Quantificazione della selettività delle caratteristiche visive del riflesso optocinetico nei topi

Riepilogo

Qui descriviamo un protocollo standard per quantificare il riflesso optocinetico. Combina la stimolazione virtuale del tamburo e la video-oculografia, e consente quindi una valutazione precisa della selettività delle caratteristiche del comportamento e della sua plasticità adattativa.

Abstract

Il riflesso optocinetico (OKR) è un movimento oculare innato essenziale che viene innescato dal movimento globale dell'ambiente visivo e serve a stabilizzare le immagini retiniche. Per la sua importanza e robustezza, l'OKR è stato utilizzato per studiare l'apprendimento visuo-motorio e per valutare le funzioni visive di topi con diversi background genetici, età e trattamenti farmacologici. Qui, introduciamo una procedura per valutare le risposte OKR di topi con testa fissata con elevata precisione. La fissazione della testa può escludere il contributo della stimolazione vestibolare sui movimenti oculari, consentendo di misurare i movimenti oculari innescati solo dal movimento visivo. L'OKR è suscitato da un sistema di tamburi virtuali, in cui un reticolo verticale presentato su tre monitor di computer si sposta orizzontalmente in modo oscillatorio o unidirezionale a velocità costante. Con questo sistema di realtà virtuale, possiamo modificare sistematicamente i parametri visivi come la frequenza spaziale, la frequenza temporale/oscillante, il contrasto, la luminanza e la direzione dei reticoli e quantificare le curve di sintonizzazione della selettività delle caratteristiche visive. La video-oculografia a infrarossi ad alta velocità garantisce una misurazione accurata della traiettoria dei movimenti oculari. Gli occhi dei singoli topi sono calibrati per fornire l'opportunità di confrontare gli OKR tra animali di età, sesso e background genetico diversi. La potenza quantitativa di questa tecnica consente di rilevare i cambiamenti nell'OKR quando questo comportamento si adatta plasticamente a causa dell'invecchiamento, dell'esperienza sensoriale o dell'apprendimento motorio; Pertanto, rende questa tecnica una preziosa aggiunta al repertorio di strumenti utilizzati per indagare la plasticità dei comportamenti oculari.

Introduzione

In risposta agli stimoli visivi nell'ambiente, i nostri occhi si muovono per spostare lo sguardo, stabilizzare le immagini retiniche, tracciare bersagli in movimento o allineare le fovee di due occhi con bersagli situati a distanze diverse dall'osservatore, che sono vitali per una corretta visione ^1,2. I comportamenti oculomotori sono stati ampiamente utilizzati come modelli attraenti di integrazione sensomotoria per comprendere i circuiti neurali in salute e malattia, almeno in parte a causa della semplicità del sistema oculomotorio³. Controllato da tre paia di muscoli extraoculari, l'....

Protocollo

Tutte le procedure sperimentali eseguite in questo studio sono state approvate dal Comitato per la cura degli animali locali di scienze biologiche, in conformità con le linee guida stabilite dal Comitato per la cura degli animali dell'Università di Toronto e dal Consiglio canadese per la cura degli animali.

1. Impianto di una barra per la testa sulla parte superiore del cranio

NOTA: Per evitare il contributo del comportamento VOR ai movimenti oculari, la testa del mouse viene immobilizzata durante il test OKR. Pertanto, una barra per la testa viene impiantata chirurgicamente sulla parte superiore d....

Discussione

Il metodo del test comportamentale OKR qui presentato offre diversi vantaggi. In primo luogo, la stimolazione visiva generata dal computer risolve i problemi intrinseci dei tamburi fisici. Affrontando il problema che i tamburi fisici non supportano l'esame sistematico della frequenza spaziale, della direzione o dell'accordatura del contrasto⁸, il tamburo virtuale consente di modificare questi parametri visivi su base trial-by-trial, facilitando così un'analisi sistematica e quantitativa della sel.......

Materiali

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