אנו מודים ליינגטיאן הא על שיתוף נתוני כוונון הכיוון. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מהקרן הקנדית לחדשנות וקרן המחקר של אונטריו (פרויקט CFI/ORF מס' 37597), NSERC (RGPIN-2019-06479), CIHR (Project Grant 437007) ופרסי Connaught New Research.

הערכת תגובות רפלקס אופטוקינטי בעכברים: פרוטוקול חדש ברמת דיוק גבוהה

<ol>
	<li>Gerhard, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroscience.+5th+Edition.">Neuroscience. 5th Edition.</a> Yale Journal of Biology and Medicine. , (2013).</li><li>Distler, C., Hoffmann, K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Oxford Handbook of Eye Movement. , 65-83 (2011).</li><li>Sereno, A. B., Bolding, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Executive Functions: Eye Movements and Human Neurological Disorders. , (2017).</li><li>Giolli, R. A., Blanks, R. H. I., Lui, 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+accessory+optic+system:+basic+organization+with+an+update+on+connectivity,+neurochemistry,+and+function.">The accessory optic system: basic organization with an update on connectivity, neurochemistry, and function.</a> Progress in Brain Research. 151, 407-440 (2006).</li><li>Liu, B. H., Huberman, A. D., Scanziani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortico-fugal+output+from+visual+cortex+promotes+plasticity+of+innate+motor+behaviour.">Cortico-fugal output from visual cortex promotes plasticity of innate motor behaviour.</a> Nature. 538 (7625), 383-387 (2016).</li><li>Prusky, G. T., Alam, N. M., Beekman, S., Douglas, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+quantification+of+adult+and+developing+mouse+spatial+vision+using+a+virtual+optomotor+system.">Rapid quantification of adult and developing mouse spatial vision using a virtual optomotor system.</a> Investigative Ophthalmology &amp; Visual Science. 45 (12), 4611-4616 (2004).</li><li>Stahl, J. S., van Alphen, A. M., De Zeeuw, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+video+and+magnetic+search+coil+recordings+of+mouse+eye+movements.">A comparison of video and magnetic search coil recordings of mouse eye movements.</a> Journal of Neuroscience Methods. 99 (1-2), 101-110 (2000).</li><li>Faulstich, B. M., Onori, K. A., du Lac, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+plasticity+and+development+of+mouse+optokinetic+and+vestibulo-ocular+reflexes+suggests+differential+gain+control+mechanisms.">Comparison of plasticity and development of mouse optokinetic and vestibulo-ocular reflexes suggests differential gain control mechanisms.</a> Vision Research. 44 (28), 3419-3427 (2004).</li><li>Katoh, A., Kitazawa, H., Itohara, S., Nagao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+characteristics+and+adaptability+of+mouse+vestibulo-ocular+and+optokinetic+response+eye+movements+and+the+role+of+the+flocculo-olivary+system+revealed+by+chemical+lesions.">Dynamic characteristics and adaptability of mouse vestibulo-ocular and optokinetic response eye movements and the role of the flocculo-olivary system revealed by chemical lesions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (13), 7705-7710 (1998).</li><li>Cahill, H., Nathans, J. <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+reflex+as+a+tool+for+quantitative+analyses+of+nervous+system+function+in+mice:+application+to+genetic+and+drug-induced+variation.">The optokinetic reflex as a tool for quantitative analyses of nervous system function in mice: application to genetic and drug-induced variation.</a> PLoS One. 3 (4), 2055 (2008).</li><li>Cameron, D. J., et al. <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+as+a+quantitative+measure+of+visual+acuity+in+zebrafish.">The optokinetic response as a quantitative measure of visual acuity in zebrafish.</a> Journal of Visualized Experiments. (80), 50832 (2013).</li><li>de Jeu, M., De Zeeuw, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Video-oculography+in+mice.">Video-oculography in mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (65), e3971 (2012).</li><li>Kodama, T., du Lac, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+acceleration+of+visually+evoked+smooth+eye+movements+in+mice.">Adaptive acceleration of visually evoked smooth eye movements in mice.</a> The Journal of Neuroscience. 36 (25), 6836-6849 (2016).</li><li>Doering, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+Ca(v)1.4+expression+in+the+Cacna1f(nob2)+mouse+due+to+alternative+splicing+of+an+ETn+inserted+in+exon+2.">Modified Ca(v)1.4 expression in the Cacna1f(nob2) mouse due to alternative splicing of an ETn inserted in exon 2.</a> PLoS One. 3 (7), e2538 (2008).</li><li>Shi, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+optomotor+response-based+visual+function+assessment+in+mice.">Optimization of optomotor response-based visual function assessment in mice.</a> Scientific Reports. 8 (1), 9708 (2018).</li><li>Waldner, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transgenic+expression+of+Cacna1f+rescues+vision+and+retinal+morphology+in+a+mouse+model+of+congenital+stationary+night+blindness+2A+(CSNB2A).">Transgenic expression of Cacna1f rescues vision and retinal morphology in a mouse model of congenital stationary night blindness 2A (CSNB2A).</a> Translational Vision Science &amp; Technology. 9 (11), 19 (2020).</li><li>Tabata, H., Shimizu, N., Wada, Y., Miura, K., Kawano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Initiation+of+the+optokinetic+response+(OKR)+in+mice.">Initiation of the optokinetic response (OKR) in mice.</a> Journal of Vision. 10 (1), 1-17 (2010).