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Video-EOG ist ein sehr quantitative Methode zur okularen motorischen Leistungsfähigkeit zu untersuchen sowie motorischen Lernens. Hier beschreiben wir, wie man Video-Okulographie bei Mäusen zu messen. Die Anwendung dieser Technik auf normalen, pharmakologisch behandelt oder gentechnisch veränderten Mäusen ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um die Forschung zu Grunde liegenden Physiologie der motorischen Verhaltensweisen zu erforschen.
Augenbewegungen sind sehr wichtig, um ein Objekt zu verfolgen oder um ein Bild auf der Retina bei der Bewegung zu stabilisieren. Tiere ohne Fovea, wie beispielsweise der Maus, eine begrenzte Fähigkeit, ihre Augen auf ein Ziel zu verriegeln. Im Gegensatz zu diesen Ziel gerichtet Augenbewegungen, werden kompensatorische Augenbewegungen Okular leicht löste in afoveate Tiere 1,2,3,4. Kompensatorischen Augenbewegungen werden durch die Verarbeitung von vestibulären und optokinetischen Informationen in ein Steuersignal, das die Augenmuskeln fahren wird erzeugt. Die Verarbeitung der vestibulären und optokinetischen Informationen können einzeln und gemeinsam untersucht werden, so dass die Angabe eines Defizits in der Okulomotorik. Die okulomotorischen System kann durch Hervorrufen einer optokinetischen Reflex (OKR), vestibulo-okulären Reflexes (VOR) oder eine visuell-enhanced vestibulo-okulären Reflexes (VVOR) getestet werden. Der OKR ist ein Reflex, der Bewegung für "full-field"-Bild auf der Netzhaut Bewegungen kompensiert, wohingegen das VOR ist ein Reflex, Auge mEs werden Bewegungen, die Bewegungen des Kopfes ausgleicht. Die VVOR ist ein Reflex, Augenbewegung, die sowohl vestibuläre verwendet sowie optokinetischen Informationen, um die angemessene Entschädigung zu machen. Das Kleinhirn überwacht und ist in der Lage, diese kompensatorische Augenbewegungen einzustellen. Daher ist Okulographie ein sehr mächtiges Werkzeug, um Gehirn-Verhalten unter normalen Beziehung zu untersuchen als auch unter pathologischen Bedingungen (zB der vestibulären, okuläre und / oder zerebrale Ursprungs).
Testen des okulomotorischen System, als Verhaltens-Paradigma, ist aus mehreren Gründen interessant. Erstens ist die okulomotorischen System ein gut verstanden neuronalen System 5. Zweitens ist das System relativ einfach okulomotorischen 6; die Menge der möglichen Augenbewegung wird durch seine Ball-in-Socket-Architektur ("single Joint") und den drei Paaren von extra-Augenmuskeln 7 beschränkt. Drittens kann die Verhaltens-Ausgang und sensorischen Input leicht gemessen werden, was macht dies ein sehr zugängliches System für die quantitativeAnalyse 8. Viele Verhaltenstests fehlt diese hohe quantitative Leistung. Und schließlich können sowohl Leistung als auch Plastizität des okulomotorischen System getestet werden, so dass Forschung zu Lern-und Gedächtnisprozesse 9.
Gentechnisch veränderte Mäuse sind heutzutage weit verbreitet und bilden sie eine wichtige Quelle für die Erforschung der Hirnfunktionen auf verschiedenen Ebenen 10. Darüber hinaus können sie verwendet werden als Modelle für menschliche Krankheiten zu imitieren. Anwenden von EOG auf normal, pharmakologisch behandelt oder gentechnisch veränderten Mäusen ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um die Forschung zu Grunde liegenden Physiologie der motorischen Verhalten unter normalen und pathologischen Bedingungen zu erkunden. Hier beschreiben wir, wie man Video-Okulographie bei Mäusen 8 zu messen.
1. Vorbereitung
Die folgenden Versuche wurden in Übereinstimmung mit The Duch Ethikkommission für Tierversuche durchgeführt.
