Este trabalho foi financiado em parte por uma concessão de CARREIRA da National Science Foundation (BES-0447713) e de uma bolsa da Essilor, International.

Uma visão geral dos elementos chave necessários para realizar uma experiência oculomotor é mostrado na figura 1. Cada bloco no diagrama de fluxo serão discutidos em detalhe abaixo. 1. INSTRUMENTOS SET-UP: <ol><li> Qualquer tipo de controlo de movimento do olho pode ser utilizado para este sistema. Vamos demonstrar um acompanhamento limbo infravermelho e um sistema de monitoramento de vídeo. </li><li> Para os movimentos de rastreamento em tandem, tais como a perseguição sacade ou liso, um computador único pode ser utilizado para a exibição visual. Para estudar os movimentos dos olhos opostas, como convergência ou a interação de convergência com movimentos versão em tandem (ie, vergent com estímulos saccadic) um haploscope é necessária com dois monitores de computador para exibição visual, ver figura 2. </li></ol> 2. Calibração: <ol><li> A calibração é necessária para converter um conjunto de métricas para outro. Os movimentos oculares são geralmente indicadas em graus (°) de rotação mostrados na figura 3. Contudo, m computadoronitors usar valores de pixels em comparação com pesquisadores de visão que muitas vezes denotam os estímulos visuais em graus. Daí, a conversão é necessária para converter os valores de pixel para graus. Pode-se usar a trigonometria para calcular onde colocar as metas físicas para calibrar os displays visuais. Por exemplo, se o estímulo no ecrã do computador alinha com um alvo física ° 2 (ver figura 2) que, em seguida, o valor de pixel corresponde a um 2 ° estímulo. </li><li> Para calibrar o sistema, o operador precisa abrir Pixel2Deg.vei dentro do diretório VisualEyes. Primeiro, defina o monitor para calibrar usando o campo de modo stretch. Digite o número 1 para o monitor olho esquerdo e número 2 para o monitor olho direito. Em seguida, execute o programa e mover a linha de estímulo verde até que a linha verde é exibida na parte superior da meta física. Introduza a posição conhecida da meta física em graus e pressione o botão salvar. Em seguida, clique na linha verde. O valor de grau e pixel será mostrado no visor em tele parte inferior esquerda canto. O operador deve coletar um mínimo de três pontos de calibração. </li><li> Depois de salvar todos os pontos de calibração, abra o arquivo de saída D2P no diretório VisualEyes para obter os pontos de calibração. Traçar os pontos de calibração para obter uma equação de regressão linear. Utilizar a equação para calcular a posição inicial e final do estímulo visual do operador desejar programar em valores de pixel. Um exemplo do olho esquerdo e olho direito curva de calibração obtida utilizando-se cinco pontos de calibração para um estímulo de vergência é mostrado na figura 4. </li><li> Repita os passos 2.2 e 2.3 para o outro monitor se o estímulo requer um monitor adicional. </li></ol> 3. VisualEyes SOFTWARE: <ol><li> Definir um estímulo: O operador tem de definir a posição inicial e final de estímulo olho esquerdo e direito antes da experiência. Primeiro, abra um novo arquivo de texto e na primeira linha, definir o tempo inicial e posição valoriza of o estímulo. Quatro parâmetros têm de ser definidas 1) Tempo (segundos), 2) a posição horizontal (pixel), 3) a posição vertical (pixel), e 4) a rotação (°), separadas por um separador. Da mesma forma, definir os quatro parâmetros do tempo final e posição do estímulo. Salve o estímulo no diretório VisualEyes como stimulus_name.vei arquivo (VEI = VisualEyes entrada) e repita este passo para o outro estímulo olho. <ol><li> O movimento do estímulo pode ser generalizado em dois tipos de movimento: um passo abrupto ou uma rampa contínua. Um passo permite que o estímulo para mover ou saltar abruptamente a partir da posição inicial para a posição final. O operador deve observar que a mudança no tempo é de 0,001 segundos para um estímulo etapa. Na linha seguinte, definir por quanto tempo você deseja que o estímulo a residir na posição inicial, bem como a posição final. Os estímulos são definidos usando quatro campos dentro de uma linha. Um exemplo de um passo sacade, rampa exercício suave, passo vergent e rampa vergent são mostrados naTabela 1. </li><li> Para estímulos, você pode ter um único estímulo, como um passo ou uma seqüência de tarefas visuais tais como a várias etapas. </li></ol></li><li> Salve Stimulus em Estímulos Library: Há várias configurações padrão no dc1.txt (olho esquerdo estímulo / monitor) e dc2.txt (olho direito estímulo / Monitor) arquivos dentro do diretório VisualEyes. A primeira linha é a percentagem do crivo, no interior da direcção horizontal. A segunda linha representa a percentagem da tela dentro do sentido vertical. A terceira é a imagem de fundo e a quarta é a imagem de primeiro plano ou de destino. A quinta linha indica que o computador para trabalhar em modo independente. O 6º significa que monitor (1 é olho direito e 2 é deixado olho). A linha 7 th é a relação de aspecto dos monitores. O restante das linhas são os diferentes tipos de estímulos, o operador pode usar dentro de uma sessão experimental. <ol><li> Abra o dc1.txt e dc2.txt da direc VisualEyestory. Estes dois arquivos contêm os estímulos da biblioteca para o olho esquerdo e olho direito, respectivamente. Na última linha, escrever o nome do estímulo que foi gerado a partir do passo 3.1 arquivo. O número refere-se ao perfil m th linha correspondente ao nome do arquivo de estímulo. Por exemplo, na figura 1, o número do perfil do estímulo é 8. </li></ol></li><li> Pode-se repetir os passos 3.1 a 3.2 para criar tantos estímulos que são necessários para uma experiência. </li><li> Escrever Script para o Protocolo Experimental: Abra um arquivo de texto para digitar os comandos Protocolo Experimental. Este arquivo é chamado o