マウスにおける視運動性反射の視覚特徴選択性の定量化

要約

ここでは、視運動性反射を定量化するための標準プロトコルについて説明します。仮想ドラム刺激とビデオ眼球撮影を組み合わせることで、行動の特徴選択性とその適応可塑性を正確に評価することができます。

要約

視運動性反射(OKR)は、視覚環境の全体的な動きによって引き起こされ、網膜画像を安定させるのに役立つ重要な先天的な眼球運動です。OKRは、その重要性と堅牢性から、視覚運動学習の研究や、遺伝的背景、年齢、薬物治療の異なるマウスの視覚機能の評価に使用されてきました。ここでは、頭部固定マウスのOKR応答を高精度に評価するための手順を紹介します。頭部固定は、前庭刺激が眼球運動に寄与することを除外することができ、視覚運動のみによって引き起こされる眼球運動を測定することが可能になります。OKRは、3台のコンピュータモニターに表示される垂直グレーティングが、水平方向に振動的に、または一方向に等速でドリフトする仮想ドラムシステムによって引き出されます。このバーチャルリアリティシステムにより、空間周波数、時間/振動周波数、コントラスト、輝度、回折格子の方向などの視覚パラメータを体系的に変更し、視覚特徴選択性のチューニング曲線を定量化することができます。高速赤外線ビデオ眼球撮影により、眼球運動の軌跡を正確に測定できます。個々のマウスの目は、年齢、性別、遺伝的背景の異なる動物間でOKRを比較する機会を提供するように調整されています。この手法の定量的な力により、この行動が加齢、感覚経験、または運動学習によって可塑的に適応するときの OKR の変化を検出できます。したがって、この手法は、眼の行動の可塑性を調査するために使用されるツールのレパートリーに貴重な追加になります。

概要

環境内の視覚刺激に反応して、私たちの目は、視線を移動したり、網膜画像を安定させたり、移動するターゲットを追跡したり、観察者から異なる距離にあるターゲットに2つの目の中心窩を合わせたりするために動きます^1,2。動眼行動は、少なくとも部分的には眼^球運動系が単純であることから、健康と疾患の神経回路を理解するための感覚運動統合の魅力的なモデルとして広く用いられてきた3。眼球は3対の外眼筋によって制御され、眼窩内で主に3つの対応する軸を中心に回転します:横軸に沿った挙上と下降、垂直軸に沿った内転と外転、^{前後軸に沿った}ねじれと外転^1,2。このようなシンプルなシステムにより、研究者は実験室環境でマウスの動眼行動を簡単かつ正確に評価することができます。

主な動眼運動行動の1つは、視運動性反射(OKR)です。この不随意眼球運動は、網膜上の画像のゆっくりとしたドリフトまたはスリップによって引き起こされ、動物の頭部またはその周囲が動くときに網膜画像を安定させるのに役立ちます^2,4。行動パラダイムとしての....

プロトコル

この研究で実施されたすべての実験手順は、トロント大学動物管理委員会およびカナダ動物管理評議会によって確立されたガイドラインに従って、生物科学地域動物管理委員会によって承認されました。

1.頭蓋骨の上にヘッドバーを埋め込む

注: VOR の動作が眼球運動に寄与するのを避けるため、OKR テスト中はマウスの頭部が固定されます。そのため、頭蓋骨の上にヘッドバーを外科的に埋め込みます。

1. マウス(生後2〜5ヶ月の雌雄C57BL/6)をガス室で4%イソフルラン(v/v)と_O2 の混合物で麻酔する。マウスをカスタマイズされた手術プラットフォームに移し、イソフルランの濃度を1.5%〜2%に下げます。手術中のつま先つまみ反応と呼吸数をチェックして、麻酔の深さを監視します。
2. 動物の体温を維持するために、動物の下に温熱パッドを置きます。両眼に潤滑剤の眼軟膏を塗って、乾燥から保護します。目をアルミホイルで覆い、光の照射から保護します。
3. 痛みを軽減するために、20 mg / kgの用量でカルプロフェンを皮下注射します。.グルコン酸クロルヘキシジンスキンクリーナーで毛皮を濡らした後、頭蓋骨の上の毛皮を剃ります。露出した頭皮を70%イソプロピルアルコールとクロルヘキシジンアルコールで2回消毒します。
4. 切開部位にブピバ....

結果

上記の手順で、いくつかの視覚的特徴に対する OKR の依存関係を評価しました。ここに示すトレース例は、補足コーディング・ファイル1で提供されている分析コードを使用して導出されたもので、トレースのrawファイルの例は、補足コーディング・ファイル2にあります。ドラムグレーティングが正弦波軌道(0.4Hz)で漂流すると、動物の目は自動的に同様の振動方法で?.......

ディスカッション

ここで紹介するOKR行動アッセイの方法には、いくつかの利点があります。第一に、コンピュータで生成された視覚刺激は、物理的なドラムの本質的な問題を解決します。物理的なドラムが空間周波数、方向、またはコントラストチューニングの体系的な検査をサポートしていないという問題^{に対処するために8、}仮想ドラムはこれらの視覚的パラメータを試行的に変更するこ.......

資料

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