</li><li>Al-Khindi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+transcription+factor+Tbx5+regulates+direction-selective+retinal+ganglion+cell+development+and+image+stabilization.">The transcription factor Tbx5 regulates direction-selective retinal ganglion cell development and image stabilization.</a> Current Biology. 32 (19), 4286-4298 (2022).</li><li>Harris, S. C., Dunn, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+retinal+direction+tuning+predicts+optokinetic+eye+movements+across+stimulus+conditions.">Asymmetric retinal direction tuning predicts optokinetic eye movements across stimulus conditions.</a> eLife. 12, e81780 (2023).</li><li>van Alphen, B., Winkelman, B. H., Frens, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+optokinetic+eye+movements+in+the+C57BL/6J+mouse.">Three-dimensional optokinetic eye movements in the C57BL/6J mouse.</a> Investigative Ophthalmology &amp; Visual Science. 51 (1), 623-630 (2010).</li><li>Stahl, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+channelopathy+mutants+and+their+role+in+ocular+motor+research.">Calcium channelopathy mutants and their role in ocular motor research.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 956, 64-74 (2002).</li><li>Endo, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+involvement+of+G-substrate+in+motor+learning+revealed+by+gene+deletion.">Dual involvement of G-substrate in motor learning revealed by gene deletion.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (9), 3525-3530 (2009).</li><li>Thomas, B. B., Seiler, M. J., Sadda, S. R., Coffey, P. J., Aramant, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optokinetic+test+to+evaluate+visual+acuity+of+each+eye+independently.">Optokinetic test to evaluate visual acuity of each eye independently.</a> Journal of Neuroscience Methods. 138 (1-2), 7-13 (2004).</li><li>Burroughs, S. L., Kaja, S., Koulen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+deficits+in+spatial+visual+function+of+mouse+models+for+glaucoma.">Quantification of deficits in spatial visual function of mouse models for glaucoma.</a> Investigative Ophthalmology &amp; Visual Science. 52 (6), 3654-3659 (2011).</li><li>Wakita, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+regulations+of+vestibulo-ocular+reflex+and+optokinetic+response+by+&#946;-+and+&#945;2-adrenergic+receptors+in+the+cerebellar+flocculus.">Differential regulations of vestibulo-ocular reflex and optokinetic response by &#946;- and &#945;2-adrenergic receptors in the cerebellar flocculus.</a> Scientific Reports. 7 (1), 3944 (2017).</li><li>Dehmelt, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spherical+arena+reveals+optokinetic+response+tuning+to+stimulus+location,+size,+and+frequency+across+entire+visual+field+of+larval+zebrafish.">Spherical arena reveals optokinetic response tuning to stimulus location, size, and frequency across entire visual field of larval zebrafish.</a> eLife. 10, e63355 (2021).</li><li>Magnusson, M., Pyykko, I., Jantti, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+alertness+and+visual+attention+on+optokinetic+nystagmus+in+humans.">Effect of alertness and visual attention on optokinetic nystagmus in humans.</a> American Journal of Otolaryngology. 6 (6), 419-425 (1985).</li><li>Collins, W. E., Schroeder, D. J., Elam, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+D-amphetamine+and+of+secobarbital+on+optokinetic+and+rotation-induced+nystagmus.">Effects of D-amphetamine and of secobarbital on optokinetic and rotation-induced nystagmus.</a> Aviation, Space, and Environmental Medicine. 46 (4), 357-364 (1975).</li><li>Reimer, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pupil+fluctuations+track+fast+switching+of+cortical+states+during+quiet+wakefulness.">Pupil fluctuations track fast switching of cortical states during quiet wakefulness.</a> Neuron. 84 (2), 355-362 (2014).</li><li>Sakatani, T., Isa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PC-based+high-speed+video-oculography+for+measuring+rapid+eye+movements+in+mice.">PC-based high-speed video-oculography for measuring rapid eye movements in mice.</a> Neuroscience Research. 49 (1), 123-131 (2004).</li><li>Sakatani, T., Isa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+spontaneous+saccade-like+rapid+eye+movements+in+C57BL/6+mice.">Quantitative analysis of spontaneous saccade-like rapid eye movements in C57BL/6 mice.</a> Neuroscience Research. 58 (3), 324-331 (2007).</li><li>Vinck, M., Batista-Brito, R., Knoblich, U., Cardin, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arousal+and+locomotion+make+distinct+contributions+to+cortical+activity+patterns+and+visual+encoding.">Arousal and locomotion make distinct contributions to cortical activity patterns and visual encoding.</a> Neuron. 86 (3), 740-754 (2015).</li><li>Bradley, M. M., Miccoli, L., Escrig, M. A., Lang, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pupil+as+a+measure+of+emotional+arousal+and+autonomic+activation.">The pupil as a measure of emotional arousal and autonomic activation.</a> Psychophysiology. 45 (4), 602-607 (2008).</li><li>Hess, E. H., Polt, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pupil+size+as+related+to+interest+value+of+visual+stimuli.">Pupil size as related to interest value of visual stimuli.</a> Science. 132 (3423), 349-350 (1960).</li><li>Di Stasi, L. L., Catena, A., Canas, J. J., Macknik, S. L., Martinez-Conde, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Saccadic+velocity+as+an+arousal+index+in+naturalistic+tasks.">Saccadic velocity as an arousal index in naturalistic tasks.</a> Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 37 (5), 968-975 (2013).</li></ol>

