JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

تستخدم طريقة الاختبار السلوكي للرأرأة الحركية البصرية (OKN) لتقييم حدة البصر في القوارض. هنا يتم عرض طريقة بسيطة يمكن إعدادها بسهولة في مختبرات الأبحاث لتقييم موثوق به للوظيفة البصرية في كل من الفئران العادية والتجريبية.

Abstract

الرأرأة البصرية الحركية (OKN) هي حركة عين انعكاسية تبدأ بحركة المحفزات البصرية في مجال الرؤية. تستخدم حركة تتبع الرأس المرتبطة ب OKN بشكل شائع كمقياس للوظيفة البصرية في القوارض. لتسجيل استجابات OKN في الفئران العادية والتجريبية ، تم تطوير جهاز بسيط وغير مكلف. يستخدم هذا الإعداد شاشتين لوحتين لعرض الحافز البصري OKN الذي يتكون من خطوط سوداء وبيضاء عالية التباين تم إنشاؤها باستخدام تطبيق الويب OKN Stripes Visualization ، وهو برنامج متاح مجانا. يتم وضع الجرذ داخل حامل زجاج شبكي شفاف يحد من الحركة بحيث يواجه رأس الجرذ باستمرار شاشة عرض OKN. يمكن تغيير موضع حامل الفئران لضبط المسافة بين الفئران وشاشة العرض. يتم استخدام كاميرا صغيرة موضوعة فوق حامل الفئران لتسجيل الأنشطة البصرية للفئران. يمكن استخدام هذه التسجيلات للتقييمات الكمية. بناء على وجود أو عدم وجود تتبع واضح للرأس ، يمكن تحديد استجابات OKN عند ترددات مكانية مختلفة. توضح البيانات التي تم جمعها تقنية جديدة لقياس موثوق به لحدة البصر في الفئران الطبيعية والمتدهورة في الشبكية.

Introduction

عندما تتعرض العين لحركة بصرية كاملة المجال مستمرة ، يظهر نمط مميز من حركات العين السريعة والسلسة وحركات الرأس منخفضة التسارع في اتجاه الحركة البصرية ، يسمى الرأرأة البصرية (OKN) 1،2. يمر المسار العصبي ل OKN من شبكية العين إلى الجسم الركبي الجانبي والفص القذالي والندف المخيخي ويتصل بالخلايا العصبية الحركيةللعين 3. قد يؤدي التلف العصبي في أي مكان على طول هذه المسارات العصبية إلى تغييرات في استجابات OKN. تستخدم استجابة OKN كأداة لتقييم التماثل الدماغي والعمى النفسي وحدة البصر لدى المرضى من البشر4،5. يتم تقييم حدة البصر من خلال تحديد الاستجابات الوظيفية ، والتي يمكن أن تكون جزءا لا يتجزأ من تحديد نجاح العلاجات والتجارب التي تتمحور حول استعادة الرؤية المفقودة بسبب الأمراض التنكسيةالعصبية 3،6،7. في ، يمكن استخدام استجابات OKN لتقييم حدة البصر بدقة ، مما يوفر للباحثين القدرة على جمع البيانات الكمية والنوعية فيما يتعلق بالوظيفة البصرية. في القوارض ، من الممكن قياس حدة البصر للعين اليمنى واليسرى بشكل مستقل بناء على اتجاه دوران الخطوط في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقاربالساعة 8. تعرض هذه الحركة عكس اتجاه عقارب الساعة واتجاه عقارب الساعة كل عين إما للحركة الأنفية الصدغية (N-T) أو الحركة الأنفية الصداعية (T-N)9 ، على التوالي. ينتج عن محفز T-N استجابة أعلى بكثير مقارنة بمحفز N-T لأن القوارض أكثر حساسية للأخطار القادمة من الخلف أو من الجانب.

في السابق ، تم اختبار الوظيفة البصرية في فئران المختبر العادية والفئران المتدهورة في الشبكية باستخدام طرق اختبار OKN المختلفة6،10،11،12،13. ومع ذلك ، لوحظت بعض الاختلافات في درجات حدة البصر بين الدراسات المختلفة ، بما في ذلك البيانات الموضحة في التحقيق الحالي. يمكن أن يعزى هذا التباين في الغالب إلى الاختلافات في إعداد الاختبار المستخدم. يمكن أن تكون الاختلافات في حجم ساحة الاختبار ونوع المحفزات البصرية OKN المستخدمة 6,10 من العوامل الرئيسية. تشمل المحفزات المستخدمة في هذه التجارب حواجز شبكية للموجات الجيبية لظهور أسطوانةافتراضية 14 ، وأسطوانات دوارة قابلة للتبديل15 ، وخطوط عالية التباين (بالأبيض والأسود) معروضة على أربع شاشات كمبيوتر10. تشمل القيود الرئيسية المرتبطة بأجهزة وطرق اختبار OKN الحجم الكبير للمعدات ، وحركة في ساحة الاختبار ، والحدوث المتكرر لسقوط من منصةالاختبار 7،11،12.

