KPM a été soutenu par l&#39;UE FP7 (RETICIRC).

1. L&#39;élevage de poissons Les embryons ont été conservés et élevés dans des conditions standard (Marque 2002) et mis en scène en fonction du développement de jours après la fécondation (dpf). Les adultes et les larves à 5 dpf été utilisé pour les mesures. 2. Procédure expérimentale <ol><li> Préparation d&#39;instrument </li></ol> Larves: Les larves de poissons ont été embarqués dans 3% préchauffé (28 ° C) de méthylcellulose pour empêcher les mouvements du corps. Les embryons ont été placés face dorsale dans la VisioTracker, face à l&#39;écran de projection. Les poissons adultes: poissons ont été brièvement anesthésiés dans 300 mg / l de MS-222, inséré dans le dispositif d&#39;immobilisation et placé dans le VisioTracker. Avant de mesures ont été initiées, ils ont été laissés au repos pendant 1-2 min. <ol start="2"><li> Génération de configurations de stimulus </li></ol> Configurations de stimulus consistant verticales en noir et blanc sinusoïdaux grilles tournantes autour du poisson ont été créésen utilisant le logiciel propriétaire. Ils pourraient être modulée par le logiciel en fonction de la forme d&#39;onde, le contraste, l&#39;intensité, la vitesse angulaire et la fréquence spatiale. Modèles ont été projetées sur l&#39;écran à l&#39;aide d&#39;un projecteur numérique de la lumière contenue dans le VisioTracker. La distance approximative entre l&#39;œil du poisson et l&#39;écran est de 4,5 cm, et la taille de projection sur écran 360 degrés à l&#39;horizontale était et 55 ° verticalement. Pour les larves de poissons, la direction de stimulation a été modifiée avec une fréquence de 0,33 Hz pour réduire la fréquence des saccades. Les poissons adultes ont été stimulées unidirectionnelle et que l&#39;oeil stimulé dans temporelle-à-nasale direction a été pris en considération, puisque la vitesse de l&#39;œil nez-à-temporelle est en général nettement plus bas et moins constante (voir Mueller et Neuhauss, 2010). <ol start="3"><li> Enregistrement des mouvements oculaires </li></ol> A l&#39;image de champ clair de la tête du poisson a été introduit dans une caméra vidéo infrarouge. Éclairage infrarouge de poissons a été effectuée from ci-dessous. La caméra enregistre des images à une cadence de 5 images / seconde (larves) ou 12,5 images / seconde (adultes), respectivement. Les images sont automatiquement traitées, corrigées et lissés pour la forme des yeux. L&#39;orientation des yeux par rapport à l&#39;axe horizontal est alors déterminée automatiquement et la vitesse de l&#39;œil a été calculée par le logiciel propriétaire. Petits mouvements du poisson ont été corrigées automatiquement par le logiciel. Tout d&#39;enregistrement et d&#39;analyse a été réalisée en temps réel. 3. Post-traitement des données expérimentales <ol><li> Mesures brutes de vitesses des yeux ont été filtrées pour saccades afin d&#39;extraire la phase lente de la vitesse. </li><li> Saccade-filtrés courbes de vélocité oculaires ont été lissées par une moyenne mobile avec une fenêtre glissante de 7 images. </li><li> La vitesse des yeux a été en moyenne sur des cadres avec des conditions identiques de relance. </li><li> Pour les larves de poissons, la vitesse de l&#39;œil a été en moyenne sur les deux yeux. </li></ol> 4. Les résultats représentatifs: <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Afin d&#39;évaluer les capacités de l&#39;VisioTracker pour le poisson larvaire et adulte, des expériences ont été réalisées avec embryons de poisson zèbre à 5 dpf, et le poisson zèbre adulte. Pour le poisson-zèbre larvaire, le mutant pare-chocs a été choisi. Dans ce mutant, les cellules épithéliales hyperproliferate lentille, ce qui conduit à la taille réduite de lentille et l&#39;emplacement de la lentille ectopique. Ces altérations morphologiques se traduisent par une réduction significative de la sensibilité