Monocular Visuel afsavn og okulær dominans Plasticity Måling i musen primære visuelle cortex
Summary
Her præsenterer vi detaljerede protokoller for monokulær visuel afsavn og okulær dominans plasticitet analyse, som er vigtige metoder til at studere de neurale mekanismer af visuel plasticitet i den kritiske periode og virkningerne af specifikke gener på visuel udvikling.
Abstract
Monocular visuel afsavn er en fremragende eksperimenterende paradigme til at fremkalde primære visuelle kortikale reaktion plasticitet. Generelt er cortex reaktion på det kontralaterale øje på en stimulus meget stærkere end reaktionen fra det ipsilaterale øje i kikkertsegmentet af musens primære visuelle cortex (V1). I den pattedyr kritiske periode, suturering det kontralaterale øje vil resultere i et hurtigt tab af lydhørhed af V1 celler til kontralateraløje stimulation. Med den fortsatte udvikling af transgene teknologier, flere og flere undersøgelser bruger transgene mus som eksperimentelle modeller til at undersøge virkningerne af specifikke gener på okulær dominans (OD) plasticitet. I denne undersøgelse introducerer vi detaljerede protokoller for monokulær visuel afsavn og beregner ændringen i OD-plasticitet i mus V1. Efter monocular afsavn (MD) i 4 dage i den kritiske periode måles orienteringstuningskurverne for hver neuron, og tuningkurverne for lag fire neuroner i V1 sammenlignes mellem stimulering af de ipsilaterale og kontralaterale øjne. Det kontralaterale bias indeks (CBI) kan beregnes ved hjælp af hver celles okulære OD score for at angive graden af OD plasticitet. Denne eksperimentelle teknik er vigtig for at studere de neurale mekanismer OD plasticitet i den kritiske periode og for opmåling rollerne af specifikke gener i neurale udvikling. Den største begrænsning er, at den akutte undersøgelse ikke kan undersøge ændringen i neurale plasticitet af den samme mus på et andet tidspunkt.
Introduction
Monocular visuel afsavn er en fremragende eksperimenterende paradigme til at undersøge V1 plasticitet. At studere betydningen af visuel erfaring i neurale udvikling, David Hubel og Torsten Wiesel1,2 berøvet killinger af normal vision i det ene øje på forskellige tidspunkter og i forskellige perioder. De observerede derefter ændringerne i responsintensiteten i V1 for de dårligt stillede og ikke-berøvede øjne. Deres resultater viste et unormalt lavt antal neuroner reagerer på øjet, der var blevet sutured lukket i de første tre måneder. Men svarene fra neuroner i killingerne forblev identiske i alle henseender til dem af en normal voksen katøje, der blev sutured lukket i et år, og killingerne ikke komme sig. MD hos voksne katte kan ikke fremkalde OD plasticitet. Derfor er virkningen af visuel erfaring på V1 ledninger er stærk i en kort, veldefineret fase af udviklingen, før og efter hvilken de samme stimuli har mindre indflydelse. En sådan fase af øget modtagelighed for visuelle input er kendt som den kritiske periode i visuel cortex.
Selv om musen er en natlig dyr, individuelle neuroner i mus V1 har lignende egenskaber til neuroner findes i katte3,4,5. I de seneste år, med den hurtige udvikling af transgene teknologi, et stigende antal undersøgelser i visuel neurovidenskab har brugt mus som en eksperimentel model6,7,8. I visuelle undersøgelser i mus bruger neuroforskere mutanter og knockout muselinjer, som giver kontrol over musenes genetiske sammensætning. Selvom mus V1 mangler OD kolonner, enkelt neuroner i V1 kikkertzone viser betydelige OD egenskaber. For eksempel reagerer de fleste celler stærkere på kontralateral stimulation end på ipsilateral stimulation. Midlertidig lukning af det ene øje i den kritiske periode medfører et betydeligt skift i OD-indeksfordelingen9,10,11. Derfor, MD kan bruges til at etablere en OD plasticitet model til at undersøge, hvordan gener involveret i neurale udviklingsforstyrrelser indflydelse kortikal plasticitet in vivo.