لتقليل القيود المذكورة أعلاه ، تم تطوير جهاز جديد لاختبار OKN في الفئران. هذا الجهاز غير مكلف نسبيا ، وثبت كفاءته وسهل التشغيل ويتيح تقييم الوظيفة المرئية (الشكل 1). يستخدم الجهاز شاشتين لوحتين لعرض المحفزات المرئية OKN (برنامج التصور) بترددات مكانية مختلفة. يتم استخدام كاميرا صغيرة لتسجيل أنشطة أثناء الاختبار لتحليلها لاحقا للبيانات. بهدف إنشاء جهاز OKN سهل الإعداد في مختبرات الأبحاث ، يحدد هذا الإعداد الجديد التعديلات الهامة على جهاز اختبار OKN الحالي. تتكون محفزات OKN المستخدمة هنا من خطوط سوداء وبيضاء بترددات مكانية مختلفة واتجاهات دوران مختلفة (من اليسار إلى اليمين أو من اليمين إلى اليسار). يشتمل المكون الرئيسي لجهاز اختبار OKN على شاشتين لوحتين تعمل باللمس (7.9 بوصة) تستخدمان لعرض محفزات OKN (الشكل 2). يتم استخدام حاملين قابلين للتعديل لتثبيت شاشات الجهاز اللوحي في الموضع المطلوب. يتم توصيل الحوامل بإحكام بحافة جدول الإجراءات الذي يسمح بتعديل ارتفاعه وزاويته. توضع الفئران في حامل الفئران الذي يواجه شاشات العرض. حاملات الفئران مصنوعة من أنبوب بلاستيكي شفاف (بولي ميثيل ميثاكريلات). يتم توصيل الحامل بقاعدة التمثال وحامل معدني لضمان وضعه الثابت على طاولة الإجراءات. يتراوح حجم أنابيب القابضة من 4 إلى 6 بوصات في الطول وقطرها من 2.5 إلى 3 بوصات ، اعتمادا على حجم الفئران المستخدمة. يتم ضبط المسافة بين الجرذ وشاشة العرض عن طريق تغيير موضع حامل الفئران. يساعد حامل الفئران في الحفاظ على التعرض المستمر لرأس الفئران نحو شاشات العرض ويقلل من حركاته أثناء الاختبار. يتم استخدام كاميرا صغيرة لتسجيل استجابات تتبع الرأس. تشمل أوجه القصور في هذا الإعداد الجديد معدلات تحديث مختلفة للشاشة وإمكانية حدوث أوهام بصرية عند استخدام خطوط ضيقة. ومع ذلك ، يمكن اعتبارها مشكلات شائعة مرتبطة بإعداد OKN المستند إلى الكمبيوتر. بالإضافة إلى المشكلات المذكورة أعلاه ، في الإعداد الحالي ، لا يتم اختبار الفئران باستخدام أسطوانة افتراضية14 تؤثر على استجابة OKN المثلى. تكمن حداثة هذه الطريقة في التقنية والجهاز الذي تستخدم فيه الطريقة. يمكن إعداد هذه التقنية بسهولة في مختبرات الأبحاث لقياس حدة البصر بشكل موثوق به في القوارض.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

تم تنفيذ جميع الإجراءات الحيوانية وفقا للإرشادات التجريبية المعتمدة من قبل السلطات الإقليمية وقبلتها اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدامه (IACUC) في جامعة جنوب كاليفورنيا (USC) ، وتتوافق مع بيان جمعية أبحاث الرؤية وطب العيون (ARVO) لاستخدام في أبحاث طب العيون والرؤية والتوجيه الأوروبي 2010/63 / EU بشأن حماية المستخدمة للأغراض العلمية.

ملاحظة: الفئران المستخدمة في هذه الدراسة هي فئران الكلية الملكية للجراحين المصطبغة في الشبكية (RCS) وفئران لونغ إيفانز (LE). يوضح الشكل 3 رسما تخطيطيا يوضح مراحل مختلفة من اختبار وتحليل OKN.