au contraste et l&#39;acuité visuelle (Schönthaler et al., 2010). La figure 1 montre la différence de sensibilité au contraste des mutants pare-chocs contre de type sauvage frères et sœurs. Mutants pare-chocs de plus en plus ne parviennent pas à régler la vitesse de l&#39;œil avec la diminution de contraste de relance. Par analogie, lorsque la fréquence de stimulation est augmentée spatiale, c&#39;est à dire la largeur de bande de stimulation est réduite, de même pour voiture mutants démontrent baisse de l&#39;acuité visuelle (Fig. 2) La dépendance de l&#39;adulte poisson zèbre visuaperformances l sur les conditions environnementales a été étudiée en soumettant le poisson à diverses concentrations d&#39;alcool dans leur réservoir d&#39;eau pendant 30 minutes, puis mesurer la réponse optocinétique dans des conditions différentes de relance. Le poisson zèbre adulte montrent une réduction marquée de la sensibilité au contraste lorsqu&#39;elles sont maintenues à des concentrations croissantes d&#39;alcool (Fig. 3). Une même dose-dépendante de réduction de la vitesse de l&#39;œil d&#39;ensemble sur une large plage de fréquences spatiales pu être observé lorsque les poissons ont été traitées avec des concentrations croissantes d&#39;alcool (Fig. 4). Traitement de l&#39;alcoolisme en outre dépendante de la dose réduit les performances oculomotrices à des tâches plus exigeantes comme l&#39;illustre par des vitesses accrues de relance (Fig. 5). <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig1.jpg" /> Figure 1. Vitesse Zebrafish yeux des larves dépend Contrairement stimulus. 10 et 10 mutants pare-chocs de type sauvage frères et sœurs ont été analysés à 5 dpf s dans diverses<html> conditions timulus contraste bande. Le graphique montre que la vitesse moyenne des yeux ± 1 écart-type. <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig2.jpg" /> Figure 2. Zebrafish oeil larvaire vitesse dépend de la fréquence spatiale. 10 et 10 mutants pare-chocs de type sauvage frères et sœurs ont été soumis à différentes largeurs de bande de relance à 5 dpf et analysé comme décrit. Le graphique montre que la vitesse moyenne des yeux ± 1 écart-type. <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig3.jpg" /> Figure 3. Zebrafish spectacle pour adultes dépendant de la concentration d&#39;alcool dans la réduction de la sensibilité au contraste. Adult poisson zèbre ont été maintenus à des concentrations variables d&#39;alcool comme il est indiqué pendant 30 minutes et analysées dans des conditions différentes de relance de contraste bande. Le graphique montre la vitesse moyenne temporelle oeil-à-nasal ± 1 SEM de 9 poissons par groupe (à l&#39;exception du groupe témoin: n = 11). e 4 &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/3556/3556fig4.jpg &quot;/&gt; Figure 4. Zebrafish spectacle pour adultes dépendant de la concentration d&#39;alcool dans le mouvement des yeux réduction globale sur une large gamme de largeur de bande de relance. Adult poisson zèbre ont été maintenus à des concentrations variables d&#39;alcool comme il est indiqué pendant 30 minutes et analysées dans des conditions différentes de relance largeur de bande. Le graphique montre la vitesse moyenne temporelle oeil-à-nasal ± 1 SEM de 9 poissons par groupe (à l&#39;exception du groupe témoin: n = 11). <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig5.jpg" /> Figure 5. Adultes montrent l&#39;alcool Zebrafish dépendante de la concentration réduction des mouvements oculaires globale sur une large plage de vitesses de relance. Adult poisson zèbre ont été maintenus à des concentrations variables d&#39;alcool comme il est indiqué pendant 30 minutes et analysés sous différentes conditions de vitesse de relance. Le graphique montre la vitesse moyenne temporelle oeil-à-nasal ± 1 SEM de 9 poissons par groupe (à l&#39;exception du groupe de contrôle:n = 11).