המחברים מצהירים כי אין אינטרסים מתחרים.

השיטה של הבדיקה ההתנהגותית OKR המוצגת כאן מספקת מספר יתרונות. ראשית, גירוי חזותי שנוצר על ידי מחשב פותר את הבעיות המהותיות של תופים פיזיים. בהתמודדות עם הבעיה שתופים פיזיים אינם תומכים בבחינה שיטתית של תדר, כיוון או כוונון ניגודיות מרחבית8, התוף הווירטואלי מאפשר לשנות פרמטרים ח...

בתגובה לגירויים חזותיים בסביבה, העיניים שלנו נעות כדי להסיט את מבטנו, לייצב תמונות רשתית, לעקוב אחר מטרות נעות, או ליישר את הגומות של שתי עיניים עם מטרות הממוקמות במרחקים שונים מהצופה, שהן חיוניות לראייה תקינה 1,2. התנהגויות אוקולומוטוריות שימשו באופן נרחב כמודלים אטרקטיביים של אינטגרציה סנסומוטורית להבנת המעגלים העצביים בבריאות ובחולי, לפחות חלקית בגלל הפשטות של המערכת האוקולומוטורית3. נשלטת על ידי שלושה זוגות של שרירים חוץ-עיניים, העין מסתובבת בשקע בעיקר סביב שלושה צירים תואמים: הגבהה ודיכאון לאורך הציר הרוחבי, חטיפה וחטיפה לאורך הציר האנכי, וחדירה ושחול לאורך הציר הקדמי 1,2. מערכת פשוטה כזו מאפשרת לחוקרים להעריך את ההתנהגויות האוקולומוטוריות של עכברים בקלות ובדייקנות בסביבת מעבדה.
התנהגות אוקולומוטורית עיקרית אחת היא רפלקס אופטוקינטי (OKR). תנועת עיניים לא רצונית זו מופעלת על ידי סחף איטי או החלקות של תמונות על הרשתית ומשמשת לייצוב תמונות הרשתית כאשר ראשו של בעל חיים או סביבתו נעים 2,4. ה-OKR, כפרדיגמה התנהגותית, מעניינת את החוקרים מכמה סיבות. ראשית, ניתן לגרות אותו באופן אמין ולכמת אותו במדויק 5,6. שנית, ההליכים לכימות התנהגות זו הם פשוטים יחסית וסטנדרטיים וניתן ליישם אותם כדי להעריך את הפונקציות החזותיות של קבוצה גדולה של בעלי חיים7. שלישית, התנהגות מולדת זו היא פלסטית מאוד 5,8,9. המשרעת שלו יכולה להיות מוגברת כאשר החלקות רשתית חוזרות ונשנות מתרחשות במשך זמן רב 5,8,9, או כאשר שותפו לעבודה רפלקס עיני שיווי משקל (VOR), מנגנון נוסף של ייצוב תמונות רשתית המופעלות על ידי קלט שיווי משקל2, נפגע5. פרדיגמות ניסיוניות אלה של הגברה OKR מאפשרות לחוקרים לחשוף את הבסיס המעגלי העומד בבסיס הלמידה האוקולומוטורית.
שתי שיטות לא פולשניות שימשו בעיקר להערכת OKR במחקרים קודמים: (1) וידאו-אוקוקולוגרפיה בשילוב עם תוף פיזי 7,10,11,12,13 או (2) קביעה שרירותית של סיבובי ראש בשילוב עם תוף וירטואלי6,14,15,16. למרות שהיישומים שלהם הניבו תגליות פוריות בהבנת המנגנונים המולקולריים והמעגליים של פלסטיות אוקולומוטורית, לכל שתי שיטות אלה יש כמה חסרונות המגבילים את כוחן בבחינה כמותית של תכונות ה-OKR. ראשית, תופים פיזיים, עם תבניות מודפסות של פסים או נקודות בשחור לבן, אינם מאפשרים שינויים קלים ומהירים של תבניות חזותיות, מה שמגביל במידה רבה את מדידת התלות של ה- OKR בתכונות חזותיות מסוימות, כגון תדירות מרחבית, כיוון וניגודיות של גרגרים נעים 8,17. במקום זאת, בדיקות של הסלקטיביות של OKR לתכונות חזותיות אלה יכולות להפיק תועלת מגירוי חזותי ממוחשב, שבו ניתן לשנות בנוחות תכונות חזותיות מניסוי לניסוי. בדרך זו, חוקרים יכולים לבחון באופן שיטתי את התנהגות OKR במרחב הפרמטרים החזותיים הרב-ממדיים. יתר על כן, השיטה השנייה של בדיקת OKR מדווחת רק על ערכי הסף של פרמטרים חזותיים המפעילים OKR שניתן להבחין בהם, אך לא על המשרעת של תנועות עיניים או ראש 6,14,15,16. היעדר כוח כמותי מונע אפוא ניתוח צורת עקומות הכוונון ותכונות הראייה המועדפות, או איתור הבדלים עדינים בין עכברים בודדים בתנאים נורמליים ופתולוגיים. כדי להתגבר על המגבלות הנ"ל, וידאו-אוקולוגרפיה וגירוי חזותי וירטואלי ממוחשב שולבו כדי להעריך את התנהגות OKR במחקרים אחרונים 5,17,18,19,20. עם זאת, מחקרים אלה שפורסמו בעבר לא סיפקו מספיק פרטים טכניים או הוראות שלב אחר שלב, וכתוצאה מכך זה עדיין מאתגר עבור חוקרים להקים מבחן OKR כזה עבור המחקר שלהם.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לכימות מדויק של סלקטיביות התכונות החזותיות של התנהגות OKR בתנאים פוטופיקליים או סקוטופיים עם שילוב של וידאו-אוקוקולוגרפיה וגירוי חזותי וירטואלי ממוחשב. עכברים מקובעים בראשם כדי למנוע את תנועת העיניים המתעוררת על ידי גירוי שיווי משקל. מצלמה במהירות גבוהה משמשת לתיעוד תנועות העין מעכברים הצופים בגרגרים נעים עם פרמטרים חזותיים משתנים. הגודל הפיזי של גלגלי העיניים של עכברים בודדים מכויל כדי להבטיח את הדיוק של גזירת זווית תנועות העיניים21. שיטה כמותית זו מאפשרת להשוות התנהגות OKR בין בעלי חיים בגילאים שונים או מרקעים גנטיים שונים, או לעקוב אחר השינוי שלה הנגרם על ידי טיפולים תרופתיים או למידה חזותית-מוטורית.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2D translational stage</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>XYT1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic resin</td>