1. الإجراءات

  1. إعداد الإعداد
    1. احتفظ بالجرذ في القفص ولمدة 30 دقيقة داخل غرفة الاختبار مع إطفاء أضواء الغرفة.
      ملاحظة: يساعد هذا على تقليل الضغط الذي يحدث أثناء النقل ويوفر حالة إضاءة موحدة لجميع التجارب.
    2. قم بتعيين موضع شاشات الكمبيوتر اللوحي التي تواجه بعضها البعض عند 155 درجة لعرض تطبيق ويب OKN Stripes Visualization.
    3. ضع حامل الفئران في منتصف شاشتين للكمبيوتر اللوحي على بعد 4.5 بوصة من المركز.
      ملاحظة: في هذا الموضع ، سيكون رأس الجرذ على بعد حوالي 3.5 بوصة من شاشة العرض.
    4. انقر فوق تطبيق ويب OKN Stripes Visualization من سطح المكتب للجهاز اللوحي لعرض المحفزات المرئية (خطوط بالأبيض والأسود) بدءا من أقل تردد مكاني.
      ملاحظة: تستعمل الترددات المكانية 0,08 و0,15 و0,2 و0,24 و0,28 و0,33 و0,38 دورة لكل درجة مئوية (c/d)، بدءا من أدنى تردد مكاني (0,08c/d) وتتغير إلى ترددات مكانية أعلى (حتى 0,38 c/d). في كل تردد مكاني ، يتم اختبار الفئران في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة في دوران الخطوط (1 دقيقة لكل منهما).
  2. إجراء اختبار OKN
    1. حدد حامل الفئران بحجم مناسب.
    2. أحضر الفئران نحو فتحة حامل الفئران وقم بتوجيه الفئران بعناية إلى الداخل.
    3. اسمح للفأر بالاستقرار داخل الحامل (1-2 دقيقة) قبل الاختبار.
      ملاحظة: من خلال المعالجة السليمة ، من الممكن الحفاظ على الجرذ داخل الحامل في معظم الحالات ؛ عند الضرورة ، يتم تثبيت حامل الفئران عاليا (حتى 2 قدم فوق الطاولة) لبضع ثوان حتى يستقر الفئران. تم العثور على الخوف من الارتفاع لتقليل ميل الفئران إلى النزول من حامل الفئران. يتم إعطاء وقت إضافي (1-2 دقيقة) حتى يستقر الجرذ ، إذا لزم الأمر.
    4. أدخل قاعدة حامل الفئران في الحامل المعدني لوضعه بشكل ثابت.
      ملاحظة: يسمح هذا الإعداد بتغيير مسافة مشاهدة الفئران من شاشة الجهاز اللوحي.
    5. قم بتشغيل الكاميرا لبدء تسجيل الفيديو.
    6. انقر فوق تطبيق ويب OKN Stripes Visualization من سطح المكتب على شاشة الجهاز اللوحي وابدأ تشغيل البرنامج.
    7. قم بتشغيل محفزات OKN في الاتجاه من اليسار إلى اليمين أو من اليمين إلى اليسار.
      ملاحظة: يؤدي دوران الخطوط في اتجاه عقارب الساعة إلى تنشيط العين اليسرى ، بينما يؤدي الدوران في عكس اتجاه عقارب الساعة إلى تنشيط العين اليمنى. تم اختيار الاتجاه الأولي للدوران بشكل عشوائي لتجنب التعود المحتمل.
    8. راقب سلوك تتبع رأس الفئران.
    9. ابدأ الاختبار باستخدام أقل تردد مكاني (0.08 c / d) ، ثم قم بزيادة التردد المكاني بترتيب تدريجي (تصاعدي).
    10. لاحظ وجود أو عدم وجود استجابات OKN.
    11. استمر في الاختبار ، لا يتم إعطاء فترة راحة بين الترددات المكانية المختلفة.
    12. أوقف تسجيل الفيديو بعد الانتهاء من جميع الترددات المكانية ، واحفظ البيانات باستخدام رقم تعريف الفئران.
    13. أخرج الجرذ من الحامل وضعه في القفص لمدة 30 دقيقة تقريبا بين الاختبارات المتتالية.
    14. كرر الاختبارات ثلاث مرات لكل فأر.

