القياس الكمي لانتقائية الميزة البصرية لمنعكس الحركة البصرية في الفئران

Summary

هنا ، نصف بروتوكولا قياسيا لقياس المنعكس البصري. فهو يجمع بين تحفيز الأسطوانة الافتراضية وتصوير العين بالفيديو ، وبالتالي يسمح بتقييم دقيق لانتقائية الميزة للسلوك ومرونته التكيفية.

Abstract

المنعكس البصري (OKR) هو حركة عين فطرية أساسية يتم تشغيلها بواسطة الحركة العالمية للبيئة المرئية وتعمل على تثبيت صور الشبكية. نظرا لأهميته وقوته ، فقد تم استخدام OKR لدراسة التعلم البصري الحركي وتقييم الوظائف البصرية للفئران ذات الخلفيات الوراثية المختلفة والأعمار والعلاجات الدوائية. هنا ، نقدم إجراء لتقييم استجابات OKR للفئران الثابتة الرأس بدقة عالية. يمكن أن يستبعد تثبيت الرأس مساهمة التحفيز الدهليزي في حركات العين ، مما يجعل من الممكن قياس حركات العين الناتجة عن الحركة البصرية فقط. يتم استنباط OKR بواسطة نظام أسطوانة افتراضي ، حيث ينجرف صريف عمودي مقدم على ثلاث شاشات كمبيوتر أفقيا بطريقة تذبذبية أو أحادية الاتجاه بسرعة ثابتة. باستخدام نظام الواقع الافتراضي هذا ، يمكننا تغيير المعلمات المرئية بشكل منهجي مثل التردد المكاني ، والتردد الزمني / التذبذب ، والتباين ، والنصوع ، واتجاه الشبكات ، وتحديد منحنيات ضبط انتقائية الميزة المرئية. يضمن تصوير العين بالفيديو بالأشعة تحت الحمراء عالي السرعة قياسا دقيقا لمسار حركات العين. تتم معايرة عيون الفئران الفردية لتوفير فرص لمقارنة OKRs بين من مختلف الأعمار والأجناس والخلفيات الوراثية. تسمح القوة الكمية لهذه التقنية باكتشاف التغييرات في OKR عندما يتكيف هذا السلوك بشكل بلاستيكي بسبب الشيخوخة أو التجربة الحسية أو التعلم الحركي. وبالتالي ، فإنه يجعل هذه التقنية إضافة قيمة إلى ذخيرة الأدوات المستخدمة للتحقيق في مرونة سلوكيات العين.

Introduction

استجابة للمنبهات البصرية في البيئة ، تتحرك أعيننا لتحويل نظرتنا ، أو تثبيت صور الشبكية ، أو تتبع الأهداف المتحركة ، أو محاذاة نقرة العينين مع أهداف تقع على مسافات مختلفة من المراقب ، والتي تعتبر حيوية للرؤية المناسبة ^1,2. تم استخدام السلوكيات الحركية للعين على نطاق واسع كنماذج جذابة للتكامل الحسي الحركي لفهم الدوائر العصبية في الصحة والمرض ، على الأقل جزئيا بسبب بساطة النظام الحركي للعين³. يتم التحكم في العين بواسطة ثلاثة أزواج من عضلات العين الخارجية ، وتدور العين في التجويف بشكل أساسي حول ثلاثة محاور مقابلة: الارتفاع والاكتئاب على طول المحور العرضي ، والتقريب والاختطاف على طول المحور ....

Protocol

تمت الموافقة على جميع الإجراءات التجريبية التي أجريت في هذه الدراسة من قبل لجنة رعاية المحلية للعلوم البيولوجية ، وفقا للمبادئ التوجيهية التي وضعتها لجنة رعاية بجامعة تورنتو والمجلس الكندي لرعاية.

1. زرع شريط الرأس أعلى الجمجمة

ملاحظة: لتجنب مساهمة سلوك VOR في حركات العين ، يتم تثبيت رأس الماوس أثناء اختبار OKR. لذلك ، يتم زرع شريط الرأس جراحيا أعلى الجمجمة.

1. تخدير فأر (أنثى وذكور C57BL / 6 يبلغان من العمر 2-5 أشهر) بمزيج من 4٪ إيزوفلوران (v / v) و O₂ في غرفة الغاز. نقل الماوس إلى منصة جراحة مخصصة وتقليل تركيز الأيزوفلوران إلى 1.5٪ -2٪. راقب عمق التخدير عن طريق التحقق من استجا....

النتائج

من خلال الإجراء المفصل أعلاه ، قمنا بتقييم اعتماد OKR على العديد من الميزات المرئية. تم اشتقاق أمثلة الآثار الموضحة هنا باستخدام رموز التحليل المتوفرة في ملف الترميز التكميلي 1 ، ويمكن العثور على مثال تتبع الملف الخام في ملف الترميز التكميلي 2. عندما انجرفت شبكة الأسطوانة .......

Discussion

توفر طريقة الفحص السلوكي OKR المعروضة هنا العديد من المزايا. أولا ، يحل التحفيز البصري الذي يتم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر المشكلات الجوهرية للطبول المادية. التعامل مع مسألة أن الطبول المادية لا تدعم الفحص المنهجي للتردد المكاني أو الاتجاه أو ضبط التباين⁸ ، تسمح الأسطوانة الافتر.......

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