생쥐에서 광동태 반사의 시각적 특징 선택성 정량화

요약

여기에서는 광동태 반사를 정량화하기 위한 표준 프로토콜을 설명합니다. 가상 드럼 자극과 비디오 안구 촬영을 결합하여 동작의 특징 선택성과 적응 가소성을 정확하게 평가할 수 있습니다.

초록

광동태 반사(OKR)는 시각 환경의 전체적인 움직임에 의해 유발되고 망막 이미지를 안정화하는 역할을 하는 필수적인 타고난 안구 운동입니다. OKR의 중요성과 견고성으로 인해 OKR은 시각 운동 학습을 연구하고 다양한 유전적 배경, 연령 및 약물 치료를 가진 마우스의 시각 기능을 평가하는 데 사용되었습니다. 여기에서는 머리 고정 마우스의 OKR 응답을 높은 정확도로 평가하는 절차를 소개합니다. 머리 고정은 전정 자극이 안구 운동에 미치는 영향을 배제할 수 있으므로 시각적 움직임에 의해서만 유발되는 안구 운동을 측정할 수 있습니다. OKR은 가상 드럼 시스템에 의해 유도되며, 3개의 컴퓨터 모니터에 표시되는 수직 격자가 진동 방식으로 수평으로 또는 일정한 속도로 단방향으로 드리프트됩니다. 이 가상 현실 시스템을 통해 공간 주파수, 시간/진동 주파수, 대비, 휘도 및 격자 방향과 같은 시각적 매개변수를 체계적으로 변경하고 시각적 특징 선택성의 튜닝 곡선을 정량화할 수 있습니다. 고속 적외선 비디오 안과 조영술은 안구 운동의 궤적을 정확하게 측정합니다. 개별 쥐의 눈은 다양한 연령, 성별 및 유전적 배경을 가진 동물 간의 OKR을 비교할 수 있는 기회를 제공하도록 보정됩니다. 이 기술의 정량적 능력을 통해 이 행동이 노화, 감각 경험 또는 운동 학습으로 인해 소성적으로 적응할 때 OKR의 변화를 감지할 수 있습니다. 따라서 이 기술은 안구 행동의 가소성을 조사하는 데 사용되는 도구 레퍼토리에 귀중한 추가 기능을 제공합니다.

서문

환경의 시각적 자극에 반응하여 우리의 눈은 시선을 이동하거나, 망막 이미지를 안정화하거나, 움직이는 표적을 추적하거나, 두 눈의 중심와를 관찰자로부터 서로 다른 거리에 있는 표적과 정렬하기 위해 움직이며, 이는 적절한 시력에 매우 중요합니다 ^1,2. 안구 운동 행동은 건강과 질병의 신경 회로를 이해하기 위한 감각 운동 통합의 매력적인 모델로 널리 사용되어 왔는데, 이는 적어도 부분적으로는 안구 운동 시스템의 단순성^{때문이다 3}. 세 쌍의 외안근에 의해 조절되는 눈은 주로 횡축을 따라 상승 및 하강, 수직 축을 따라 내전과 외전, 전후 축을 따라 내전과 외전, ^1,2. 이러한 간단한 시스템을 통해 연구자들은 실험실 환경에서 쥐의 안구 운동 행동을 쉽고 정확하게 평가할 수 있습니다.

주요 안구 운동 행동 중 하나는 광동태 반사(OKR)입니다. 이 비자발적 안구 운동은 망막의 느린 표류 또는 이미지의 미끄러짐에 의해 유발되며 동물의 머리 또는 그 주변이 움직일 때 망막 이미지를 안정화하는 역할을합니다....

프로토콜

이 연구에서 수행된 모든 실험 절차는 토론토 대학 동물 관리 위원회와 캐나다 동물 관리 위원회가 수립한 지침에 따라 생물 과학 지역 동물 관리 위원회의 승인을 받았습니다.

1. 두개골 위에 헤드 바 이식

참고: VOR 동작이 눈의 움직임에 기여하지 않도록 하기 위해 OKR 테스트 중에 마우스 머리가 고정됩니다. 따라서 두개골 위에 외과적으로 헤드 바를 이식합니다.

1. 생쥐(2-5개월 암컷 및 수컷 C57BL/6)를 가스실에서 4% 이소플루란(v/v)과_O2 의 혼합물로 마취합니다. 마우스를 맞춤형 수술 플랫폼으로 옮기고 이소플루란의 농도를 1.5%-2%로 줄입니다. 수술 중 발가락 꼬집기 반응과 호흡수를 확인하여 마취 깊이를 모니터링합니다.
2. 동물의 체온을 유지하기 위해 동물의 몸 아래에 가열 패드를 놓습니다. 양쪽 눈이 건조해지지 않도록 양쪽 눈에 윤활제 안연고를 바릅니다. 알루미늄 호일로 눈을 가려 빛으로부터 눈을 보호하십시오.
3. 통증을 줄이기 위해 20mg/kg의 용량으로 카프로펜을 피하 주사합니다. 클로르헥시딘 글루코네이트 스킨 클리너로 털을 적신 후 두개골 위의 털을 면도합니다. 노출된 두피....

토론

여기에 제시된 OKR 행동 분석 방법은 몇 가지 이점을 제공합니다. 첫째, 컴퓨터로 생성된 시각적 자극은 물리적 드럼의 본질적인 문제를 해결합니다. 물리적 드럼이 공간 주파수, 방향 또는 대비 튜닝⁸의 체계적인 검사를 지원하지 않는다는 문제를 해결하기 위해 가상 드럼을 사용하면 이러한 시각적 매개변수를 시험별로 변경할 수 있으므로 OKR 동작의 특징 선택성에 대한 체계적.......

자료

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