Name: Calibration of Mouse Eye Movements
Uploaded: 2023-06-23T13:40:00
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calibration of mouse eye movements

चूहों में ऑप्टोकाइनेटिक रिफ्लेक्स प्रतिक्रियाओं का मूल्यांकन: एक नया उच्च परिशुद्धता प्रोटोकॉल

In response to visual stimuli in the environment, our eyes move to shift our gaze, stabilize retinal images, track moving targets, or align the foveae of two eyes with targets located at different distances from the observer, which are vital to proper vision1,2. Oculomotor behaviors have been widely used as attractive models of sensorimotor integration to understand the neural circuits in health and disease, at least partly because of the simplicity of the oculomotor system3. Controlled by three pairs of extraocular muscles, the eye rotates in the socket primarily around three corresponding axes: elevation and depression along the transverse axis, adduction and abduction along the vertical axis, and intorsion and extorsion along the anteroposterior axis1,2. Such a simple system allows researchers to evaluate the oculomotor behaviors of mice easily and accurately in a lab environment.
One prime oculomotor behavior is the optokinetic reflex (OKR). This involuntary eye movement is triggered by slow drifts or slips of images on the retina and serves to stabilize retinal images as an animal&#39;s head or its surroundings move2,4. The OKR, as a behavioral paradigm, is interesting to researchers for several reasons. First, it can be stimulated reliably and quantified accurately5,6. Second, the procedures of quantifying this behavior are relatively simple and standardized and can be applied to evaluate the visual functions of a large cohort of animals7. Third, this innate behavior is highly plastic5,8,9. Its amplitude can be potentiated when repetitive retinal slips occur for a long time5,8,9, or when its working partner vestibular ocular reflex (VOR), another mechanism of stabilizing retinal images triggered by vestibular input2, is impaired5. These experimental paradigms of OKR potentiation empower researchers to unveil the circuit basis underlying oculomotor learning.
Two non-invasive methods have primarily been used to evaluate the OKR in previous studies: (1) video-oculography combined with a physical drum7,10,11,12,13 or (2) arbitrary determination of head turns combined with a virtual drum6,14,15,16. Although their applications have made fruitful discoveries in understanding the molecular and circuit mechanisms of oculomotor plasticity, these two methods each have some drawbacks which limit their powers in quantitatively examining the properties of the OKR. First, physical drums, with printed patterns of black and white stripes or dots, do not allow easy and quick changes of visual patterns, which largely restricts the measurement of the dependence of the OKR on certain visual features, such as spatial frequency, direction, and contrast of moving gratings8,17. Instead, tests of the selectivity of the OKR to these visual features can benefit from computerized visual stimulation, in which visual features can be conveniently modified from trial to trial. In this way, researchers can systematically examine the OKR behavior in the multi-dimensional visual parameter space. Moreover, the second method of the OKR assay reports only the thresholds of visual parameters that trigger discernible OKRs, but not the amplitudes of eye or head movements6, 14,15,16. The lack of quantitative power thus prevents analyzing the shape of tuning curves and the preferred visual features, or detecting subtle differences between individual mice in normal and pathological conditions. To overcome the above limitations, video-oculography and computerized virtual visual stimulation had been combined to assay the OKR behavior in recent studies5,17,18,19,20. However, these previously published studies did not provide enough technical details or step-by-step instructions, and consequently it is still challenging for researchers to establish such an OKR test for their own research.
Here, we present a protocol to precisely quantify the visual feature selectivity of OKR behavior under photopic or scotopic conditions with the combination of video-oculography and computerized virtual visual stimulation. Mice are head-fixed to avoid the eye movement evoked by vestibular stimulation. A high-speed camera is used to record the ocular movements from mice viewing moving gratings with changing visual parameters. The physical size of the eyeballs of individual mice is calibrated to ensure the accuracy of deriving the angle of eye movements21. This quantitative method allows comparing OKR behavior between animals of different ages or genetic backgrounds, or monitoring its change caused by pharmacological treatments or visual-motor learning.

लेखक स्पॉटलाइट: चूहों में ऑप्टोकाइनेटिक रिफ्लेक्स की दृश्य सुविधा चयनात्मकता का अध्ययन करने के लिए एक सटीक और मात्रात्मक दृष्टिकोण 

चूहों में ऑप्टोकाइनेटिक रिफ्लेक्स की दृश्य सुविधा चयनात्मकता का परिमाणीकरण

We're interested in the capacity of retinal system in health and disease mouse model. Currently, we are using optokinetic reflex or OKR insured, which is our involuntary eye movement that serves to stabilize retinal images to understand how the retinal system contributes to the adaptive plasticity in retinal innate behaviors. OKR model studies have advanced our understanding of innate behavior plasticity by demonstrating that prolonged retinal stimulation or impaired by similar ocular reflex can increase the behavior amplitude.And by investigating the underlying molecular synaptic and secretory mechanisms. We combined video oculargraphy and computerized virtual visual stimulation to precisely quantify the OKR behavior invokes by truncating with freely changing parameters. This procedure is relatively simple and can be standardized to accommodate large scale studies.Our protocol accurately analyzes to include shapes and prefer visual features, detects subtle differences in normal and pathological conditions, and also can monitor changes in OKR due to pharmacological treatments or visual motor learning. The high precision and the quantitative power make it possible to compare repetitive OKR measurements of the same eyes in longitudinal studies and their different pharmacological treatments or under neurosurpreterations. It also provides opportunities to study the neurosurpres and the circuit mechanisms of OKR plasticity.

