Cuantificación de la selectividad de las características visuales del reflejo optocinético en ratones

Resumen

A continuación, describimos un protocolo estándar para cuantificar el reflejo optocinético. Combina la estimulación virtual de tambores y la video-oculografía, y por lo tanto permite una evaluación precisa de la selectividad de las características del comportamiento y su plasticidad adaptativa.

Resumen

El reflejo optocinético (OKR) es un movimiento ocular innato esencial que se desencadena por el movimiento global del entorno visual y sirve para estabilizar las imágenes de la retina. Debido a su importancia y robustez, el OKR se ha utilizado para estudiar el aprendizaje visomotor y para evaluar las funciones visuales de ratones con diferentes antecedentes genéticos, edades y tratamientos farmacológicos. Aquí, presentamos un procedimiento para evaluar las respuestas OKR de ratones con la cabeza fija con alta precisión. La fijación de la cabeza puede descartar la contribución de la estimulación vestibular a los movimientos oculares, lo que permite medir los movimientos oculares desencadenados solo por el movimiento visual. El OKR es provocado por un sistema de tambor virtual, en el que una rejilla vertical presentada en tres monitores de computadora se desplaza horizontalmente de manera oscilatoria o unidireccional a una velocidad constante. Con este sistema de realidad virtual, podemos cambiar sistemáticamente parámetros visuales como la frecuencia espacial, la frecuencia temporal/oscilación, el contraste, la luminancia y la dirección de las rejillas, y cuantificar las curvas de sintonización de la selectividad de las características visuales. La videooculografía infrarroja de alta velocidad garantiza una medición precisa de la trayectoria de los movimientos oculares. Los ojos de ratones individuales se calibran para brindar oportunidades para comparar los OKR entre animales de diferentes edades, géneros y antecedentes genéticos. El poder cuantitativo de esta técnica le permite detectar cambios en el OKR cuando este comportamiento se adapta plásticamente debido al envejecimiento, la experiencia sensorial o el aprendizaje motor; Por lo tanto, hace que esta técnica sea una valiosa adición al repertorio de herramientas utilizadas para investigar la plasticidad de los comportamientos oculares.

Introducción

En respuesta a los estímulos visuales del entorno, nuestros ojos se mueven para desplazar la mirada, estabilizar las imágenes de la retina, rastrear objetivos en movimiento o alinear las fóveas de dos ojos con objetivos situados a diferentes distancias del observador, que son vitales para una visión adecuada ^1,2. Las conductas oculomotoras han sido ampliamente utilizadas como modelos atractivos de integración sensoriomotora para comprender los circuitos neuronales en la salud y la enfermedad, al menos en parte debido a la simplicidad del sistema oculomotor³. Controlado por tres pares de....

Protocolo

Todos los procedimientos experimentales realizados en este estudio fueron aprobados por el Comité Local de Cuidado de Animales de Ciencias Biológicas, de acuerdo con las pautas establecidas por el Comité de Cuidado de Animales de la Universidad de Toronto y el Consejo Canadiense de Cuidado de Animales.

1. Implantación de una barra de cabeza en la parte superior del cráneo

NOTA: Para evitar la contribución del comportamiento VOR a los movimientos oculares, la cabeza del ratón se inmoviliza durante la prueba OKR. Por lo tanto, se implanta quirúrgicamente una barra de cabeza en la parte superior del c....

Discusión

El método del ensayo de comportamiento OKR que se presenta aquí ofrece varias ventajas. En primer lugar, la estimulación visual generada por ordenador resuelve los problemas intrínsecos de los tambores físicos. Teniendo en cuenta el problema de que los tambores físicos no admiten el examen sistemático de la frecuencia espacial, la dirección o la sintonización del contraste⁸, el tambor virtual permite cambiar estos parámetros visuales ensayo por ensayo, lo que facilita un análisis sistem.......

Materiales

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