2. Kalibrieren und Messen Eye Movements Einsatz von Video-Tracking-Schüler
Das Eye-Tracking-System erfasst die Bewegung der Pupille als eine Translationsbewegung. Die Translationsbewegung der Pupille erfasst enthält eine translatorische Komponente durch axiale Differenz zwischen dem Rotationszentrum des Auges und der anatomischen Zentrum des Auges und (dh der Mittellinie der Hornhautkrümmung) und eine Rotationskomponente durch die Winkeldrehung des Augapfels. Durch subtrahierenÝng die Referenz CR von der Pupille Bewegung / Position, wird die unerwünschte translatorische Komponente aus dem Signal entfernt, was in eine translatorische Bewegung, die nur aufgrund der Drehung des Augapfels. Obwohl sie oft sehr klein sind, diese Subtraktion eliminiert auch die Übersetzungen zwischen dem Kopf und der Kamera. Das restliche isoliert Translationsbewegung in die Winkeldrehung des Augapfels durch die folgende Kalibrierverfahren 8,12 umgewandelt. Diese Kalibrierung wurde vor jeder Augenbewegung Experiment durchgeführt.
3. Datenanalyse
4. Repräsentative Ergebnisse
Video-Okulographie kann verwendet werden, um verschiedene Formen der okulomotorischen Aufführungen (dh optokinetischen Reflex: OKR; vestibulo-okulären Reflexes: VOR; visuell verbesserte vestibulo-okulären Reflexes: VVOR) zu untersuchen sowie motorischen Lernens (VOR Anpassung; OKR Adaptation). Der OKR kompensiert tieffrequente Störungen mit visuellem Feedback. Der OKR kann durch Drehen des gut ausgeleuchteten Umgebung Bildschirm (Movie 1) induziert werden. Drehen des umgebenden Schirm über einem Frequenzbereich von 0,2 -1,0 Hz bei einer Amplitude von 1,6 ° zeigt, wie die optokinetischen System eine effizientere Ausgleichsmechanismus im niederfrequenten Bereich tha istn im Hochfrequenzbereich (5A). Die VOR kompensiert hochfrequenten Kopfbewegungen über Signale aus den vestibulären Organe. Die VOR kann durch Drehen des Tieres (zB Plattenspieler) im Dunkeln (Film 2) induziert werden. Drehen des Drehtisches über einen Frequenzbereich von 0,2 -1,0 Hz bei einer Amplitude von 1,6 ° zeigt, wie die vestibulookulären effizienter bei der Erzeugung Kompensieren Augenbewegungen in der Hochfrequenz-Bereich als im niederfrequenten Bereich (5A) . Wenn die optokinetischen und vestibulo-okulären System an einem Strang, können Bilder auf der Netzhaut über einen weiten Bereich von Kopfbewegungen stabilisiert werden. Drehen der Drehscheibe über einen Frequenzbereich von 0,2 -1,0 Hz mit einer Amplitude von 1,6 °, während das umgebende Bildschirm ist gut ausgeleuchtet (Film 3) zeigt, wie das Auge "High Gain" Ausgleichsbewegungen über den gesamten Frequenzbereich (5A erzeugt ). Alle diese Gewinn-und pH-ASE-Werte sind typisch für Mäuse, obwohl Gender-14 und Dehnung 15,16,17 Unterschiede gemeldet wurden.
Die unabhängige Kontrolle über die Drehscheibe und die umliegende Bildschirm ermöglicht uns, die Mäuse mit einem Missverhältnis zwischen visueller und vestibulärer Informationen zu konfrontieren. Nach einer langfristigen und gleichmäßige Belichtung von nicht übereinstimmenden visuellen und vestibulären Informationen wird die VOR der Maus ändern, um für die veränderten visuellen Input (VOR Anpassung; Movie 4) zu kompensieren. Drehen der Drehscheibe aus der Phase (dh 180 °) mit dem umgebenden Bildschirm (1 Hz, 1,6 °) erhöht die VOR-Verstärkung (Abbildung 5B). Die maximale Veränderung der VOR-Verstärkung, bei der Verwendung eines ein Versuch Lernparadigma, wird oft nach 30 Minuten erreicht.