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Calibration of Mouse Eye Movements  

माउस आंख आंदोलनों के अंशांकन

वर्चुअल ड्रम और वीडियो ओकुलोग्राफी स्थापित करने के बाद, एक अनुकूलित मंच पर जानवर के सिर को ठीक करें। सिर के झुकाव को समायोजित करें ताकि बाईं और दाईं आंखें समतल हों और आंखों के नाक और लौकिक कोनों को क्षैतिज रूप से संरेखित किया जाए। सिर-तय जानवर के साथ मंच को तीन मॉनिटर द्वारा गठित बाड़े के केंद्र में स्थानांतरित करें।नेत्र ट्रैकिंग सॉफ़्टवेयर खोलें और नि: शुल्क रन पर क्लिक करें। फिर, कैमरा चालू करने के लिए रन बटन क्लिक करें। दाईं आंख की स्थिति को तब तक समायोजित करें जब तक कि यह वीडियो के केंद्र में दिखाई न दे।कैमरा आर्म को बाएं छोर पर घुमाएं। फिर, मैन्युअल रूप से 2 डी ट्रांसलेशनल चरण के ठीक समायोजन के साथ ऑप्टिकल अक्ष के लंबवत क्षैतिज विमान पर जानवर की दाईं आंख की स्थिति को स्थानांतरित करें जब तक कि एक्स-कॉर्नियल प्रतिबिंब छवि के क्षैतिज केंद्र पर न हो। अब कैमरा आर्म को दूसरे छोर पर घुमाएं, और यदि एक्स-कॉर्नियल प्रतिबिंब छवि के केंद्र से दूर चला जाता है, तो दाईं आंख को ऑप्टिकल अक्ष के साथ ठीक समायोजन के साथ ले जाएं जब तक कि एक्स-कॉर्नियल प्रतिबिंब केंद्र में न आ जाए।कई बार दोहराएं जब तक कि एक्स-कॉर्नियल प्रतिबिंब केंद्र में न रह जाए जब कैमरा आर्म बाएं और दाएं झूलता है। अंशांकन बटन पर क्लिक करें और फिर चलाएँ बटन. वाई-कॉर्नियल प्रतिबिंब एलईडी चालू करें और वीडियो पर इसकी स्थिति रिकॉर्ड करें।फिर, एक्स-कॉर्नियल प्रतिबिंब एलईडी पर स्विच करें और इसकी स्थिति रिकॉर्ड करें। पुतली रोटेशन की त्रिज्या को मापने के लिए, कैमरा आर्म को बाएं छोर पर घुमाएं। माउस पर राइट-क्लिक करके वीडियो पर पुतली और एक्स-कॉर्नियल प्रतिबिंब की स्थिति रिकॉर्ड करें, फिर कैमरा आर्म को दाएं छोर पर घुमाएं।वीडियो पर पुतली और एक्स-कॉर्नियल प्रतिबिंब की स्थिति रिकॉर्ड करें। रिकॉर्ड किए गए मानों के आधार पर, इस सूत्र का उपयोग करके पुतली रोटेशन, आरपी की त्रिज्या की गणना करें। पुतली रोटेशन और पुतली व्यास के बीच संबंध विकसित करने के लिए, पुतली के आकार को नियंत्रित करने के लिए मॉनिटर की चमक को 0 से 160 कैंडेला प्रति वर्ग मीटर तक समायोजित करें, और प्रत्येक ल्यूमिनेंस मूल्य के लिए पुतली व्यास रिकॉर्ड करें।प्रत्येक ल्यूमिनेंस मान के लिए, पुतली रोटेशन की त्रिज्या को 8 से 10 बार मापें और पुतली के व्यास को रिकॉर्ड करें। फिर, पुतली रोटेशन, आरपी और पुतली व्यास की त्रिज्या के बीच संबंधों का विश्लेषण करने के लिए रैखिक प्रतिगमन का उपयोग करें, और रैखिक मॉडल के ढलान और अवरोध को प्राप्त करने के लिए।

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Calibration of Mouse Eye Movements

Quantification of Visual Feature Selectivity of the Optokinetic Reflex in Mice

The optokinetic reflex (OKR) is an essential innate eye movement that is triggered by the global motion of the visual environment and serves to stabilize ...