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	<li>Bahadori, R., Rinner, O., Schonthaler, H. B., Biehlmaier, O., Makhankov, Y. V., Paris, R., Jagadeeswaran, P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fade+out+mutant+is+a+novel+genetic+model+for+Hermansky-Pudlak+syndrome.">The fade out mutant is a novel genetic model for Hermansky-Pudlak syndrome.</a> Investigative Optical and Visual Sciences. 47, 4523-4531 (2006).</li><li>Beck, J. C., Gilland, E., Baker, R., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instrumentation+for+measuring+oculomotor+performance+and+plasticity+in+larval+organisms.">Instrumentation for measuring oculomotor performance and plasticity in larval organisms.</a> Methods in Cell Biol. 76, 383-411 (2004).</li><li>Brand, M. G. M., N&#252;sslein-Vollhard, C., N&#252;sslein-Vollhard, C., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Keeping+and+raising+Zebrafish.">Keeping and raising Zebrafish.</a> Zebrafish, Practical Approach Series. , 7-37 (2002).</li><li>Easter, S. S., Nicola, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+vision+in+the+zebrafish+(Danio+rerio).">The development of vision in the zebrafish (Danio rerio).</a> Dev. Biol. 180, 646-663 (1996).</li><li>Easter, S. S., Nicola, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+eye+movements+in+the+zebrafish+(Danio+rerio).">The development of eye movements in the zebrafish (Danio rerio).</a> Dev. Psychobiol. 31, 267-276 (1997).</li><li>Haug, M. F., Biehlmaier, O., Mueller, K. P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+acuity+in+zebrafish:+behavior+and+histology.">Visual acuity in zebrafish: behavior and histology.</a> Frontiers in Zoology. 7, 8-8 (2010).</li><li>Huang, Y., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+optokinetic+response+in+zebrafish+and+its+applications.">The optokinetic response in zebrafish and its applications.</a> Frontiers in Bioscience. 13, 1899-1916 (2008).</li><li>Major, G., Baker, R., Aksaya, E., Mensh, B., Seung, H. S., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasticity+and+tuning+by+visual+feedback+of+the+stability+of+a+neural+integrator.">Plasticity and tuning by visual feedback of the stability of a neural integrator.</a> Proc Natl Acad Sci U.S.A. 101, 7739-7744 (2004).</li><li>Mueller, K. P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Measurements+of+the+optokinetic+response+in+adult+fish.">Quantitative Measurements of the optokinetic response in adult fish.</a> J. Neurosci. Meth. 186, 29-34 (2010).</li><li>Neuhauss, S. C. F., Biehlmaier, O., Seeliger, M. W., Das, T., Kohler, K., Harris, W. A., Baier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+disorders+of+vision+revealed+by+a+behavioral+screen+of+400+essential+loci+in+zebrafish.">Genetic disorders of vision revealed by a behavioral screen of 400 essential loci in zebrafish.</a> J. Neurosci. 19, 8603-8615 (1999).</li><li>Qian, H., Zhu, Y., Ramsey, D. J., Chappell, R. L., Dowling, J. E., Ripps, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directional+asymmetries+in+the+optokinetic+response+of+larval+zebrafish.">Directional asymmetries in the optokinetic response of larval zebrafish.</a> Zebrafish. 2, 189-196 (2005).</li><li>Renninger, S. L., Gesemann, M., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cone+arrestin+confers+cone+vision+of+high+temporal+resolution+in+zebrafish+larvae.">Cone arrestin confers cone vision of high temporal resolution in zebrafish larvae.</a> Eur. J. Neurosci. 33, 658-667 (2011).</li><li>Rick, J. M., Horschke, I., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optokinetic+behavior+is+reversed+in+achiasmatic+mutant+zebrafish+larvae.">Optokinetic behavior is reversed in achiasmatic mutant zebrafish larvae.</a> Curr. Biol. 10, 595-598 (2000).</li><li>Rinner, O., Rick, J. M., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrast+sensitivity,+spatial+and+temporal+tuning+of+the+larval+zebrafish+optokinetic+response.">Contrast sensitivity, spatial and temporal tuning of the larval zebrafish optokinetic response.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46, 137-142 .</li><li>Rinner, O., Makhankov, Y. V., Biehlmaier, O. S., Neuhauss, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Knockdown+of+cone+specific+kinase+GRK7+in+larval+zebrafish+leads+to+impaired+cone-response+recovery+and+delayed+dark+adaptation.">Knockdown of cone specific kinase GRK7 in larval zebrafish leads to impaired cone-response recovery and delayed dark adaptation.</a> Neuron. 47, 231-242 (2005).</li><li>Roeser, T., Baier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visuomotor+behaviors+in+larval+zebrafish+after+GFP-guided+laser+ablation+of+the+optic+tectum.">Visuomotor behaviors in larval zebrafish after GFP-guided laser ablation of the optic tectum.</a> J. Neurosci. 23, 3726-3734 (2003).</li><li>Schonthaler, H., Fleisch, V. C., Biehlmaier, O., Makhankov, Y. M., Rinner, O., Bahadori, R., Schwarz, H., Neuhauss, S. C. F., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+zebrafish+mutant+leberkn+del/vam6+resembles+human+multi-systemic+disorders+caused+by+aberrant+trafficking+of+endosomal+vesicles.">The zebrafish mutant leberkn del/vam6 resembles human multi-systemic disorders caused by aberrant trafficking of endosomal vesicles.</a> Development. 135, 387-399 (2008).</li><li>Schonthaler, H. B., Franz-Odendaal, T. A., Hodel, C., Gehring, I., Schwarz, H., Neuhauss, S. C. F., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+zebrafish+mutant+bumper+shows+a+hyperproliferation+of+lens+epithelial+cells+and+fibre+cell+degeneration+leading+to+functional+blindness.">The zebrafish mutant bumper shows a hyperproliferation of lens epithelial cells and fibre cell degeneration leading to functional blindness.</a> Mech. Dev. 127, 203-219 (2010).</li><li>Schonthaler, H. B., Lampert, J. M., Lintig, J. v. o. n., Schwarz, H., Geisler, R., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mutation+in+the+pmel17+gene+leads+to+defects+in+melanosome+biogenesis+and+alterations+the+visual+system+in+the+zebrafish+mutant+fading+vision.">A mutation in the pmel17 gene leads to defects in melanosome biogenesis and alterations the visual system in the zebrafish mutant fading vision.</a> Developmental Biology. 284, 231-242 (2005).</li></ol>