			<td>Lang Dental</td>
			<td>B1356</td>
			<td>For fixing headplate on skull and protecting skull</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bupivacaine</td>
			<td>STERIMAX</td>
			<td>ST-BX223</td>
			<td>Bupivacaine Injection BP 0.5%. Local anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carprofen</td>
			<td>RIMADYL</td>
			<td>8507-14-1</td>
			<td>Analgesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed air</td>
			<td>Dust-Off</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye ointment</td>
			<td>Alcon</td>
			<td>Systane</td>
			<td>For maintaining moisture of eyes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphic card</td>
			<td>NVIDIA</td>
			<td>Geforce GTX 1650 or Quadro P620.</td>
			<td>For generating single screen among three monitors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating pad</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>HTP-1500</td>
			<td>For maintaining body temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed infrared (IR) camera</td>
			<td>Teledyne Dalsa</td>
			<td>G3-GM12-M0640</td>
			<td>For recording eye rotation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR LED</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>PDI-E803-ND</td>
			<td>For CR reference and the illumination of the eye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR mirror</td>
			<td>Edmund optics</td>
			<td>64-471</td>
			<td>For reflecting image of eye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>FRESENIUS KABI</td>
			<td>CP0406V2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Labview</td>
			<td>National instruments</td>
			<td>version 2014</td>
			<td>eye tracking</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lactated ringer</td>
			<td>BAXTER</td>
			<td>JB2324</td>
			<td>Water and energy supply</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lidocaine and epinephrine mix</td>
			<td>Dentsply Sirona</td>
			<td>82215-1</td>
			<td>XYLOCAINE. Local anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luminance Meter</td>
			<td>Konica Minolta</td>
			<td>LS-150</td>
			<td>for calibration of monitors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>version xxx</td>
			<td>analysis of eye movements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meyhoefer Curette</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>501773</td>
			<td>For scraping skull and removing fascia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope calibration slide</td>
			<td>Amscope</td>
			<td>MR095</td>
			<td>to measure the magnification of video-oculography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monitors</td>
			<td>Acer&#160;</td>
			<td>B247W</td>
			<td>Visual stimulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutral density filter</td>
			<td>Lee filters</td>
			<td>299</td>
			<td>to generate scotopic visual stimulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nigh vision goggle</td>
			<td>Alpha optics</td>
			<td>AO-3277</td>
			<td>for scotopic OKR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodiode</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>TSL254-R-LF-ND</td>
			<td>to synchronize visual stimulation and video-oculography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pilocarpine hydrochloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P6503</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Post</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TR1.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Post holder</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PH1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PsychoPy</td>
			<td>open source software</td>
			<td>version xxx</td>
			<td>visual stimulation toolkit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissor</td>
			<td>RWD</td>
			<td>S12003-09</td>
			<td>For skin removal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superglue</td>
			<td>Krazy Glue</td>
			<td></td>
			<td>Type: All purpose. For adhering headplate on the skull</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantification of visual feature selectivity of the optokinetic reflex in mice