Abbildung 1. Schematische Darstellung des Maus-Kopf-Körper zurückhält. Der Körper der Maus ist zurückhaltend mitein Kunststoff zylindrischen Rohr mit einem Durchmesser von 35 mm. Der Kopf der Maus wird durch Verbinden der Sockel der Maus an die Eisenstange mit zwei Schrauben fixiert. Die Eisenstange einen Winkel von 30 Grad um den Kopf der Maus in die normale Tonhöhe beim Gehen zu positionieren. * Draufsicht des Sockels mit zwei Muttern.
Abbildung 2. Schematische Darstellung des Maus-Video-EOG-Setup.
Abbildung 3. Kalibrierung des Video-Schüler-Tracking-System. A) Die Kamera ist mehrfach gedreht um + / - 10 ° (dh 20 Grad von Spitze zu Spitze) um die vertikale Achse des Drehtellers. Die nachverfolgte Pupille (P) und die Referenz Hornhautreflexion (CR) in den Endstellungen der Kameradreh aufgezeichnet werden verwendet, um den Radius der Drehung der Pupille zu berechnen(Rp). B) Der Radius der Pupille Durchmesser ist abhängig von der Größe der Pupille. C) Das Beispiel zeigt die Wirkung der Pupillengröße auf Pupillenposition während der Kalibrierprozedur (sowohl in Pixel (px gemessen)). D) Beziehung zwischen RP und Pupillendurchmesser in einem einzigen Maus gemessen. Die dreizehn verschiedene Pupillendurchmesser wurden durch Veränderung der Intensität des Umgebungslichts erreicht.
Abbildung 4. Messung und Analyse der Augenbewegungen mit Hilfe von Video-Tracking-Schüler. Korrigiert CR-Position); A) Die Winkelposition Pupillenposition von Radius der Pupille (Rp) und der Position der Pupille (P berechnet. B) Beispiel für die kompensatorische Augenbewegung durch die Stimulierung der vestibulären und visuellen System (visuell verbesserte VOR) induziert. Die Drehscheibe gedreht wurde sinusförmig bei 0,6 Hz mit einer Amplitude von 1,6 °, während das umgebende Bildschirm war gut beleuchtet. C) Die Analysen der Aufzeichnunggezeigt in B). Das Diagramm zeigt die gemittelte Geschwindigkeit Spur des Drehtisches (blau) und Pupille (rot). Diese gemittelten Spuren wurden mit einer sinusförmigen Funktion (schwarz) angebracht ist.
Abbildung 5. Leistung und Lernen des okulomotorischen System in einem C57Bl6 Maus gemessen. A) Augenbewegungen werden durch Drehungen des umgebenden Bildschirm (optokinetischen Reflex erzeugt: OKR, obere Bilder), durch Drehen der Maus in der Dunkelheit (vestibulo-okulären Reflexes: VOR-, Mittel-Platten) und durch Drehen der Maus im Licht (visuell -verstärkte vestibulo-okulären Reflexes: VVOR, unteres Feld) mit Frequenzen im Bereich 0,2 bis 1,0 Hz bei einer Amplitude von 1,6 °. Die Verstärkung des Reflexes wurde als das Verhältnis des Auges Geschwindigkeit der Stimulusgeschwindigkeit (linkes Bild) und die Phase des Reflexes berechnet wurde aus der Phasendifferenz zwischen dem Auge Geschwindigkeit und Stimulusgeschwindigkeit (rechte Felder) berechnet. B) Motorisches Lernen wurde erreicht durch adaptiv Erhöhung der VOR mit Hilfe eines aus der Phase Ausbildung Paradigma. Die Maus war Gegenstand einer visuovestibular Ausbildung Paradigma, in dem die Drehung der Maus war außer Phase (180 °) mit der Drehung des umgebenden Schirm (sowohl rotierende bei 1,0 Hz, 1,6 °) für 40 Minuten. Alle 10 Minuten wird das VOR getestet wurde (1,0 Hz, 1,6 °). In dieser Maus aus der Phase der Ausbildung erhöht die VOR Gewinn.
Movie 1. Animation des Paradigma, das OKR induziert in Mäusen Klicken Sie hier, um Film anzusehen .