Oliver DR Schnaedelbach et Holger D. Russig sont des employés de TSE Systems GmbH qui produit le système de suivi des performances visuelles utilisées dans cet article. La production de cet article a été parrainé par le TSE Systems GmbH. Stephan FC Neuhuass est un employé de l&#39;Université de Zurich qui reçoit une rémunération par les systèmes de l&#39;EST pour chaque système vendu.

L&#39;importance de l&#39;OKR pour l&#39;étude de la fonction visuelle a été reconnu dans la communauté scientifique pour une longue période (de Pâques et de Nicola 1996, 1997), et tente de quantifier réellement le paradigme ont bien commencé il ya une décennie. Pâques et Nicola (1996) a développé un système motorisé avec tambours rotatifs rayés, où l&#39;enregistrement vidéo des mouvements oculaires ont été analysées manuellement. Ce système a souffert de l&#39;absence d&#39;immobilisation de l&#39;embryon de poisson, qui a nécessité un repositionnement manuel fréquent, et peut détecter les mouvements de poursuite des yeux qu&#39;avec grande difficulté. Un pas en avant a été l&#39;utilisation d&#39;un tambour vidéoprojetée rayé pour permettre plus de présentation informatique stimulus variable générée (Roeser &amp; Baier, 2003;. Rinner et al, 2005a). La essentiellement manuel, cadre-par-cadre analyse des enregistrements sur bande vidéo s&#39;est avérée extrêmement laborieux, et, dans une certaine mesure, entravé par l&#39;observateur biais (Beck et al.,2004). Analyse en temps réel a été proposé pour permettre l&#39;utilisation de mécanismes d&#39;apprentissage du comportement de rétroaction (Major et al., 2004). L&#39;utilisation de l&#39;éclairage infrarouge et la fréquence des stimuli contrôlés par rotation a été mis au point par Beck et al. (2004). Cependant, le système décrit il n&#39;a été utilisé que pour les larves, et l&#39;analyse a été réalisée hors ligne. En outre, la VisioTracker permet un contrôle total sur les stimuli, y compris changer le stimulus au cours de l&#39;expérience, ce qui permet une plus grande souplesse et une influence sur le déroulement spontané de l&#39;expérience. En outre, la création de relance numérique utilisé par le VisioTracker surmonté les problèmes mentionnés plus haut avec une accélération de la masse inerte d&#39;un tambour de relance rayé (Beck et al., 2004). Retenue par les larves de la méthylcellulose n&#39;interfère pas significativement avec le mouvement des yeux et de ne pas avoir d&#39;effets à long terme sur le bien-être du poisson zèbre. Les larves de poissons ont été avec succèsmaintenu intégré dans de la méthylcellulose pendant plusieurs jours, jusqu&#39;à ce que l&#39;apport d&#39;oxygène par la peau devient insuffisante pour la demande augmente avec l&#39;âge (Qian et al., 2005). La méthode retenue poissons adultes est tout aussi facile sur l&#39;animal. La courte durée de l&#39;expérience, couplée avec la possibilité d&#39;échanger rapidement l&#39;animal d&#39;essai pour une autre, ajoute encore aux aspects positifs de protection des animaux du système. Depuis les branchies sont continuellement rincé par l&#39;eau, il est commode de pointe de l&#39;eau avec un produit chimique de choix pour étudier son effet sur les mouvements des yeux et de la performance visuelle. De même, une expérience de wash-out peuvent être ajoutés sans avoir besoin de manipuler l&#39;animal entre les expériences. Bruit de pixel dans l&#39;image vidéo a été minimisée par lissage des algorithmes du logiciel VisioTracker exclusive, ce qui permet des mesures très précises de la position des yeux et de la vitesse angulaire. En outre, afin de faciliter statistiqueanalyse, le logiciel filtre sur les mouvements saccadés qui se produisent à une vitesse fixe et ne contribuent pas à l&#39;état d&#39;expérimentation. Une moyenne des courbes de vélocité plus de 7 images vidéo faciliter une analyse ultérieure. Le VisioTracker ouvre une nouvelle dimension pour de nombreux domaines de recherche variés. Le système et ses prédécesseurs ont déjà été utilisées avec succès pour quantifier la performance visuelle chez les larves de poisson zèbre, en utilisant des paramètres tels que l&#39;acuité visuelle, sensibilité au contraste et adaptation à la lumière (Rinner et al., 2005a, Schönthaler et al., 2010), pour l&#39;analyse fonctionnelle des cônes photorécepteurs après manipulation des membres de la cascade de transduction visuelle (p. ex Rinner et al, 2005b, Renninger et al, 2011.)., ou l&#39;analyse des défauts visuels chez les larves de poisson zèbre mutant (par exemple Schönthaler et al, 2005, 2008;. Bahadori et al., 2006). L&#39;interdépendance de la maturation morphologique et fonctionnelle du système visuela été étudiée par des mesures OKR de montrer que l&#39;acuité visuelle est principalement, mais pas tout à fait limitée par l&#39;espacement des photorécepteurs au stade larvaire (Haug et al., 2010). Le VisioTracker convient aussi bien pour analyser la fonction visuelle chez le poisson zèbre adultes et d&#39;autres semblables espèces de poissons de taille moyenne (Mueller et Neuhauss (2010), le présent rapport). Il est également envisageable d&#39;utiliser le système de recherche dans des domaines tels que la toxicologie ou de pharmacologie dans lequel les substances à analyser peut être ajouté à l&#39;écoulement de l&#39;eau autour des branchies des poissons adultes. En outre, la polyvalence de VisioTracker permet des analyses plus approfondies, par exemple des ontogenetics de la fonction visuelle, la fonction des circuits neuronaux et le développement, ou sensori-moteur de commande (voir la revue dans Huang &amp; Neuhauss, 2008).

<table border="1"><tbody><tr><th> Nom du réactif </th><th> Entreprise </th><th> Numéro de catalogue </th></tr><tr><td> Méthylcellulose </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M0387 </td></tr><tr><td> Ethyl 3-aminobenzoate méthanesulfonate (MS-222) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> E10521 </td></tr><tr><td> Boîte de 35 mm de culture cellulaire </td><td> Corning </td><td> 430165 </td></tr><tr><td> Sérum pipette </td><td> Greiner Bio-One </td><td> 612 361 </td></tr><tr><td> VisioTracker </td><td> Systèmes TSE </td><td> 302060 </td></tr></tbody></table>