הרפלקס האופטוקינטי (OKR) הוא תנועת עיניים מולדת חיונית המופעלת על ידי התנועה הגלובלית של הסביבה החזותית ומשמשת לייצוב תמונות רשתית. בשל חשיבותו וחוסנו, ה-OKR שימש לחקר למידה חזותית-מוטורית ולהערכת תפקודי הראייה של עכברים בעלי רקע גנטי שונה, גילאים שונים וטיפולים תרופתיים. כאן, אנו מציגים הליך להערכת תגובות OKR של עכברים קבועים ראש עם דיוק גבוה. קיבוע ראש יכול לשלול את תרומת הגירוי הווסטיבולרי על תנועות העיניים, מה שמאפשר למדוד תנועות עיניים המופעלות רק על ידי תנועה חזותית. ה-OKR מופעל על ידי מערכת תופים וירטואלית, שבה סורג אנכי המוצג על שלושה צגי מחשב נסחף אופקית באופן תנודתי או חד-כיווני במהירות קבועה. באמצעות מערכת מציאות מדומה זו, אנו יכולים לשנות באופן שיטתי פרמטרים חזותיים כמו תדר מרחבי, תדר טמפורלי/תנודה, ניגודיות, בהיקות וכיוון הגרגים, ולכמת עקומות כוונון של סלקטיביות תכונות חזותיות. וידאו-אוקוקולוגרפיה אינפרא אדום במהירות גבוהה מבטיחה מדידה מדויקת של מסלול תנועות העיניים. עיניהם של עכברים בודדים מכוילים כדי לספק הזדמנויות להשוות את ה-OKR בין בעלי חיים בגילאים, מינים שונים ומרקעים גנטיים שונים. כוחה הכמותי של טכניקה זו מאפשר לה לזהות שינויים ב- OKR כאשר התנהגות זו מסתגלת באופן פלסטי עקב הזדקנות, חוויה חושית או למידה מוטורית; לפיכך, היא הופכת טכניקה זו לתוספת רבת ערך לרפרטואר הכלים המשמשים לחקר הפלסטיות של התנהגויות עיניות.