Her introducerer vi en eksperimentel metode til MD og foreslår en almindeligt anvendt metode (elektrofysiologisk optagelse) til at analysere ændringen i OD plasticitet under monokulær visuel afsavn. Metoden har været meget udbredt i mange laboratorier i mere end 20 år12,13,14,15,16. Der er andre metoder, der anvendes til måling af OD plasticitet samt, såsom kronisk visuelle fremkaldte potentiale (VEP) optagelse17, og iboende optisk billeddannelse (IOI)18. Den betydelige fordel ved denne akutte metode er, at det er let at følge, og resultaterne er bemærkelsesværdigt pålidelige.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi præsenterer en detaljeret protokol for MD og måling OD plasticitet ved enkelt enhed optagelse. Denne protokol er meget udbredt i visuel neurovidenskab. Selv om MD-protokollen ikke er kompliceret, er der nogle kritiske kirurgiske procedurer, der skal følges nøje. For det første er der to vigtige detaljer, der sikrer kvaliteten af syningen. Suturen er tilstrækkelig stabil, hvis stingene er koncentreret i den mediale del af øjenlåget. Desuden påføres 3 μL lim på knudens hoved for at øge knudens stabilitet fo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev støttet af National Natural Science Foundation of China (81571770, 81771925, 81861128001).
Materials
| 502 glue | M&G Chenguang Stationery Co., Ltd. | AWG97028 | |
| Acquizition card | National Instument | PCI-6250 | |
| Agarose | Biowest | G-10 | |
| Amplifier | A-M system | Model 1800 | |
| Atropine | Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd | A135946-5 | |
| Brain Stereotaxic Apparatus | RWD Life Science Co.,Ltd | 68001 | |
| Cohan-Vannas spring scissors | Fine Science Tools | 15000-02 | |
| Contact Lenses Solutions | Beijing Dr. Lun Eye Care Products Co., Ltd. | GM17064 | |
| Cotton swabs | Henan Guangderun Medical Instruments Co.,Ltd | ||
| Fine needle holder | SuZhou Stronger Medical Instruments Co.,Ltd | CZQ1370 | |
| Forcep | 66 Vision Tech Co., Ltd. | 53320A | |
| Forcep | 66 Vision Tech Co., Ltd. | 53072 | |
| Forcep | 66 Vision Tech Co., Ltd. | #5 | |
| Heating pad | Stryker | TP 700 T | |
| Illuminator | Motic China Group Co., Ltd. | MLC-150C | |
| Isoflurane | RWD Life Science Co.,Ltd | R510-22 | |
| LCD monitor | Philips (China) Investment Co., Ltd. | 39PHF3251/T3 | |
| Microscope | SOPTOP | SZMT1 | |
| Noninvasive Vital Signs Monitor | Mouseox | ||
| Oil hydraulic micromanipulator | NARISHIGE International Ltd. | PC-5N06022 | |
| Petrolatum Eye Gel | Dezhou Yile Disinfection Technology Co., Ltd. | 17C801 | |
| Spike2 | Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK | Spike2 Version 9 | |
| Surgical scissors | 66 Vision Tech Co., Ltd. | 54010 | |
| Surgical scissors | 66 Vision Tech Co., Ltd. | 54002 | |
| Suture Needle | Ningbo Medical Co.,Ltd | 3/8 arc 2.5*8 | |
| Tungsten Electrode | FHC, Inc | L504-01B | |
| Xylocaine | Huaqing |
References
- Hubel, D. H., Wiesel, T. N. Effects of monocular deprivation in kittens. Naunyn-Schmiedebergs Archiv für experimentelle Pathologie und Pharmakologie. 248 (6), 492-497 (1964).
- Daw, N. W., Fox, K., Sato, H., Czepita, D. Critical period for monocular deprivation in the cat visual cortex. Journal of Neurophysiology. 67 (1), 197-202 (1992).
