PyOKR: שיטה חצי-אוטומטית לכימות יכולת מעקב אחר רפלקסים אופטוקינטיים

Summary

אנו מתארים כאן את PyOKR, שיטת ניתוח כמותית חצי אוטומטית המודדת ישירות תנועות עיניים הנובעות מתגובות חזותיות לתנועת תמונה דו-ממדית. ממשק משתמש ואלגוריתם ניתוח מבוסס Python מאפשר תפוקה גבוהה יותר ומדידות כמותיות מדויקות יותר של פרמטרים למעקב אחר העיניים בהשוואה לשיטות קודמות.

Abstract

חקר תגובות התנהגותיות לגירויים חזותיים הוא מרכיב מרכזי בהבנת תפקוד מערכת הראייה. תגובה בולטת אחת היא רפלקס אופטוקינטי (OKR), התנהגות מולדת שמורה מאוד הנחוצה לייצוב התמונה על הרשתית. ה-OKR מספק קריאה חזקה של יכולת מעקב אחר תמונות ונחקר בהרחבה כדי להבין מעגלים ותפקוד של מערכות ראייה בבעלי חיים מרקעים גנטיים שונים. ה-OKR מורכב משני שלבים: שלב מעקב איטי כאשר העין עוקבת אחר גירוי לקצה מישור הראייה, וסקאדה פאזה מהירה מפצה המאפסת את מיקום העין במסלול. שיטות קודמות של מעקב אחר כימות רווחים, למרות שהן אמינות, הן עתירות עבודה ויכולות להיות סובייקטיביות או נגזרות שרירותיות. כדי להשיג כימות מהיר יותר וניתן לשחזור של יכולת מעקב עיניים, פיתחנו תוכנית ניתוח חצי-אוטומטית חדשנית, PyOKR, המאפשרת כימות של תנועת מעקב עיניים דו-ממדית בתגובה לכל גירוי כיווני, בנוסף להיותה ניתנת להתאמה לכל סוג של ציוד וידאו-אוקולוגרפיה. שיטה זו מספקת סינון אוטומטי, בחירת שלבי מעקב איטיים, מידול של וקטורי עין אנכיים ואופקיים, כימות של רווחי תנועת עיניים ביחס למהירות הגירוי, וארגון הנתונים המתקבלים לגיליון אלקטרוני שמיש לצורך השוואות סטטיסטיות וגרפיות. צינור ניתוח כמותי ויעיל זה, הנגיש בקלות באמצעות ייבוא PyPI, מספק מדידה מהירה וישירה של תגובות OKR, ובכך מקל על חקר תגובות התנהגותיות חזותיות.

Introduction

ייצוב תמונה מסתמך על תגובות אוקולומוטוריות מדויקות כדי לפצות על זרימה אופטית גלובלית המתרחשת במהלך תנועה עצמית. ייצוב זה מונע בעיקר על ידי שתי תגובות מוטוריות: רפלקס אופטוקינטי (OKR) ורפלקס ווסטיבולו-עיני (VOR)^1,2,3. תנועה גלובלית איטית על פני הרשתית גורמת ל-OKR, אשר מעורר סיבוב עיניים רפלקסיבי בכיוון המתאים כדי לייצב את התמונה ^1,2. תנועה זו, המכונה השלב האיטי, נקטעת על ידי סקאדות מפצות, הידועות בשם השלב המהיר, שבו העין מתאפסת במהירות בכיוון ההפוך כדי לאפשר פאזה איטית חדשה. כאן, אנו מגדירים סקאדות שלב מהיר אלה כתנועות....

Protocol

כל הניסויים בבעלי חיים שבוצעו בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס (JHUSOM) אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) ב- JHUSOM. כל הניסויים שבוצעו באוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו (UCSF) בוצעו בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי התוכנית המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של UCSF.......

Discussion

PyOKR מספק מספר יתרונות לחקר תגובות חזותיות המשתקפות בתנועות עיניים. אלה כוללים דיוק, נגישות ואפשרויות איסוף נתונים, בנוסף ליכולת לשלב פרמטרים ומהירויות גירוי משתנות.

הערכת רווח מעקב עיניים ישיר מספקת אפיון מדויק של תנועת עיניים שהוא מדד כמותי ישיר יותר מאשר ספירה ידנית מסור.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
C57BL/6J  mice	Jackson Labs	664
Igor Pro	WaveMetrics	RRID: SCR_000325
MATLAB	MathWorks	RRID: SCR_001622
Optokinetic reflex recording chamber - JHUSOM	Custom-built	N/A	As described in Al-Khindi et al.(2022)9 and Kodama et al. (2016)13
Optokinetic reflex recording chamber - UCSF	Custom-built	N/A	As described in Harris and Dunn, 201510
Python	Python Software Foundation	RRID: SCR_008394
Tbx5 flox/+ mice	Gift from B. Bruneau	N/A	As described in Al-Khindi et al.(2022)9
Tg(Pcdh9-cre)NP276Gsat/Mmucd	MMRRC	MMRRC Stock # 036084-UCD; RRID: MMRRC_036084-UCD