In response to visual stimuli in the environment, our eyes move to shift our gaze, stabilize retinal images, track moving targets, or align the foveae of two eyes with targets located at different distances from the observer, which are vital to proper vision1,2. Oculomotor behaviors have been widely used as attractive models of sensorimotor integration to understand the neural circuits in health and disease, at least partly because of the simplicity of the oculomotor system3. Controlled by three pairs of extraocular muscles, the eye rotates in the socket primarily around three corresponding axes: elevation and depression along the transverse axis, adduction and abduction along the vertical axis, and intorsion and extorsion along the anteroposterior axis1,2. Such a simple system allows researchers to evaluate the oculomotor behaviors of mice easily and accurately in a lab environment.
One prime oculomotor behavior is the optokinetic reflex (OKR). This involuntary eye movement is triggered by slow drifts or slips of images on the retina and serves to stabilize retinal images as an animal&#39;s head or its surroundings move2,4. The OKR, as a behavioral paradigm, is interesting to researchers for several reasons. First, it can be stimulated reliably and quantified accurately5,6. Second, the procedures of quantifying this behavior are relatively simple and standardized and can be applied to evaluate the visual functions of a large cohort of animals7. Third, this innate behavior is highly plastic5,8,9. Its amplitude can be potentiated when repetitive retinal slips occur for a long time5,8,9, or when its working partner vestibular ocular reflex (VOR), another mechanism of stabilizing retinal images triggered by vestibular input2, is impaired5. These experimental paradigms of OKR potentiation empower researchers to unveil the circuit basis underlying oculomotor learning.
Two non-invasive methods have primarily been used to evaluate the OKR in previous studies: (1) video-oculography combined with a physical drum7,10,11,12,13 or (2) arbitrary determination of head turns combined with a virtual drum6,14,15,16. Although their applications have made fruitful discoveries in understanding the molecular and circuit mechanisms of oculomotor plasticity, these two methods each have some drawbacks which limit their powers in quantitatively examining the properties of the OKR. First, physical drums, with printed patterns of black and white stripes or dots, do not allow easy and quick changes of visual patterns, which largely restricts the measurement of the dependence of the OKR on certain visual features, such as spatial frequency, direction, and contrast of moving gratings8,17. Instead, tests of the selectivity of the OKR to these visual features can benefit from computerized visual stimulation, in which visual features can be conveniently modified from trial to trial. In this way, researchers can systematically examine the OKR behavior in the multi-dimensional visual parameter space. Moreover, the second method of the OKR assay reports only the thresholds of visual parameters that trigger discernible OKRs, but not the amplitudes of eye or head movements6, 14,15,16. The lack of quantitative power thus prevents analyzing the shape of tuning curves and the preferred visual features, or detecting subtle differences between individual mice in normal and pathological conditions. To overcome the above limitations, video-oculography and computerized virtual visual stimulation had been combined to assay the OKR behavior in recent studies5,17,18,19,20. However, these previously published studies did not provide enough technical details or step-by-step instructions, and consequently it is still challenging for researchers to establish such an OKR test for their own research.
Here, we present a protocol to precisely quantify the visual feature selectivity of OKR behavior under photopic or scotopic conditions with the combination of video-oculography and computerized virtual visual stimulation. Mice are head-fixed to avoid the eye movement evoked by vestibular stimulation. A high-speed camera is used to record the ocular movements from mice viewing moving gratings with changing visual parameters. The physical size of the eyeballs of individual mice is calibrated to ensure the accuracy of deriving the angle of eye movements21. This quantitative method allows comparing OKR behavior between animals of different ages or genetic backgrounds, or monitoring its change caused by pharmacological treatments or visual-motor learning.

מחבר זרקור: גישה מדויקת וכמותית לחקר סלקטיביות תכונות חזותיות של רפלקס אופטוקינטי בעכברים 

כימות סלקטיביות תכונות חזותיות של רפלקס האופטוקינטי בעכברים

We're interested in the capacity of retinal system in health and disease mouse model. Currently, we are using optokinetic reflex or OKR insured, which is our involuntary eye movement that serves to stabilize retinal images to understand how the retinal system contributes to the adaptive plasticity in retinal innate behaviors. OKR model studies have advanced our understanding of innate behavior plasticity by demonstrating that prolonged retinal stimulation or impaired by similar ocular reflex can increase the behavior amplitude.And by investigating the underlying molecular synaptic and secretory mechanisms. We combined video oculargraphy and computerized virtual visual stimulation to precisely quantify the OKR behavior invokes by truncating with freely changing parameters. This procedure is relatively simple and can be standardized to accommodate large scale studies.Our protocol accurately analyzes to include shapes and prefer visual features, detects subtle differences in normal and pathological conditions, and also can monitor changes in OKR due to pharmacological treatments or visual motor learning. The high precision and the quantitative power make it possible to compare repetitive OKR measurements of the same eyes in longitudinal studies and their different pharmacological treatments or under neurosurpreterations. It also provides opportunities to study the neurosurpres and the circuit mechanisms of OKR plasticity.

עם ההליך המפורט לעיל, הערכנו את התלות של OKR במספר תכונות חזותיות. העקבות לדוגמה המוצגות כאן נגזרו באמצעות קודי הניתוח שסופקו בקובץ קידוד משלים 1, ואת קובץ העקבות הגולמי לדוגמה ניתן למצוא בקובץ קידוד משלים 2. כאשר סורג התוף נסחף במסלול סינוסואידלי (0.4 הרץ), עינו של בעל החיים ?...

Watch this Scientific Journal Video about An Accurate and Quantitative Approach to Study Visual Feature Selectivity of the Optokinetic Reflex in Mice at JoVE.com

במאמר זה אנו מתארים פרוטוקול סטנדרטי לכימות הרפלקס האופטוקינטי. הוא משלב גירוי תוף וירטואלי ווידאו-אוקולוגרפיה, ובכך מאפשר הערכה מדויקת של סלקטיביות התכונה של ההתנהגות והפלסטיות האדפטיבית שלה.