visiotracker, an innovative automated approach to oculomotor analysis

Les enquêtes sur le développement du système visuel et la fonction nécessite quantifiables modèles comportementaux de performances visuelles qui sont faciles à obtenir, robuste et simple à manipuler. Un modèle approprié a été trouvé dans la réponse optocinétique (OKR), un comportement réflexif présente chez tous les vertébrés en raison de sa valeur de sélection de haut. L&#39;OKR implique lents stimulus suivantes mouvements des yeux alternaient avec des saccades rapides rappel. La mesure de ce comportement est facilement réalisée chez les larves de poisson zèbre, en raison de sa précocité et stable (entièrement développée après 96 heures après la fécondation (hpf)), et bénéficiant d&#39;une connaissance approfondie sur le poisson zèbre génétique, depuis des décennies l&#39;un des modèle favorisée organismes dans ce domaine. En attendant l&#39;analyse des mécanismes similaires dans les poissons adultes a gagné en importance, en particulier pour des applications pharmacologiques et toxicologiques. Nous décrivons ici VisioTracker, un système entièrement automatisé, à haut throughpusystème de t pour l&#39;analyse quantitative de la performance visuelle. Le système est basé sur des recherches effectuées dans le groupe du Prof Stephan Neuhauss et a été re-conçu par les systèmes EST. Il se compose d&#39;un dispositif de blocage pour les petits poissons surveillée par une caméra vidéo de haute qualité équipé d&#39;un objectif zoom haute résolution. Le récipient de poisson est entouré d&#39;un tamis à tambour, sur lequel configurations de stimulus générés par ordinateur peut être projetée. Les mouvements oculaires sont enregistrées et analysées automatiquement par le logiciel VisioTracker en temps réel. L&#39;analyse des données permet la reconnaissance immédiate des paramètres tels que la durée de la phase lente et rapide, la fréquence du cycle de mouvement, lent-phase et de gain, l&#39;acuité visuelle et la sensibilité au contraste. Des résultats typiques permettent par exemple l&#39;identification rapide des mutants du système visuel qui ne présentent aucune altération apparente dans la morphologie de type sauvage, ou la détermination des effets quantitatifs de la pharmacologiques ou toxiques et mutagènesagents sur les performances du système visuel.

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VisioTracker, an Innovative Automated Approach to Oculomotor Analysis

Le VisioTracker est un système automatisé pour l&#39;analyse quantitative de la performance visuelle des poissons adultes et des larves petit basée sur l&#39;enregistrement des mouvements oculaires. Il dispose d&#39;un contrôle total sur les propriétés de stimulation visuelle et analyse en temps réel, ce qui permet à haut débit recherches dans des domaines tels que le développement du système visuel et de la fonction, de la pharmacologie, des études de circuits neuronaux et de l&#39;intégration sensori-motrice.

VisioTracker, une approche novatrice automatisé pour l&#39;analyse oculomotrice

Investigations into the visual system development and function necessitate quantifiable behavioral models of visual performance that are easy to elicit, ...

visiotracker-an-innovative-automated-approach-to-oculomotor-analysis

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.0K vues.  University of Zurich. Le VisioTracker est un système automatisé pour l'analyse quantitative de la performance visuelle des poissons adultes et des larves petit basée sur l'enregistrement des mouvements oculaires. Il dispose d'un contrôle total sur les propriétés de stimulation visuelle et analyse en temps réel, ce qui permet à haut débit recherches dans des domaines tels que le développement du système visuel et de la fonction, de la pharmacologie, des études de circuit...

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Automated Sholl Analysis of Digitized Neuronal Morphology at Multiple Scales

Neuronal morphology plays a significant role in determining how neurons function and communicate1-3. Specifically, it affects the ability of neurons to receive inputs from other cells2 and contributes to the propagation of action potentials4,5. The morphology of the neurites also affects how information is processed. The diversity of dendrite morphologies facilitate local and long range signaling and allow individual neurons or groups of neurons to carry out specialized functions within the neuronal network6,7. Alterations in dendrite morphology, including fragmentation of dendrites and changes in branching patterns, have been observed in a number of disease states, including Alzheimer's disease8, schizophrenia9,10, and mental retardation11. The ability to both understand the factors that shape dendrite morphologies and to identify changes in dendrite morphologies is essential in the understanding of nervous system function and dysfunction.
Neurite morphology is often analyzed by Sholl analysis and by counting the number of neurites and the number of branch tips. This analysis is generally applied to dendrites, but it can also be applied to axons. Performing this analysis by hand is both time consuming and inevitably introduces variability due to experimenter bias and inconsistency. The Bonfire program is a semi-automated approach to the analysis of dendrite and axon morphology that builds upon available open-source morphological analysis tools. Our program enables the detection of local changes in dendrite and axon branching behaviors by performing Sholl analysis on subregions of the neuritic arbor. For example, Sholl analysis is performed on both the neuron as a whole as well as on each subset of processes (primary, secondary, terminal, root, etc.) Dendrite and axon patterning is influenced by a number of intracellular and extracellular factors, many acting locally. Thus, the resulting arbor morphology is a result of specific processes acting on specific neurites, making it necessary to perform morphological analysis on a smaller scale in order to observe these local variations12.
The Bonfire program requires the use of two open-source analysis tools, the NeuronJ plugin to ImageJ and NeuronStudio. Neurons are traced in ImageJ, and NeuronStudio is used to define the connectivity between neurites. Bonfire contains a number of custom scripts written in MATLAB (MathWorks) that are used to convert the data into the appropriate format for further analysis, check for user errors, and ultimately perform Sholl analysis. Finally, data are exported into Excel for statistical analysis. A flow chart of the Bonfire program is shown in Figure 1.

We have developed a computer program to analyze neuronal morphology. In combination with two existing open source analysis tools, our program performs Sholl analysis and determines the number of neurites, branch points, and neurite tips. The analyses are performed so that local changes in neurite morphology can be observed.