- Guire, E. S., Lickey, M. E., Gordon, B. Critical period for the monocular deprivation effect in rats: assessment with sweep visually evoked potentials. Journal of Neurophysiology. 81 (1), 121-128 (1999).
- Wang, L., Sarnaik, R., Rangarajan, K. V., Liu, X., Cang, J. Visual receptive field properties of neurons in the superficial superior colliculus of the mouse. Journal of Neuroscience. 30 (49), 16573-16584 (2010).
- Niell, C. M. Cell Types, circuits, and receptive fields in the mouse visual cortex. Annual Review of Neuroscience. 38 (1), 413-431 (2015).
- Lee, S. H., et al. Activation of specific interneurons improves V1 feature selectivity and visual perception. Nature. 488 (8), 379-383 (2012).
- Cossell, L., et al. Functional organization of excitatory synaptic strength in primary visual cortex. Nature. 518 (2), 399-403 (2015).
- Lacaruso, M. F., Gasler, L. T., Hofer, S. B. Synaptic organization of visual space in primary visual cortex. Nature. 547 (7), 449-452 (2017).
- Metin, C., Godement, P., Imbert, M. The primary visual cortex in the mouse: Receptive field properties and functional organization. Experimental Brain Research. 69 (3), 594-612 (1988).
- Marshel, J. H., Garrett, M. E., Nauhaus, I., Callaway, E. M. Functional specialization of seven mouse visual cortical areas. Neuron. 72 (6), 1040-1054 (2011).
- Gordon, J. A., Stryker, M. P. Experience-dependent plasticity of binocular responses in the primary visual cortex of the mouse. The Journal of Neuroscience. 16 (10), 3274-3286 (1996).
- McGee, A. W., Yang, Y., Fischer, Q. S., Daw, N. W., Strittmatter, S. M. Experience-driven plasticity of visual cortex limited by myelin and Nogo receptor. Science. 309 (5744), 2222-2226 (2005).
- Sawtell, N. B., et al. NMDA receptor-dependent ocular dominance plasticity in adult visual cortex. Neuron. 38 (6), 977-985 (2003).
- Hofer, S. B., Mrsic-Flogel, T. D., Bonhoeffer, T., Hubener, M. Prior experience enhances plasticity in adult visual cortex. Nature Neuroscience. 9 (12), 127-132 (2006).
- Crozier, R. A., Wang, Y., Liu, C., Bear, M. F. Deprivation-induced synaptic depression by distinct mechanisms in different layers of mouse visual cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (4), 1383-1388 (2007).
- Tagawa, Y., Kanold, P. O., Majdan, M., Shatz, C. J. Multiple periods of functional ocular dominance plasticity in mouse visual cortex. Nature Neuroscience. 8 (3), 380-388 (2005).
- Lickey, M. E., Pham, T. A., Gordon, B. Swept contrast visual evoked potentials and their plasticity following monocular deprivation in mice. Vision Research. 44, 3381-3387 (2004).
- Cang, J., Kalatsky, V. A., Lowel, S., Stryker, M. P. Optical imaging of the intrinsic signal as a measure of cortical plasticity in the mouse. Vision Neuroscience. 22 (5), 685-691 (2005).
- Khan, I. U., et al. Evaluation of different suturing techniques for cystotomy closure in canines. Journal of Animal & Plant Sciences. 23 (4), 981-985 (2013).
- Weisman, D. L., Smeak, D. D., Birchard, S. J., Zweigart, S. L. Comparison of a continuous suture pattern with a simple interrupted pattern for enteric closure in dogs and cats: 83 cases (1991-1997). Journal of the American Veterinary Medical Association. 214 (10), 1507-1510 (1999).
- Heneghan, C. P. H., Thornton, C., Navaratnarajah, M., Jones, J. G. Effect of isoflurane on the auditory evoked response in man. BJA: British Journal of Anaesthesia. 59 (3), 277-282 (1987).
- Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomenal. Physiological Reviews. 65 (1), 37-100 (1985).