2. تحليل البيانات

  1. راجع الفيديو المسجل وحدد حدة البصر لكل فأر من خلال إيجاد الترددات المكانية التي استجاب بها الفئران.
  2. سجل جميع الاستجابات (وجود أو عدم وجود تعقب واضح للرأس) في جدول بيانات.
  3. أوجد أعلى تردد مكاني استجاب له الفئران من الاختبارات الثلاثة. يعتبر هذا حدة البصر النهائية.
    ملاحظة: نظرا لأن قياس حدة البصر شخصي ، سيتم تقييم البيانات من قبل اثنين من موظفي الدراسة المستقلين لتأكيد درجة حدة البصر لكل فئران12. يتم التحقق من النتائج حتى يتم الاتفاق على النتيجة النهائية. يتم تعريف استجابة OKN الإيجابية على أنها وجود نشاط واضح ومستدام لتتبع الرأس. يعتبر التتبع العشوائي للرأس (لا علاقة له بالمحفزات البصرية OKN) أو عدم وجود أي حركة للرأس استجابة OKN سلبية.
  4. إجراء تحليل إحصائي لمقارنة المجموعات أو بين العينين (العين اليسرى مقابل العين اليمنى).
    ملاحظة: راجع تسجيلات الفيديو لتوضيح أن الاستجابات الإيجابية أو السلبية يتم إجراؤها حسب الحاجة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

تم إجراء اختبار OKN باستخدام فئران الكلية الملكية للجراحين (RCS) المتدهورة في الشبكية (RD) وفئران Long Evans (LE) العادية المطابقة للعمر. تم استخدام فئران LE (ن = 4) لإنشاء بيانات خط الأساس لتحديد درجات حدة البصر في الفئران الطبيعية باستخدام الإعداد الجديد. تم إجراء التحليل الإحصائي ب?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

OKN هي حركة انعكاسية لسن المنشار للعينين استجابة لمحفز الانجراف ، والذي يستخدم كأداة لتقييم حدة البصر لدى البشر3. في ، بما في ذلك الرئيسيات والقوارض ، يتم استخدام اختبار OKN كقياس كمي للوظيفة البصرية. تصف الدراسة الحالية جهاز OKN جديد وغير مكلف يمكن إعداده بسهول?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين تضارب في المصالح للإبلاغ عنهم.

Acknowledgements

تم دعم هذه الدراسة من خلال منح CIRM (معهد كاليفورنيا للطب التجديدي) (DISC1-09912 PI- Thomas ، DR3-07438- PI- Humayun) ، ومنحة غير مقيدة لقسم طب العيون من أبحاث الوقاية من العمى ، نيويورك ، نيويورك ، ودعم من مؤسسة برايت فوكس (M2016186 ، توماس ، PI). تم دعم البحث الوارد في هذا المنشور من قبل المعهد الوطني للعيون التابع للمعاهد الوطنية للصحة بموجب الجائزة رقم P30EY029220.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
iPad MiniAppleA1489Two iPad Minis are used to display the OKN Stripes Visualization Software.
Micro-camera/Micro-Camera AttachmentLanonB097H6WWDSThe micro-camera is used to record the experiment. The micro-camera attachment connects to the desk and holds the camera facing the rat. The head tracking responses are recorded and assessed at varying distances, spatial frequencies, and directions. 
Plexiglass Tube/Rat HolderBest AcrylicsB07KMF31MCThe Plexiglass Tube is used to restrain the rat, with their head exposed, for the duration of the experiment. The tube is attached to another vertical plexiglass tube attachment to stabilize the rat holder during the experiment. The entire apparatus was designed and constructed in the lab.
Plexiglass Tube AttachmentBest AcrylicsB07KMF31MCThis attachment holds the rat holder in front of the iPad screens, and allows the distance between the rat and iPads to be manipulated. 
Screen HoldersKabconB08JLRPKQ1Two screen holders are used to hold the iPads up in order to display the OKN Stripes Visualization Software to the rat. 
OKN Stripes Visualization Web ApplicationThe MIT License (MIT) Copyright (c) 2016 Anton Yakushinhttps://antonyakushin.github.io/okn-stripes-visualization/This application is a freely available softeware to display visual stimuli (black and white stripes) at different frequencies