The optokinetic reflex (OKR) is an essential innate eye movement that is triggered by the global motion of the visual environment and serves to stabilize ...

אנו מתעניינים ביכולת של מערכת הרשתית במודל עכברי בריאות ומחלות. כיום, אנו משתמשים ברפלקס אופטוקינטי או OKR מבוטח, שהוא תנועת העיניים הבלתי רצונית שלנו המשמשת לייצוב תמונות רשתית כדי להבין כיצד מערכת הרשתית תורמת לפלסטיות האדפטיבית בהתנהגויות מולדות ברשתית. מחקרי מודל OKR קידמו את הבנתנו את הפלסטיות ההתנהגותית המולדת בכך שהראו כי גירוי רשתית ממושך או לקוי על ידי רפלקס עיני דומה יכול להגביר את משרעת ההתנהגות.ועל ידי חקירת המנגנונים המולקולריים הסינפטיים וההפרשה הבסיסיים. שילבנו אוקולגרפיית וידאו וגירוי חזותי וירטואלי ממוחשב כדי לכמת במדויק את התנהגות ה-OKR המופעלת על ידי חיתוך עם פרמטרים המשתנים באופן חופשי. הליך זה הוא פשוט יחסית וניתן לתקנן אותו כדי להתאים למחקרים בקנה מידה גדול.הפרוטוקול שלנו מנתח במדויק כדי לכלול צורות ולהעדיף תכונות חזותיות, מזהה הבדלים עדינים בתנאים נורמליים ופתולוגיים, וגם יכול לעקוב אחר שינויים ב- OKR עקב טיפולים תרופתיים או למידה מוטורית חזותית. הדיוק הגבוה והעוצמה הכמותית מאפשרים להשוות מדידות OKR חוזרות ונשנות של אותן עיניים במחקרי אורך ובטיפולים התרופתיים השונים שלהן או תחת נוירו-סורטרציות. זה גם מספק הזדמנויות ללמוד את neurosurpres ואת מנגנוני המעגלים של פלסטיות OKR.

quantification-visual-feature-selectivity-optokinetic-reflex

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Quantification of Visual Feature Selectivity of the Optokinetic Reflex in Mice

1.3K Views.  University of Toronto Mississauga. אנו מתעניינים ביכולת של מערכת הרשתית במודל עכברי בריאות ומחלות. כיום, אנו משתמשים ברפלקס אופטוקינטי או OKR מבוטח, שהוא תנועת העיניים הבלתי רצונית שלנו המשמשת לייצוב תמונות רשתית כדי להבין כיצד מערכת הרשתית תורמת לפלסטיות האדפטיבית בהתנהגויות מולדות ברשתית. מחקרי מודל OKR קי?...

Video: מחבר זרקור: גישה מדויקת וכמותית לחקר סלקטיביות תכונות חזותיות של רפלקס אופטוקינטי בעכברים 

The optokinetic reflex (OKR) is an essential innate eye movement that is triggered by the global motion of the visual environment and serves to stabilize retinal images. Due to its importance and robustness, the OKR has been used to study visual-motor learning and to evaluate the visual functions of mice with different genetic backgrounds, ages, and drug treatments. Here, we introduce a procedure for evaluating OKR responses of head-fixed mice with high accuracy. Head fixation can rule out the contribution of vestibular stimulation on eye movements, making it possible to measure eye movements triggered only by visual motion. The OKR is elicited by a virtual drum system, in which a vertical grating presented on three computer monitors drifts horizontally in an oscillatory manner or unidirectionally at a constant velocity. With this virtual reality system, we can systematically change visual parameters like spatial frequency, temporal/oscillation frequency, contrast, luminance, and the direction of gratings, and quantify tuning curves of visual feature selectivity. High-speed infrared video-oculography ensures accurate measurement of the trajectory of eye movements. The eyes of individual mice are calibrated to provide opportunities to compare the OKRs between animals of different ages, genders, and genetic backgrounds. The quantitative power of this technique allows it to detect changes in the OKR when this behavior plastically adapts due to aging, sensory experience, or motor learning; thus, it makes this technique a valuable addition to the repertoire of tools used to investigate the plasticity of ocular behaviors.

Here, we describe a standard protocol for quantifying the optokinetic reflex. It combines virtual drum stimulation and video-oculography, and thus allows precise evaluation of the feature selectivity of the behavior and its adaptive plasticity.