Movie 2. Animation zeigt das Paradigma, dass VOR induziert bei Mäusen. Hier klicken, um Film anzusehen .
Movie 3. Animation zeigt das Paradigma, dass VVOR in Mäusen induziert..com/files/ftp_upload/3971/3971movie3.mov "target =" _blank "> Klicken Sie hier, um Film zu sehen.
Movie 4. Animation des visuovestibular aus der Phase Ausbildung Paradigma, das VOR-Anpassung (Erhöhung) in Mäusen induziert. Hier klicken, um Film anzusehen .
Um qualitativ hochwertige Video-Aufnahmen Augenbewegungen bei Mäusen erhalten mehrere Anforderungen notwendig sind. Die Kalibrierung muss in dem oben genannten standardisierten Materie durchgeführt werden. Zum Beispiel außermittig Kalibrierung, wenn der Schüler nicht auf der vertikalen Mittellinie mit dem Hinweis CR während der Kalibrierung positioniert ist, wird in einer Unterschätzung der RP und damit einer Überschätzung der Augenbewegungen führen. Weiterhin empfehlen wir die Integration der Pupillengröße Korrekturverfahren bei der Kalibrierung 12, da Studien, die eine sehr stabile Pupillengröße zeigen sehr selten sind. Selbst ein kleiner Stressfaktor während der Studie können bereits verändern die Pupillendurchmesser erheblich.
Bei der Planung einer Augenbewegung Experiment, müssen folgende Faktoren berücksichtigt werden oder kontrolliert werden, weil sie für die bekannt sind, um die Augenbewegungen Reaktion beeinflussen: Alter 13,18, Geschlecht 14 und Dehnung 15,16, 19. Darüber hinaus sollte das Versuchstier haben pigmentierten Iris, da Schüler Erkennung und Verfolgung ist unmöglich, wenn der Kontrast zwischen Pupille und der Iris zu niedrig ist, wie in dem BALB / c-Maus. Äußerst nervös oder ängstlich Tiere müssen noch geschult, vor dem Experiment werden, um zu der experimentelle Aufbau und die verhaltene Zustand zu gewöhnen. Dieses Tier Bearbeitungsprozedur Ergebnisse in weniger Verschluss oder semi-Schließen der Augen und verhindert die Bildung von Augenflüssigkeit während des Experiments, und somit eine bessere Schüler-Tracking durchgeführt wird.
Schließlich Erfassung und Analyse der Daten erfordert zwei bis drei Stunden pro Tier. Daher wird Augenbewegung Aufnahmen wahrscheinlich ein besonderes Verfahren angewendet ausgewählt Mäusen und eignet sich nicht als Hochdurchsatz-Screening-Test bleiben.
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Wir danken der niederländischen Organisation für Gesundheitsforschung und-entwicklung (MDJ, CDZ), der niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (CDZ), NeuroBasic (CDZ), Prinses Beatrix Fonds (CDZ), Die SENSOPAC (CDZ), C7 (CDZ) und die CEREBNET (CDZ) Programm der Europäischen Gemeinschaft für ihre finanzielle Unterstützung.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | |
Isofluran | Rhodia Organique Feine LTD | ||
Heizkissen | FHC | 40-90-8 | |
Duratears | Alcon | ||
Phosphorsäure-Gel | Kerr | 31297 | |
Optibond Prime | Kerr | 35369 | |
Optibond Klebstoff | Kerr | 35369 | |
Charisma Composite | Heraeus Kulzer | ||
Maxima 480 Lichthärtegerät | Henry Schein | ||
AC-Servo-gesteuerten Motor | Harmonic Drive AG | ||
Cylindric Bildschirm | |||
Halogenlampe (20 W) | RS Components | ||
Potentiometer (Präzision) | Bourns Inc.. | 6574 | |
Antrieb 1401 (I / O-Schnittstelle) | CED begrenzte | ||
Computer | Dell | ||
Infrarot emmitters | RS Components | 195-451 | |
ETL-200 | ISCAN | ||
Zoom-Objektiv (Zoom 6000) | Navitar Inc. | ||
Pilocarpinenitrate (Halbe) | Laboratoire Chauvin |
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