arquivo de script que significa que o Sistema VisualEyes irá ler e executar cada comando do script encontrado neste arquivo. A capacidade de criar um arquivo de script para um protocolo experimental permite ao usuário proceder a repetidas sessões experimentais utilizando o mesmo protocolo. Além disso, vários scripts podem ser escritos para variar o tipo ea seqüência de comandos experimentais. Este arquivopodem ser salvos no diretório VisualEyes como um arquivo script_name.ves. (VES = VisualEyes Script) <ol><li> As funções VisualEyes ter argumentos de entrada e saída. A Tabela 2 mostra todas as funções do software VisualEyes. <ol><li> ExpTrial: Esta função é usada para chamar o estímulo que foi guardado na biblioteca de estímulo a partir do passo 3.2. O comprimento dos dados é o tempo que permitirá que a função de executar o estímulo. O tempfile.lwf permite que o software VisualEyes para armazenar temporariamente os dados e saída dele de entrada em um buffer de saída. Quando o tempfile.lwf não está definido, durante a execução desta função, ele não irá armazenar todos os dados de entrada para a digitalização. </li><li> LogFile: Esta função gera cordas ou o buffer de entrada definido a partir ExpTrial no arquivo out.txt no diretório VisualEyes. Quando a experiência estar completa, o operador tem de mudar o nome do ficheiro out.txt para outro nome. Caso contrário, os dados serão substituídos durante a próxima experiment. </li><li> TriggerWait: Esta função aguarda o sujeito a apertar um botão disparador para iniciar o ExpTrial e digitalizar os dados. Este é um canal em no cartão de aquisição digital, que está à espera de um sinal para alterar a partir de um elevado digitais (5 V) para baixo (0 V). </li><li> RandomDelay: Esta função gera um atraso aleatório para evitar predição ou antecipação do estímulo seguinte. </li><li> WaveMSD: Esta função calcula a média e desvio padrão dos dados. </li></ol></li></ol></li></ol> 4. Coloque o EYE MOVEMENT MONITOR &amp; RUN EXPERIÊNCIA: <ol><li> Os monitores diferentes movimentos oculares, tais como o sistema de córnea reflexão vídeo de imagem, sistema de rastreamento de limbo ou esclera bobina pode ser usado para coletar e movimentos registro de olho. </li><li> Antes de um assunto pode participar, o experimento deve ser explicado e o assunto deve ler e assinar um termo de consentimento aprovado pelo Comitê de Ética. </li><li> O operador de must ajustar o monitor movimento dos olhos sobre o assunto. Primeiro, o sujeito é solicitado a se fixar em um alvo. O operador ajusta o monitor movimento dos olhos para capturar os atributos anatômicas do olho, como o limbo (fronteira entre a íris e esclera) ou o aluno e reflexão da córnea, dependendo do monitor de movimento dos olhos usada. </li><li> Uma vez que o monitor de movimento dos olhos está devidamente ajustado sobre o assunto, o operador deve validar que o monitor de movimento dos olhos está capturando os movimentos dos olhos, pedindo o assunto para fazer vergent ou movimentos sacádicos. </li><li> Abra o programa ReadScript.vei no diretório VisualEyes. No canto superior direito, digite o nome do arquivo de script protocolo experimental criado a partir do passo 3.4 arquivo. Em seguida, execute o programa ReadScript.vei empurrando a seta vermelha no canto superior esquerdo. </li><li> Dê o assunto no botão disparador e explicar que quando o sujeito aperta o botão, a coleta de dados começará. Outro arquivo Acquire.vei será automático do<html> ly aparecer na tela que irá desenhar os dados recebidos. Os dados são amostrados a 500Hz. </li><li> Quando a experiência estar completa, o ReadScript.vei irá parar automaticamente. Neste momento, vá para o diretório VisualEyes e localize o arquivo Out1.txt. Renomeie o arquivo de outro modo da próxima vez que o operador corre o experimento, o arquivo de dados serão substituídos. </li></ol> 5. OFF-LINE ANÁLISE DE DADOS: <ol><li> O operador pode analisar os dados por meio de diferentes pacotes de software (ou seja, MATLAB ou o Excel). A latência, velocidade de pico, ou a amplitude de interesse pode ser, dependendo do estudo. <ol><li> Um exemplo de um código de análise Matlab é fornecido no diretório VisualEyes para traçar saccades, degraus e rampas vergence vergence. Exemplos dos sacádicos conjunto, passo vergence e rampa vergence vestígios de posição com as respostas de velocidade correspondentes são mostrados na figura 5. </li></ol></li></ol> 6. Resultados representativos: t &quot;&gt; Exemplos do conjunto de movimentos oculares registados utilizando o Sistema de VisualEyes é mostrado na Figura 5. 10 ° saccadic movimentos típicos são mostrados no gráfico 4A. Antisaccades são respostas saccadic quando o sujeito é dito para fazer uma sacada na direcção oposta de . o estímulo visual e são mostrados na trama 4B Esta é uma tarefa mais exigente cognitivamente, daí pode-se observar que a latência ou a hora de começar o movimento é mais para antisaccades (enredo 4B) em comparação com saccades para um estímulo visual também chamado prosaccades (lote 4A). respostas Vergence a 4 ° etapas são mostradas na trama 4C e vergence respostas para 5 ° / s rampas estímulos são mostrados na trama 4D. Cada traço é um movimento do olho indivíduo, onde a linha superior é a posição indicada em graus como um função do tempo. Os movimentos oculares são calibrados em unidades de graus, ângulos de metros, ou dioptrias. A nossa pesquisa utiliza grau de rotação. A linha inferior representa a velocidade traçada em graus / s, como uma função do tempo de umd é a velocidade do movimento. A escala para cada conjunto de dados difere dependendo do movimento. <img src="/files/ftp_upload/2530/2530fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Fluxograma de elementos-chave para realizar um experimento oculomotor. Exemplos de medidas necessárias para gerar um estímulo usando o software VisualEyes