Analyse automatisée des Sholl morphologie neuronale numérisés à de multiples échelles

Neuronal morphology plays a significant role in determining how neurons function and communicate1-3.  Specifically, it affects the ability of neurons to ...

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Neurosciences

VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation

Eye movement studies have provided a strong foundation forming an understanding of how the brain acquires visual information in both the normal and dysfunctional brain.1 However, development of a platform to stimulate and store eye movements can require substantial programming, time and costs. Many systems do not offer the flexibility to program numerous stimuli for a variety of experimental needs. However, the VisualEyes System has a flexible architecture, allowing the operator to choose any background and foreground stimulus, program one or two screens for tandem or opposing eye movements and stimulate the left and right eye independently. This system can significantly reduce the programming development time needed to conduct an oculomotor study. The VisualEyes System will be discussed in three parts: 1) the oculomotor recording device to acquire eye movement responses, 2) the VisualEyes software written in LabView, to generate an array of stimuli and store responses as text files and 3) offline data analysis. Eye movements can be recorded by several types of instrumentation such as: a limbus tracking system, a sclera search coil, or a video image system. Typical eye movement stimuli such as saccadic steps, vergent ramps and vergent steps with the corresponding responses will be shown. In this video report, we demonstrate the flexibility of a system to create numerous visual stimuli and record eye movements that can be utilized by basic scientists and clinicians to study healthy as well as clinical populations.

Neural control and cognitive processes can be studied through eye movements. The VisualEyes software allows an operator to program stimuli on two computer screens independently using a simple, custom scripting language. The system can stimulate tandem eye movements (saccades and smooth pursuit) or opposing eye movements (vergence) or any combination.

Visualeyes: un système logiciel modulaire pour l&#39;expérimentation oculomoteurs

Eye movement studies have provided a strong foundation forming an understanding of how the brain acquires visual information in both the normal and ...

Brain Slice Biotinylation: An Ex Vivo Approach to Measure Region-specific Plasma Membrane Protein Trafficking in Adult Neurons

Regulated endocytic trafficking is the central mechanism facilitating a variety of neuromodulatory events, by dynamically controlling receptor, ion channel, and transporter cell surface presentation on a minutes time scale.&#160;There is a broad diversity of mechanisms that control endocytic trafficking of individual proteins. Studies investigating the molecular underpinnings of trafficking have primarily relied upon surface biotinylation to quantitatively measure changes in membrane protein surface expression in response to exogenous stimuli and gene manipulation.&#160;However, this approach has been mainly limited to cultured cells, which may not faithfully reflect the physiologically relevant mechanisms at play in adult neurons.&#160;Moreover, cultured cell approaches may underestimate region-specific differences in trafficking mechanisms.&#160;Here, we describe an approach that extends cell surface biotinylation to the acute brain slice preparation.&#160;We demonstrate that this method provides a high-fidelity approach to measure rapid changes in membrane protein surface levels in adult neurons.&#160;This approach is likely to have broad utility in the field of neuronal endocytic trafficking.

Brain Slice Biotinylation: An Ex Vivo Approach to Measure Region-specific Plasma Membrane Protein Trafficking in Adult Neurons

Neuronal membrane trafficking dynamically controls plasma membrane protein availability and significantly impacts neurotransmission.&#160;To date, it has been challenging to measure neuronal endocytic trafficking in adult neurons.&#160;Here, we describe a highly effective, quantitative method to measure rapid changes in surface protein expression ex vivo in acute brain slices.

Tranche de cerveau Biotinylation: Une<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Approche de Mesure région spécifique membrane de protéines plasmatiques traite des adultes neurones

Regulated endocytic trafficking is the central mechanism facilitating a variety of neuromodulatory events, by dynamically controlling receptor, ion ...

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Currently, large-scale networks derived from dissociated neurons growing and developing in vitro on extracellular micro-transducer devices are the gold-standard experimental model to study basic neurophysiological mechanisms involved in the formation and maintenance of neuronal cell assemblies. However, in vitro studies have been limited to the recording of the electrophysiological activity generated by bi-dimensional (2D) neural networks. Nonetheless, given the intricate relationship between structure and dynamics, a significant improvement is necessary to investigate the formation and the developing dynamics of three-dimensional (3D) networks. In this work, a novel experimental platform in which 3D hippocampal or cortical networks are coupled to planar Micro-Electrode Arrays (MEAs) is presented. 3D networks are realized by seeding neurons in a scaffold constituted of glass microbeads (30-40 &#181;m in diameter) on which neurons are able to grow and form complex interconnected 3D assemblies. In this way, it is possible to design engineered 3D networks made up of 5-8 layers with an expected final cell density. The increasing complexity in the morphological organization of the 3D assembly induces an enhancement of the electrophysiological patterns displayed by this type of networks. Compared with the standard 2D networks, where highly stereotyped bursting activity emerges, the 3D structure alters the bursting activity in terms of duration and frequency, as well as it allows observation of more random spiking activity. In this sense, the developed 3D model more closely resembles in vivo neural networks.

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

In this work, a novel experimental model in which 3D neuronal cultures are coupled to planar Micro-Electrode Arrays (MEAs) is presented. 3D networks are built by seeding neurons in a scaffold made up of glass microbeads on which neurons grow and form interconnected 3D structures.