Implantation of a Head Bar on Top of the Mouse Skull

After anesthetizing the mouse, place it on a heating pad to maintain its body temperature. Apply a layer of lubricant eye ointment to both eyes and cover them with aluminum foil to protect them from light illumination. Then inject carprofen subcutaneously at a dose of 20 milligrams per kilogram to reduce the pain.Wet the fur on top of the skull with 4%chlorhexidine gluconate and shave the area. Disinfect the exposed scalp twice using 70%isopropyl alcohol and chlorhexidine alcohol. Next, inject bupivacaine subcutaneously at the incision site.Then remove the scalp with scissors to expose the dorsal surface of the skull, including the posterior frontal bone, parietal bone and interparietal bone. Apply several drops of 1%lidocaine and one to 100, 000 epinephrine on the exposed skull to reduce local pain and bleeding. Then scrape the skull with a Meyhoefer curette to remove the fascia, and clean it with PBS.Gently blow compressed air onto the skull surface until the moisture is gone and the bone turns whitish. Then apply a thin layer of super glue to the exposed surface of the skull, including the edge of the cut scalp. Followed by a layer of acrylic resin.Now place a stainless-steel head bar along the midline on top of the skull. And apply more acrylic resin, starting from the edge of the head bar, until its base is completely embedded in the acrylic resin. Wait for about 15 minutes until the acrylic resin hardens.Subcutaneously inject one milliliter of lactated Ringer's solution. Then return the mouse to a cage placed on a heating pad until the animal is fully mobile.

השתלת מוט ראש על גבי גולגולת העכבר

Calibration of Mouse Eye Movements

After setting up the virtual drum and video oculography, fix the animal's head on a customized stage. Adjust the tilt of the head so that the left and right eyes are leveled and the nasal and temporal corners of the eyes are aligned horizontally. Transfer the stage with the head-fixed animal to the center of the enclosure formed by the three monitors.Open the eye tracking software and click Free run. Then, click the Run button to turn on the camera. Adjust the position of the right eye until it appears at the center of the video.Rotate the camera arm to the left extreme end. Then, manually move the animal's right eye position on the horizontal plane perpendicular to the optical axis with fine adjustment of the 2D translational stage until the X-corneal reflection is at the horizontal center of the image. Now rotate the camera arm to the other end, and if the X-corneal reflection runs away from the center of the image, move the right eye along the optical axis with the fine adjustment until the X-corneal reflection comes to the center.Repeat several times until the X-corneal reflection stays in the center when the camera arm swings left and right. Click on the Calibration button and then the Run button. Turn on the Y-corneal reflection LED and record its position on the video.Then, switch to the X-corneal reflection LED and record its position. To measure the radius of pupil rotation, rotate the camera arm to the left end. Record the positions of the pupil and X-corneal reflection on the video by right-clicking the mouse, then rotate the camera arm to the right end.Record the positions of the pupil and X-corneal reflection on the video. Based on the recorded values, calculate the radius of pupil rotation, Rp, using this formula. To develop the relationship between pupil rotation and pupil diameter, adjust the luminance of the monitors from 0 to 160 candela per square meter to control the pupil size, and record the pupil diameter for each luminance value.For each luminance value, measure the radius of pupil rotation 8 to 10 times and record the diameter of the pupil. Then, use linear regression to analyze the relationship between the radius of pupil rotation, Rp, and pupil diameter, and to derive the slope and intercept of the linear model.

כיול תנועות עיניים של עכבר

Recording Eye Movements of the Optokinetic Reflex (OKR)

After fixing the head of the mouse in the rig and calibrating the eye movements, lock the camera arm at the central position. Run the visual stimulation and eye tracking software. For photopic OKR measurement, ensure the drum grating oscillates horizontally with a sinusoidal trajectory.For scotopic OKR, to achieve scotopic visual stimulation, cover the screen of each monitor with a customized filter made of five layers of 1.2 neutral density film, and turn the room light off. Apply one drop of pilocarpine solution to the right eye, and wait 15 minutes to shrink the pupil to a proper size for eye tracking under the scotopic condition. Ensure the drop stays on the eye and is not wiped away by the mouse.Afterward, rinse the right eye with saline to thoroughly wash away the pilocarpine solution. Finally, pull down the curtain to completely seal the enclosure, which prevents stray light from interfering with the scotopic vision. Run the visual stimulation and the eye tracking software.For scotopic OKR measurement, ensure the drum grating drifts at a constant velocity from left to right, the temporonasal direction about the left eye. The OKR gain varied with the values of spatial frequency, oscillation frequency, and the direction of movement grating. The spatial frequency tuning curve of the OKR behavior peaked at an intermediate spatial frequency of 0.16 cycles per degree.The oscillation frequency tuning curve monotonically declined as the oscillation frequency of the drum grating increased. The horizontal OKR could also be induced by gratings moving in different directions, but the strongest horizontal OKR behavior was elicited by the temporonasal motion. Following 45 minutes of continuous OKR stimulation, the amplitude of the OKR behavior was significantly potentiated.