e realizar um experimento para análise de dados offline são apresentados. A parte A mostra a janela de Pixel2Deg.vei. Parte B demonstra quatro parâmetros necessários para definir um estímulo. Parte C é a biblioteca de estímulos onde as linhas de texto em preto dentro da biblioteca de estímulo são exemplo estímulos arquivos eo texto vermelho define cada linha. Parte D é um exemplo de um protocolo experimental roteiro. <img src="/files/ftp_upload/2530/2530fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. VisualEyes Sistema Haploscope Experimental Set-Up. Três monitores CRT são utilizados: 1) Um painel de controle é necessário para visualizar uma estímulosrespostas d 2) um monitor CRT para o olho direito (RE) estímulos visuais e 3) a CRT monitorar o olho esquerdo (OE) estímulos visuais. Um espelho semi-prateado é colocado 30 centímetros de distância dos dois monitores CRT estímulos visuais. Isto é para garantir que os estímulos nos monitores CRT são projetadas no espelho metade prateada (transmissão de 50% e 50% espelho reflectância). O espelho permite que o sujeito para ver estímulos a partir das telas de computador sobrepostas em alvos localizados a distâncias medido a partir do tema que é necessário para a calibração. Com um haploscope, a procura de alojamento para ambos os olhos é mantida constante. A distância entre os olhos da pessoa e do espelho é de 10 cm. O sistema pode ser ajustado para acomodar diferentes distâncias inter-pupilar (IPD), mas para esta demonstração vamos assumir a IPD em 6 cm. <img src="/files/ftp_upload/2530/2530fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Os cálculos do sacádicos (esquerda) e Vergent (à direita) movimento de metas A para B são mostrados. IPD é a distância inter-pupilar. <img src="/files/ftp_upload/2530/2530fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. A calibração curva do olho esquerdo (top parcela) e olho direito (gráfico inferior) estímulo. Um procedimento semelhante deverá ser conduzido por estímulos perseguição sacádicos ou lisas. <img src="/files/ftp_upload/2530/2530fig5.jpg" alt="Figura 5" /> Figura 5. Exemplos de saccades (A) antisaccades (B), etapas vergence (C) e rampas vergence (D) que utilizam o sistema VisualEyes e analisados ​​usando um programa MATLAB costume. Vestígios de posição Ensemble (° em função do tempo em segundo) são plotados na fileira superior, onde cada linha colorida representa um movimento diferente do olho. Os traços correspondentes velocidade (° / s em função do tempo em segundos). <table border="1"><tbody><tr><td> Tipo de estímulo </td><td colspan="4"> Estímulo_Name_Left Eye.vei </td><td colspan="4"> Stimulus_Name_Right_Eye.vei </td></tr><tr><td></td><td> Tempo (s) </td><td> x-position (pixel) </td><td> y-posição (pixel) </td><td> Rotação (°) </td><td> Tempo (s) </td><td> x-position (pixel) </td><td> y-posição (pixel) </td><td> Rotação (°) </td></tr><tr><td rowspan="2"> Suave perseguição Ramp </td><td> 0 </td><td> 100 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 100 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> 10 </td><td> 200 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 10 </td><td> 200 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td width="53" rowspan="4"> Passo Sacada </td><td> 0 </td><td> 100 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 100 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr&gt; <td> 0,5 </td><td> 100 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0,5 </td><td> 100 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> 0,501 </td><td> 200 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0,501 </td><td> 200 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 200 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 3 </td><td> 200 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td rowspan="2"> Vergence Ramp </td><td> 0 </td><td> 452 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 973 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> 10 </td><td> 370 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 10 </td><td> 1044 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td rowspan="4"> Vergence Passo </td><td> 0 </td><td> 452 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 973 </td><td> 0 </td><td&gt; 0 </td></tr><tr><td> 0,5 </td><td> 452 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0,5 </td><td> 973 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> 0,501 </td><td> 416 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0,501 </td><td> 1002 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 416 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 3 </td><td> 1002 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Um exemplo de Suave perseguição Rampa, Etapa sacádicos, Vergence Ramp e Vergence Passo Estímulos <table border="1"><tbody><tr><td> Função </td><td> Sintaxe </td></tr><tr><td> ExpTrial </td><td> Buffer de saída # = ExpTrial (&quot;Corpo de dados: LE Perfil: RE Perfil&quot;); Exemplo: 2 = ExpTrial (&quot;13: 3: 3&quot;); </td></tr><tr><td></td><td> Output Tampão # = Exo Trial (&quot;Corpo de dados: LE Perfil: RE Perfil:. tempfile FLM&quot;); Exemplo: 2 = ExpTrial (&quot;13: 3: 3: templfile.lwf&quot;); </td></tr><tr><td> LogFile </td><td> Buffer de saída # = LogFile (&quot;TEXT&quot;); Exemplo: 0 = LogFile (&quot;Experimento 1&quot;); </td></tr><tr><td></td><td> 0 = LogFile (Buffer entrada #); Exemplo: 0 = LogFile (2); </td></tr><tr><td> TriggerWait </td><td> 0 = TriggerWait (Número Tampão); Exemplo: 0 = TriggerWait (0); </td></tr><tr><td> RandomDelay </td><td> 0 = RandomDelay (&quot;t2: t1&quot;); Exemplo: 0 = RandomDelay (&quot;2000: 500&quot;); </td></tr><tr><td> WaveMSD </td><td> Buffer de saída # = WaveMSD (Buffer entrada #); </td></tr></tbody></table> Tabela 2. Funções usado para escrever o Protocolo Experimental do Programa VisualEyes