References

  1. Mustari, M. J., Ono, S. Optokinetic eye movements. Encyclopedia of Neuroscience. , Academic Press. 285-293 (2009).
  2. Gottlob, I. Ups and downs of optokinetic nystagmus. British Journal of Ophthalmology. 84, 445-447 (2000).
  3. Wester, S. T., Rizzo, J. F., Balkwill, M. D., Wall, C. Optokinetic nystagmus as a measure of visual function in severely visually impaired patients. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (10), 4542-4548 (2007).
  4. Daroff, R., Aminoff, M. Encyclopedia of the Neurological Sciences. , Elsevier, Academic Press. (2014).
  5. Squire, L., et al. Fundamental Neuroscience. , Elsevier, Academic Press. Amsterdam, Boston. (2008).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Segura, F., et al. Development of optokinetic tracking software for objective evaluation of visual function in rodents. Scientific Reports. 8, 10009(2018).
  9. Lev-Ari, T., Katz, H., Lustig, A., Katzir, G. Visual acuity and optokinetic directionality in the common chameleon (Chamaeleo chamaeleon). , Available from: https://www.semanticscholar.org/paper/Visual-Acuity-and-Optokinetic-Directionality-in-the-Lev-Ari-Katz/7bae131729f31f005cf64516ad7285904363c2e9 (2017).
  10. Thomas, B. B., Shi, D., Khine, K., Kim, L. A., Sadda, S. R. Modulatory influence of stimulus parameters on optokinetic head-tracking response. Neuroscience Letters. 479 (2), 92-96 (2010).
  11. Shi, D. S., et al. Characterization of optokinetic response in normal and retinal degenerate rats and mice using a computer-based testing apparatus. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49 (13), 4422(2008).
  12. Thomas, B. B., et al. Co-grafts of human embryonic stem cell derived retina organoids and retinal pigment epithelium for retinal reconstruction in immunodeficient retinal degenerate royal college of surgeons rats. Frontiers in Neuroscience. 15, 752958(2021).
  13. Thomas, B. B., et al. A new immunodeficient retinal dystrophic rat model for transplantation studies using human-derived cells. Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 256 (11), 2113-2125 (2018).
  14. 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).
  15. Cameron, D., et al. The optokinetic response as a quantitative measure of visual acuity in zebrafish. Journal of Visualized Experiments. (80), e50832(2013).
  16. Tabata, H., Shimizu, N., Wada, Y., Miura, K., Kawano, K. Initiation of the optokinetic response (OKR) in mice. Journal of Vision. 10 (1), 13(2010).
  17. Huang, Y. -Y., Neuhauss, S. C. F. The optokinetic response in zebrafish and its applications. Frontiers in Bioscience: A Journal and Virtual Library. 13, 1899-1916 (2008).
  18. Sirkin, D. W., Hess, B. J., Precht, W. Optokinetic nystagmus in albino rats depends on stimulus pattern. Experimental Brain Research. 61 (1), 218-221 (1985).
  19. Dietrich, M., et al. Using optical coherence tomography and optokinetic response as structural and functional visual system readouts in mice and rats. Journal of Visualized Experiments. (143), e58571(2019).
  20. Rajendran Nair, D. S., et al. Long-term transplant effects of iPSC-RPE monolayer in immunodeficient RCS rats. Cells. 10 (11), 2951(2021).
  21. Kretschmer, F., Sajgo, S., Kretschmer, V., Badea, T. C. A system to measure the Optokinetic and optomotor response in mice. Journal of Neuroscience Methods. 256, 91-105 (2015).
  22. Lin, T. -C., et al. Assessment of safety and functional efficacy of stem cell-based therapeutic approaches using retinal degenerative animal models. Stem Cells International. 2017, 9428176(2017).
  23. Ryals, R. C., et al. Long-term characterization of retinal degeneration in Royal College of Surgeons Rats using spectral-domain optical coherence tomography. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 58 (3), 1378-1386 (2017).
  24. Di Pierdomenico, J., et al. Early events in retinal degeneration caused by rhodopsin mutation or pigment epithelium malfunction: Differences and similarities. Frontiers in Neuroanatomy. 11, 14(2017).
  25. McGill, T. J., Douglas, R. M., Lund, R. D., Prusky, G. T. Quantification of spatial vision in the Royal College of Surgeons Rat. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (3), 932-936 (2004).
  26. Hetherington, L., Benn, M., Coffey, P., Lund, R. Sensory capacity of the Royal College of Surgeons rat. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41, 3979-3983 (2000).
  27. Sauvé, Y., Pinilla, I., Lund, R. D. Partial preservation of rod and cone ERG function following subretinal injection of ARPE-19 cells in RCS rats. Vision Research. 46 (8), 1459-1472 (2006).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

OKN

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved