापि, इन जांचों की पुष्टि करने के लिए और अधिक अध्ययन किए जाने चाहिए ।

हालांकि कुछ सीमाएं उभरते प्रयोग के संबंध में मौजूद हैं, उभरते दृश्य उत्तेजना चूहों में लगातार और मजबूत डर प्रतिक्रिया उत्पंन करता है और माउस दृष्टि के एक उपयोगी परीक्षण जो experimenter के ंयूनतम प्रशिक्षण की आवश्यकता होनी चाहिए ।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह काम एनआईएच R01 EY028915 (टीआई) और आरपीबी अनुदान द्वारा समर्थित था ।

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

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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).

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