<ol>
	<li>Leigh, R. J., Zee, D. 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> The Neurology of Eye Movements. , (2006).</li><li>Pruehsner, W. R., Enderle, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+operating+version+of+the+Eye+Tracker,+a+system+to+measure+saccadic+eye+movements.">The operating version of the Eye Tracker, a system to measure saccadic eye movements.</a> Biomed Sci Instrum. 38, 113-118 (2002).</li><li>Pruehsner, W. R., Liebler, C. M., Rodriguez-Campos, F., Enderle, J. 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Não há conflitos de interesse declarados.

Passos críticos: Monitores de movimento dos olhos deve ser ajustado adequadamente sobre o assunto. Por exemplo, monitores de gravação de movimento ocular trabalhar dentro de uma gama e tem de ser ajustada para o objecto. Se o movimento dos olhos do sujeito vai além do alcance, em seguida, o sistema torna-se saturado. Após a saturação, o sinal de movimento dos olhos não é válido. A calibração é também fundamental na gravação de movimento dos olhos. Todos os monitores do movimento...

A correction was made to <a href="http://www.jove.com/details.php?id=2530">VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation</a>. There was an error in the authors, Eun H. Kim and Tara L. Alvarez, names. The author's names have been corrected to: Eun H. Kim and Tara L. Alvarez instead of: Eun Kim and Tara Alvarez