Cultures interface 3D Engineered neuronales à des micro-électrodes tableaux: Une innovante<em&gt; In Vitro</em&gt; Modèle expérimental

Currently, large-scale networks derived from dissociated neurons growing and developing in vitro on extracellular micro-transducer devices are the ...

An Approach to Enhance Alignment and Myelination of Dorsal Root Ganglion Neurons

Axon regeneration is a chaotic process due largely to unorganized axon alignment. Therefore, in order for a sufficient number of regenerated axons to bridge the lesion site, properly organized axonal alignment is required. Since demyelination after nerve injury strongly impairs the conductive capacity of surviving axons, remyelination is critical for successful functioning of regenerated nerves. Previously, we demonstrated that mesenchymal stem cells (MSCs) aligned on a pre-stretch induced anisotropic surface because the cells can sense a larger effective stiffness in the stretched direction than in the perpendicular direction. We also showed that an anisotropic surface arising from a mechanical pre-stretched surface similarly affects alignment, as well as growth and myelination of axons. Here, we provide a detailed protocol for preparing a pre-stretched anisotropic surface, the isolation and culture of dorsal root ganglion (DRG) neurons on a pre-stretched surface, and show the myelination behavior of a co-culture of DRG neurons with Schwann cells (SCs) on a pre-stretched surface.

This protocol describes the isolation of dorsal root ganglion (DRG) neurons isolated from rats and the culture of DRG neurons on a static pre-stretched cell culture system to enhance axon alignment, with subsequent co-culture of Schwann Cells (SCs) to promote myelination.

Une approche pour améliorer l&#39;alignement et myélinisation de ganglion de racine dorsale Neurones

Axon regeneration is a chaotic process due largely to unorganized axon alignment. Therefore, in order for a sufficient number of regenerated axons to ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method described here enables the investigator to measure long-lasting (from minutes to hours) high-quality intracellular responses from single Drosophila R1-R6 photoreceptors and Large Monopolar Cells (LMCs) to light stimuli. Because the recording system has low noise, it can be used to study variability among individual cells in the fly eye, and how their outputs reflect the physical properties of the visual environment. We outline all key steps in performing this technique. The basic steps in constructing an appropriate electrophysiology set-up for recording, such as design and selection of the experimental equipment are described. We also explain how to prepare for recording by making appropriate (sharp) recording and (blunt) reference electrodes. Details are given on how to fix an intact fly in a bespoke fly-holder, prepare a small window in its eye and insert a recording electrode through this hole with minimal damage. We explain how to localize the center of a cell's receptive field, dark- or light-adapt the studied cell, and to record its voltage responses to dynamic light stimuli. Finally, we describe the criteria for stable normal recordings, show characteristic high-quality voltage responses of individual cells to different light stimuli, and briefly define how to quantify their signaling performance. Many aspects of the method are technically challenging and require practice and patience to master. But once learned and optimized for the investigator's experimental objectives, it grants outstanding in vivo neurophysiological data.

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Sharp microelectrodes enable accurate electrophysiological characterization of photoreceptor and visual interneuron output in living Drosophila. Here we show how to use this method to record high-quality voltage responses of individual cells to controlled light stimulation. This method is ideal for studying neural information processing in insect compound eyes.

Méthode électrophysiologique de réponses d&#39;enregistrement intracellulaire tension de<em&gt; Drosophila</em&gt; Photorécepteurs et Interneurones à Light Stimuli<em&gt; In Vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

Dissecting the neuronal and neuromuscular circuits that regulate behavior remains a major challenge in biology. The nematode Caenorhabditis elegans has proven to be an invaluable model organism in helping to tackle this challenge, from inspiring technological approaches,&#160;building the human brain connectome, to actually shedding light on the specific molecular drivers of basic functional patterns. The bulk of the behavioral studies in C. elegans have been performed on solid substrates. In liquid, animals exhibit behavioral patterns that include movement at a range of speeds in 3D, as well as partial body movements, such as a posterior curl without anterior shape change, which introduce new challenges for quantitation. The steps of a simple procedure, and use of a software that enables high-resolution analysis of C. elegans swim behavior, are presented here. The software, named CeleST, uses a specialized computer program that tracks multiple animals simultaneously and provides novel measures of C. elegans locomotion in liquid (swimming). The measures are mostly grounded in animal posture and based on mathematics used in computer vision and pattern recognition, without computational requirements for threshold cut-offs. The software tool can be used to both assess overall swimming prowess in hundreds of animals from combined small batch trials and to reveal novel phenotypes even in well-characterized genetic mutants. The preparation of specimens for analysis with CeleST is simple and low-tech, enabling wide adaptation by the scientific community. Use of the computational approach described here should therefore contribute to the greater understanding of behavior and behavioral circuits in the C. elegans model.

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

An efficient and simple methodology for computer-based analysis of nematode swimming behavior in liquid is described. The method requires little to no investment for C. elegans laboratories. The hardware used is standard, and the computer software for the behavioral analysis (CeleST) is an open source one.

Analyse automatisée de<em&gt; C. elegans</em&gt; Comportement Swim Utiliser Celest Software

Dissecting the neuronal and neuromuscular circuits that regulate behavior remains a major challenge in biology. The nematode Caenorhabditis elegans has ...

