Quantifizierung der visuellen Merkmalsselektivität des optokinetischen Reflexes in Mäusen

Zusammenfassung

Hier beschreiben wir ein Standardprotokoll zur Quantifizierung des optokinetischen Reflexes. Es kombiniert virtuelle Trommelstimulation und Video-Okulographie und ermöglicht so eine präzise Bewertung der Merkmalsselektivität des Verhaltens und seiner adaptiven Plastizität.

Zusammenfassung

Der optokinetische Reflex (OKR) ist eine essentielle angeborene Augenbewegung, die durch die globale Bewegung der visuellen Umgebung ausgelöst wird und der Stabilisierung von Netzhautbildern dient. Aufgrund seiner Bedeutung und Robustheit wurde das OKR verwendet, um visuell-motorisches Lernen zu untersuchen und die visuellen Funktionen von Mäusen mit unterschiedlichen genetischen Hintergründen, Altersgruppen und medikamentösen Behandlungen zu bewerten. Hier stellen wir ein Verfahren vor, um OKR-Antworten von kopffixierten Mäusen mit hoher Genauigkeit zu bewerten. Die Kopffixierung kann den Beitrag der vestibulären Stimulation zu den Augenbewegungen ausschließen, so dass Augenbewegungen gemessen werden können, die nur durch visuelle Bewegungen ausgelöst werden. Das OKR wird durch ein virtuelles Trommelsystem hervorgerufen, bei dem ein vertikales Gitter, das auf drei Computermonitoren präsentiert wird, horizontal oszillierend oder unidirektional mit konstanter Geschwindigkeit driftet. Mit diesem Virtual-Reality-System können wir visuelle Parameter wie Ortsfrequenz, Zeit-/Schwingungsfrequenz, Kontrast, Leuchtdichte und die Richtung von Gittern systematisch ändern und Abstimmungskurven der visuellen Merkmalsselektivität quantifizieren. Die Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Videookulografie sorgt für eine genaue Messung der Flugbahn von Augenbewegungen. Die Augen einzelner Mäuse sind kalibriert, um die Möglichkeit zu bieten, die OKRs zwischen Tieren unterschiedlichen Alters, Geschlechts und genetischem Hintergrund zu vergleichen. Die quantitative Leistungsfähigkeit dieser Technik ermöglicht es, Veränderungen im OKR zu erkennen, wenn sich dieses Verhalten aufgrund von Alterung, sensorischer Erfahrung oder motorischem Lernen plastisch anpasst. Damit ist diese Technik eine wertvolle Ergänzung des Repertoires an Werkzeugen, die zur Untersuchung der Plastizität des Augenverhaltens verwendet werden.

Einleitung

Als Reaktion auf visuelle Reize in der Umgebung bewegen sich unsere Augen, um unseren Blick zu verschieben, Netzhautbilder zu stabilisieren, sich bewegende Ziele zu verfolgen oder die Foveen zweier Augen auf Ziele auszurichten, die sich in unterschiedlichen Entfernungen vom Beobachter befinden, was für das richtige Sehen von entscheidender Bedeutung ist ^1,2. Okulomotorische Verhaltensweisen werden häufig als attraktive Modelle der sensomotorischen Integration verwendet, um die neuronalen Schaltkreise in Gesundheit und Krankheit zu verstehen, zumindest teilweise aufgrund der Einfachheit des okulomotorischen Sys....

Protokoll

Alle experimentellen Verfahren, die in dieser Studie durchgeführt wurden, wurden vom Biological Sciences Local Animal Care Committee in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Animal Care Committee der University of Toronto und des Canadian Council on Animal Care genehmigt.

1. Implantation eines Kopfbügels auf dem Schädel

HINWEIS: Um den Beitrag des VOR-Verhaltens zu den Augenbewegungen zu vermeiden, wird der Kopf der Maus während des OKR-Tests bewegungsunfähig gemacht. Dazu wird ein Kopfbügel chirurgisch auf den Schädel implantiert.

1. Eine Maus (2-5 Monate alte weibliche und männliche C5....

Diskussion

Die hier vorgestellte Methode des OKR-Verhaltensassays bietet mehrere Vorteile. Erstens löst die computergenerierte visuelle Stimulation die intrinsischen Probleme physischer Trommeln. Die virtuelle Trommel befasst sich mit dem Problem, dass physische Trommeln die systematische Untersuchung von Ortsfrequenz-, Richtungs- oder Kontrastabstimmung nicht unterstützen⁸ und ermöglicht es, diese visuellen Parameter versuchsweise zu ändern, wodurch eine systematische und quantitative Analyse der Merkma.......

Materialien

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