Erratum: VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation

visualeyes: a modular software system for oculomotor experimentation

Estudos do Movimento Eye forneceram uma base sólida formação de uma compreensão de como o cérebro adquire informação visual, tanto no cérebro normal e disfuncional. 1 No entanto, o desenvolvimento de uma plataforma para estimular e movimentos oculares loja pode exigir programação substancial, tempo e custos. Muitos sistemas não oferecem a flexibilidade para programar vários estímulos para uma variedade de necessidades experimentais. No entanto, o Sistema VisualEyes tem uma arquitetura flexível, permitindo que o operador escolher qualquer fundo e estímulo primeiro plano, programa de uma ou duas telas para tandem ou opondo-se os movimentos dos olhos e estimular o olho esquerdo e direito de forma independente. Este sistema pode reduzir significativamente o tempo de desenvolvimento de programação necessários para realizar um estudo oculomotor. O Sistema VisualEyes será discutido em três partes: 1) o dispositivo de gravação oculomotor para adquirir respostas de movimento do olho, 2) o software VisualEyes escrito em LabView, para gerar uma variedade de estímulose as respostas de loja como arquivos de texto e 3) análise de dados offline. Os movimentos oculares podem ser gravadas por vários tipos de instrumentos, tais como: um sistema de rastreamento limbo, uma bobina de pesquisa esclera, ou um sistema de imagem de vídeo. Estímulos dos movimentos oculares típicos, tais como etapas sacádicos, rampas convergentes e passos convergentes com as respostas correspondentes serão mostrados. Neste relatório de vídeo, que demonstram a flexibilidade de um sistema para criar numerosos estímulos visuais e movimentos oculares ficha que podem ser utilizadas por cientistas básicos e clínicos para estudar saudável, bem como populações clínicas.

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VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation

Controle Neural e processos cognitivos podem ser estudados por meio de movimentos oculares. O software VisualEyes permite que um operador para programar estímulos em duas telas de computador usando de forma independente uma linguagem simples, scripts personalizados. O sistema pode estimular os movimentos oculares em tandem (saccades e exercício suave) ou movimentos oculares opostas (vergence) ou qualquer combinação.

VisualEyes: Um sistema de software modular para Experimentação Oculomotor

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

visualeyes-a-modular-software-system-for-oculomotor-experimentation

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.6K visualizações.  New Jersey Institute of Technology.  Controle Neural e processos cognitivos podem ser estudados por meio de movimentos oculares. O software VisualEyes permite que um operador para programar estímulos em duas telas de computador usando de forma independente uma linguagem simples, scripts personalizados. O sistema pode estimular os movimentos oculares em tandem (saccades e exercício suave) ou movimentos oculares opostas (vergence) ou qualquer combinação. 

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Physiological Experimentation with the Crayfish Hindgut: A Student Laboratory Exercise

The purpose of the report is to describe dissection techniques for preparing the crayfish hindgut and to demonstrate how to make physiological recordings with a force transducer to monitor the strength of contraction. In addition, we demonstrate how to visually monitor peristaltic activity, which can be used as a bioassay for various peptides, biogenic amines and neurotransmitters. This preparation is amenable to student laboratories in physiology and for demonstrating pharmacological concepts to students. This preparation has been in use for over 100 years, and it still offers much as a model for investigating the generation and regulation of peristaltic rhythms and for describing the mechanisms underlying their modulation. The pharmacological assays and receptor sub-typing that were started over 50 years ago on the hindgut still contribute to research today. This robust preparation is well suited to training students in physiology and pharmacology.

In this report we demonstrate techniques that can be used to investigate the biology of the crayfish hindgut. We show how to dissect a crayfish abdomen and study the associated anatomy, physiology and modulation of activity. The peristaltic activity and strength of contractions are measured using a force transducer.

Experimentação fisiológicas com o intestino posterior Crayfish: Um Exercício Laboratório de Student

The purpose of the report is to describe dissection techniques for preparing the crayfish hindgut and to demonstrate how to make physiological recordings ...

Neurociência

VisioTracker, an Innovative Automated Approach to Oculomotor Analysis

Investigations into the visual system development and function necessitate quantifiable behavioral models of visual performance that are easy to elicit, robust, and simple to manipulate. A suitable model has been found in the optokinetic response (OKR), a reflexive behavior present in all vertebrates due to its high selection value. The OKR involves slow stimulus-following movements of eyes alternated with rapid resetting saccades. The measurement of this behavior is easily carried out in zebrafish larvae, due to its early and stable onset (fully developed after 96 hours post fertilization (hpf)), and benefitting from the thorough knowledge about zebrafish genetics, for decades one of the favored model organisms in this field. Meanwhile the analysis of similar mechanisms in adult fish has gained importance, particularly for pharmacological and toxicological applications.
Here we describe VisioTracker, a fully automated, high-throughput system for quantitative analysis of visual performance. The system is based on research carried out in the group of Prof. Stephan Neuhauss and was re-designed by TSE Systems. It consists of an immobilizing device for small fish monitored by a high-quality video camera equipped with a high-resolution zoom lens. The fish container is surrounded by a drum screen, upon which computer-generated stimulus patterns can be projected. Eye movements are recorded and automatically analyzed by the VisioTracker software package in real time.
Data analysis enables immediate recognition of parameters such as slow and fast phase duration, movement cycle frequency, slow-phase gain, visual acuity, and contrast sensitivity.
Typical results allow for example the rapid identification of visual system mutants that show no apparent alteration in wild type morphology, or the determination of quantitative effects of pharmacological or toxic and mutagenic agents on visual system performance.

The VisioTracker is an automated system for the quantitative analysis of visual performance of larval and small adult fish based on the recording of eye movements. It features full control over visual stimulus properties and real-time analysis, enabling high-throughput research in fields such as visual system development and function, pharmacology, neural circuit studies and sensorimotor integration.

VisioTracker, uma abordagem inovadora Automatizada de Análise Oculomotor

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

A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and sensorimotor plasticity1. Consistent sensory perturbations result in compensatory changes in motor output, reflecting changes in feedforward motor control that reduce the experienced feedback error. By quantifying how different sensory feedback errors affect human behavior, prior studies have explored how visual signals are used to recalibrate arm movements2,3 and auditory feedback is used to modify speech production4-7. The strength of this approach rests on the ability to mimic naturalistic errors in behavior, allowing the experimenter to observe how experienced errors in production are used to recalibrate motor output.
Songbirds provide an excellent animal model for investigating the neural basis of sensorimotor control and plasticity8,9. The songbird brain provides a well-defined circuit in which the areas necessary for song learning are spatially separated from those required for song production, and neural recording and lesion studies have made significant advances in understanding how different brain areas contribute to vocal behavior9-12. However, the lack of a naturalistic error-correction paradigm - in which a known acoustic parameter is perturbed by the experimenter and then corrected by the songbird - has made it difficult to understand the computations underlying vocal learning or how different elements of the neural circuit contribute to the correction of vocal errors13.
The technique described here gives the experimenter precise control over auditory feedback errors in singing birds, allowing the introduction of arbitrary sensory errors that can be used to drive vocal learning. Online sound-processing equipment is used to introduce a known perturbation to the acoustics of song, and a miniaturized headphones apparatus is used to replace a songbird's natural auditory feedback with the perturbed signal in real time. We have used this paradigm to perturb the fundamental frequency (pitch) of auditory feedback in adult songbirds, providing the first demonstration that adult birds maintain vocal performance using error correction14. The present protocol can be used to implement a wide range of sensory feedback perturbations (including but not limited to pitch shifts) to investigate the computational and neurophysiological basis of vocal learning.

We describe the design and assembly of miniaturized headphones suitable for replacing a songbird&#x2019;s natural auditory feedback with a manipulated acoustic signal. Online sound processing hardware is used to manipulate song output, introduce real-time errors in auditory feedback via the headphones, and drive vocal motor learning.

Um leve, sistema de fones baseado para manipular feedback auditivo em Songbirds

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and ...

A High Content Imaging Assay for Identification of Botulinum Neurotoxin Inhibitors

Synaptosomal-associated protein-25 (SNAP-25) is a component of the soluble NSF attachment protein receptor (SNARE) complex that is essential for synaptic neurotransmitter release. Botulinum neurotoxin serotype A (BoNT/A) is a zinc metalloprotease that blocks exocytosis of neurotransmitter by cleaving the SNAP-25 component of the SNARE complex. Currently there are no licensed medicines to treat BoNT/A poisoning after internalization of the toxin by motor neurons. The development of effective therapeutic measures to counter BoNT/A intoxication has been limited, due in part to the lack of robust high-throughput assays for screening small molecule libraries. Here we describe a high content imaging (HCI) assay with utility for identification of BoNT/A inhibitors. Initial optimization efforts focused on improving the reproducibility of inter-plate results across multiple, independent experiments. Automation of immunostaining, image acquisition, and image analysis were found to increase assay consistency and minimize variability while enabling the multiparameter evaluation of experimental compounds in a murine motor neuron system.

Botulinum neurotoxin is one of the most potent toxins among Category-A biothreat agents, yet a post-exposure therapeutic is not available. The high content imaging approach is a powerful methodology for identifying novel inhibitors as it enables multiparameter screening using biologically relevant motor neurons, the primary target of this toxin.

A alta Ensaio imagem Conteúdo de Identificação da neurotoxina botulínica Inibidores

Synaptosomal-associated protein-25 (SNAP-25) is a component of the soluble NSF attachment protein receptor (SNARE) complex that is essential for synaptic ...