Automated Gait Analysis in Mice with Chronic Constriction Injury

The von Frey test is a classical method that has been widely used to examine the sensory function of neuropathic pain animals. However, it has some disadvantages such as subjective data and the requirement of a skilled, experienced experimenter. To date, a variety of modifications have improved the von Frey method, but it still has a few limitations. Recent reports have suggested that gait analysis produces more accurate and objective data from the neuropathic animals. This protocol demonstrates how to perform the automated gait analysis to determine the degree of neuropathic pain in mice. After several days of acclimation, the mice were allowed to walk freely on the glass floor to illuminate footprints. Then, quantification of the footprints and gait were performed through video clips with automatic analysis of various walking parameters, such as area of paw print, swing time, angle of paw, etc.
The main purpose of this study is to describe the methodology of automated gait analysis and briefly compare it with data from the classical sensory test using von Frey filament.

The precise assessment of pain response in a neuropathic animal model is critical to investigate the pathophysiology of pain diseases and develop new analgesics. We present a sensitive and objective method to determine the sensory function of the rodent hind paw by an automated gait analysis system.

Analyse automatisée Gait chez la souris avec la blessure de Constriction chronique

The von Frey test is a classical method that has been widely used to examine the sensory function of neuropathic pain animals. However, it has some ...

Identification of Dopamine D1-Alpha Receptor Within Rodent Nucleus Accumbens by an Innovative RNA In Situ Detection Technology

In the central nervous system, the D1-alpha subtype receptor (Drd1&#945;) is the most abundant dopamine (DA) receptor, which plays a vital role in regulating neuronal growth and development. However, the mechanisms underlying Drd1&#945; receptor abnormalities mediating behavioral responses and modulating working memory function are still unclear. Using a novel RNA in situ hybridization assay, the current study identified dopamine Drd1&#945; receptor and tyrosine hydroxylase (TH) RNA expression from DA-related circuitry in the nucleus accumbens (NAc) area and substantia nigra region (SNR), respectively. Drd1&#945; expression in the NAc shows a &#34;discrete dot&#34; staining pattern. Clear sex differences in Drd1&#945; expression were observed. In contrast, TH shows a &#34;clustered&#34; staining pattern. Regarding TH expression, female rats displayed a higher signal expression per cell relative to male animals. The methods presented here provide a novel in situ hybridization technique for investigating changes in dopamine system dysfunction during the progression of central nervous system diseases.

Identification of Dopamine D1-Alpha Receptor Within Rodent Nucleus Accumbens by an Innovative RNA In Situ Detection Technology

Identification of dopamine D1-alpha receptor in the nucleus accumbens is critical for clarifying D1 receptor dysfunction during a central nervous system disease. We performed a novel RNA in situ hybridization assay to visualize single RNA molecules in a specific brain area.

Identification de la Dopamine D1-Alpha du récepteur au sein de rongeurs noyau Accumbens par une ARN innovantes In Situ la technologie de détection

In the central nervous system, the D1-alpha subtype receptor (Drd1&#945;) is the most abundant dopamine (DA) receptor, which plays a vital role in ...

An Alternative Approach to Study Primary Events in Neurodegeneration Using Ex Vivo Rat Brain Slices

Despite&#160;numerous studies that attempt to develop reliable animal models&#160;which reflecting the primary processes underlying neurodegeneration, very few have been widely accepted. Here, we propose&#160;a new procedure&#160;adapted from the well-known ex vivo brain slice technique, which offers a closer in vivo-like scenario than in vitro preparations, for investigating the early events triggering cell degeneration, as observed in Alzheimer&#39;s disease (AD). This variation consists of simple and easily reproducible steps, which enable preservation of the anatomical cytoarchitecture of the selected brain region and its local functionality in a physiological milieu. Different anatomical areas can be obtained from the same brain, providing the opportunity to perform multiple experiments with the treatments in question in a site-, dose-, and time-dependent manner. Potential limitations&#160;which could affect the outcomes related to this methodology are related to the conservation of the tissue, i.e., the maintenance of its anatomical integrity during the slicing and incubation steps and the section thickness, which can influence the biochemical and immunohistochemical analysis. This approach can be employed for different purposes, such as exploring molecular mechanisms involved in physiological or pathological conditions, drug screening, or dose-response assays. Finally, this protocol could also reduce the number of animals employed in behavioral studies. The application reported here has been recently described and tested for the first time on ex vivo rat brain slices containing the basal forebrain (BF), which is one of the cerebral regions primarily affected in AD. Specifically, it has been demonstrated that the administration of a toxic peptide derived from the C-terminus of acetylcholinesterase (AChE) could prompt an AD-like profile, triggering, along the antero-posterior axis of the BF, a differential expression of proteins altered in AD, such as the alpha7 nicotinic receptor (&#945;7-nAChR), phosphorylated Tau (p-Tau), and amyloid beta (A&#946;).

An Alternative Approach to Study Primary Events in Neurodegeneration Using Ex Vivo Rat Brain Slices

We present a method which can&#160;provide further insights into the early events underlying neurodegeneration and based on the established ex-vivo brain technique, combining the advantages of in vivo and in vitro experiments. Moreover, it represents a unique opportunity for direct comparison of treated and untreated group in the same anatomical plane.

Une autre approche pour étudier les événements primaires dans la neurodégénérescence utilisant des coupes de cerveau de Rat Ex Vivo

Despite&#160;numerous studies that attempt to develop reliable animal models&#160;which reflecting the primary processes underlying neurodegeneration, ...