Design, Surface Treatment, Cellular Plating, and Culturing of Modular Neuronal Networks Composed of Functionally Inter-connected Circuits

The brain operates through the coordinated activation and the dynamic communication of neuronal assemblies. A major open question is how a vast repertoire of dynamical motifs, which underlie most diverse brain functions, can emerge out of a fixed topological and modular organization of brain circuits. Compared to in vivo studies of neuronal circuits which present intrinsic experimental difficulties, in vitro preparations offer a much larger possibility to manipulate and probe the structural, dynamical and chemical properties of experimental neuronal systems. This work describes an in vitro experimental methodology which allows growing of modular networks composed by spatially distinct, functionally interconnected neuronal assemblies. The protocol allows controlling the two-dimensional (2D) architecture of the neuronal network at different levels of topological complexity.
A desired network patterning can be achieved both on regular cover slips and substrate embedded micro electrode arrays. Micromachined structures are embossed on a silicon wafer and used to create biocompatible polymeric stencils, which incorporate the negative features of the desired network architecture. The stencils are placed on the culturing substrates during the surface coating procedure with a molecular layer for promoting cellular adhesion. After removal of the stencils, neurons are plated and they spontaneously redirected to the coated areas. By decreasing the inter-compartment distance, it is possible to obtain either isolated or interconnected neuronal circuits. To promote cell survival, cells are co-cultured with a supporting neuronal network which is located at the periphery of the culture dish. Electrophysiological and optical recordings of the activity of modular networks obtained respectively by using substrate embedded micro electrode arrays and calcium imaging are presented. While each module shows spontaneous global synchronizations, the occurrence of inter-module synchronization is regulated by the density of connection among the circuits.

This manuscript describes a protocol to grow in vitro modular networks consisting of spatially confined, functionally inter-connected neuronal circuits. A polymeric mask is used to pattern a protein layer to promote cellular adhesion over the culturing substrate. Plated neurons grow on coated areas establishing spontaneous connections and exhibiting electrophysiological activity.

Desenho, Tratamento de Superfícies, Cellular Galvanização e Cultura de modulares Neuronal de redes formadas por Circuitos Funcionalmente Inter-conectados

The brain operates through the coordinated activation and the dynamic communication of neuronal assemblies. A major open question is how a vast repertoire ...

Analyzing Neural Activity and Connectivity Using Intracranial EEG Data with SPM Software

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive neuroscience. Intracranial electroencephalography (EEG) can directly record electrical neural activity and has the unique potential to accomplish this goal. Traditionally, averaging analysis has been applied to analyze intracranial EEG data; however, several new techniques are available for depicting neural activity and intra- and inter-regional connectivity. Here, we introduce two analytical protocols we recently applied to analyze intracranial EEG data using the Statistical Parametric Mapping (SPM) software: time-frequency SPM analysis for neural activity and dynamic causal modeling of induced responses for intra- and inter-regional connectivity. We report our analysis of intracranial EEG data during the observation of faces as representative results. The results revealed that the inferior occipital gyrus (IOG) showed gamma-band activity at very early stages (110 ms) in response to faces, and both the IOG and amygdala showed rapid intra- and inter-regional connectivity using various types of oscillations. These analytical protocols have the potential to identify the neural mechanisms underlying cognitive functions with high spatial and temporal profiles.

We present two analytical protocols that can be used to analyze intracranial electroencephalography data using the Statistical Parametric Mapping (SPM) software: time-frequency statistical parametric mapping analysis for neural activity, and dynamic causal modeling of induced responses for intra- and inter-regional connectivity.

Analisando a atividade Neural e conectividade usando dados de EEG intracraniano com SPM Software

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive ...

Ex Vivo Oculomotor Slice Culture from Embryonic GFP-Expressing Mice for Time-Lapse Imaging of Oculomotor Nerve Outgrowth

Accurate eye movements are crucial for vision, but the development of the ocular motor system, especially the molecular pathways controlling axon guidance, has not been fully elucidated. This is partly due to technical limitations of traditional axon guidance assays. To identify additional axon guidance cues influencing the oculomotor nerve, an ex vivo slice assay to image the oculomotor nerve in real-time as it grows towards the eye was developed. E10.5 IslMN-GFP embryos are used to generate ex vivo slices by embedding them in agarose, slicing on a vibratome, then growing them in a microscope stage-top incubator with time-lapse photomicroscopy for 24-72 h. Control slices recapitulate the in vivo timing of outgrowth of axons from the nucleus to the orbit. Small molecule inhibitors or recombinant proteins can be added to the culture media to assess the role of different axon guidance pathways. This method has the advantages of maintaining more of the local microenvironment through which axons traverse, not axotomizing the growing axons, and assessing the axons at multiple points along their trajectory. It can also identify effects on specific subsets of axons. For example, inhibition of CXCR4 causes axons still within the midbrain to grow dorsally rather than ventrally, but axons that have already exited ventrally are not affected.

An ex vivo slice assay allows oculomotor nerve outgrowth to be imaged in real time. Slices are generated by embedding E10.5 IslMN:GFP embryos in agarose, slicing on a vibratome, and growing in a stage-top incubator. The role of axon guidance pathways is assessed by adding inhibitors to the culture media.

Cultura ex vivo oculomotor Slice de camundongos que expressam GFP embrionário para a imagem de lapso temporal do crescimento do nervo oculomotor

Accurate eye movements are crucial for vision, but the development of the ocular motor system, especially the molecular pathways controlling axon ...

Isolation and Culture of Oculomotor, Trochlear, and Spinal Motor Neurons from Prenatal Islmn:GFP Transgenic Mice

Oculomotor neurons (CN3s) and trochlear neurons (CN4s) exhibit remarkable resistance to degenerative motor neuron diseases such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS) when compared to spinal motor neurons (SMNs). The ability to isolate and culture primary mouse CN3s, CN4s, and SMNs would provide an approach to study mechanisms underlying this selective vulnerability. To date, most protocols use heterogeneous cell cultures, which can confound the interpretation of experimental outcomes. To minimize the problems associated with mixed-cell populations, pure cultures are indispensable. Here, the first protocol describes in detail how to efficiently purify and cultivate CN3s/CN4s alongside SMNs counterparts from the same embryos using embryonic day 11.5 (E11.5) IslMN:GFP transgenic mouse embryos. The protocol provides details on the tissue dissection and dissociation, FACS-based cell isolation, and in vitro cultivation of cells from CN3/CN4 and SMN nuclei. This protocol adds a novel in vitro CN3/CN4 culture system to existing protocols and simultaneously provides a pure species- and age-matched SMN culture for comparison. Analyses focusing on the morphological, cellular, molecular, and electrophysiological characteristics of motor neurons are feasible in this culture system. This protocol will enable research into the mechanisms that define motor neuron development, selective vulnerability, and disease.

Isolation and Culture of Oculomotor, Trochlear, and Spinal Motor Neurons from Prenatal Islmn:GFP Transgenic Mice

This work presents a protocol to yield homogeneous cell cultures of primary oculomotor, trochlear, and spinal motor neurons. These cultures can be used for comparative analyses of the morphological, cellular, molecular, and electrophysiological characteristics of ocular and spinal motor neurons.

Isolamento e Cultura dos neurônios oculomotores, trochlear e motores espinhais de pré-natal Islmn:GFP Ratos Transgênicos

Oculomotor neurons (CN3s) and trochlear neurons (CN4s) exhibit remarkable resistance to degenerative motor neuron diseases such as amyotrophic lateral ...

Extracellular Electrophysiology in Modular Neuronal Cell Culture

Eletrofisiologia Extracelular em Cultura Modular de Células Neuronais

Um sistema de implante de sonda versátil e econômico para eletrofisiologia em camundongos

The DREAM Implant: A Lightweight, Modular, and Cost-Effective Implant System for Chronic Electrophysiology in Head-Fixed and Freely Behaving Mice

Chronic electrophysiological recordings in rodents have significantly improved our understanding of neuronal dynamics and their behavioral relevance. However, current methods for chronically implanting probes present steep trade-offs between cost, ease of use, size, adaptability, and long-term stability.
This protocol introduces a novel chronic probe implant system for mice called the DREAM (Dynamic, Recoverable, Economical, Adaptable, and Modular), designed to overcome the trade-offs associated with currently available options. The system provides a lightweight, modular and cost-effective solution with standardized hardware elements that can be combined and implanted in straightforward steps and explanted safely for recovery and multiple reuse of probes, significantly reducing experimental costs.
The DREAM implant system integrates three hardware modules: (1) a microdrive that can carry all standard silicon probes, allowing experimenters to adjust recording depth across a travel distance of up to 7 mm; (2) a three-dimensional (3D)-printable, open-source design for a wearable Faraday cage covered in copper mesh for electrical shielding, impact protection, and connector placement, and (3) a miniaturized head-fixation system for improved animal welfare and ease of use. The corresponding surgery protocol was optimized for speed (total duration: 2 h), probe safety, and animal welfare.
The implants had minimal impact on animals&#39; behavioral repertoire, were easily applicable in freely moving and head-fixed contexts, and delivered clearly identifiable spike waveforms and healthy neuronal responses for weeks of post-implant data collection. Infections and other surgery complications were extremely rare.
As such, the DREAM implant system is a versatile, cost-effective solution for chronic electrophysiology in mice, enhancing animal well-being, and enabling more ethologically sound experiments. Its design simplifies experimental procedures across various research needs, increasing accessibility of chronic electrophysiology in rodents to a wide range of research labs.

Autor em destaque: Compreendendo a computação neuronal naturalista por meio de realidade virtual e eletrofisiologia em animais

Here, we introduce a lightweight, cost-effective probe implant system for chronic electrophysiology in rodents optimized for ease of use, probe recovery, experimental versatility, and compatibility with behavior.

O implante DREAM: um sistema de implante leve, modular e econômico para eletrofisiologia crônica em camundongos com cabeça fixa e comportamento livre

Chronic electrophysiological recordings in rodents have significantly improved our understanding of neuronal dynamics and their behavioral relevance. ...