माउस प्राइमरी विजुअल कॉर्टेक्स में मोनोकुलर विजुअल वंचन और ऑकुलर प्रभुत्व प्लास्टिसिटी माप
Summary
यहां, हम मोनोकुलर दृश्य अभाव और नेत्र प्रभुत्व प्लास्टिसिटी विश्लेषण के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, जो महत्वपूर्ण अवधि के दौरान दृश्य प्लास्टिसिटी के तंत्रिका तंत्र और विशिष्ट जीन के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण तरीके हैं दृश्य विकास।
Abstract
प्राथमिक दृश्य कॉर्टिकल प्रतिक्रिया प्लास्टिसिटी को प्रेरित करने के लिए मोनोकुलर दृश्य अभाव एक उत्कृष्ट प्रयोगात्मक प्रतिमान है। सामान्य तौर पर, उत्तेजना के लिए कॉन्ट्रालेटरल आंख के लिए कॉर्टेक्स की प्रतिक्रिया माउस प्राथमिक दृश्य प्रांतस्था (V1) के दूरबीन खंड में इप्सिलेटरल आंख की प्रतिक्रिया की तुलना में बहुत मजबूत है। स्तनधारी महत्वपूर्ण अवधि के दौरान, कॉन्ट्रालेटरल आंख को मजबूत करने से वी 1 कोशिकाओं की जवाबदेही का तेजी से नुकसान होगा। ट्रांसजेनिक प्रौद्योगिकियों के सतत विकास के साथ, अधिक से अधिक अध्ययन नेत्र प्रभुत्व (ओडी) प्लास्टिसिटी पर विशिष्ट जीन के प्रभावों की जांच करने के लिए प्रयोगात्मक मॉडल के रूप में ट्रांसजेनिक चूहों का उपयोग कर रहे हैं। इस अध्ययन में, हम मोनोकुलर दृश्य अभाव के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल पेश करते हैं और माउस V1 में ओडी प्लास्टिसिटी में परिवर्तन की गणना करते हैं। महत्वपूर्ण अवधि के दौरान 4 दिनों के लिए मोनोकुलर अभाव (एमडी) के बाद, प्रत्येक न्यूरॉन के अभिविन्यास ट्यूनिंग घटता मापा जाता है, और V1 में परत चार न्यूरॉन्स की ट्यूनिंग घटता इप्सिलेटरल और कॉन्ट्रालेटरल आंखों की उत्तेजना के बीच तुलना की जाती है। ऑड प्लास्टिसिटी की डिग्री को इंगित करने के लिए प्रत्येक सेल के नेत्र ओडी स्कोर का उपयोग करके कॉन्ट्रालेटरल पूर्वाग्रह सूचकांक (सीबीआई) की गणना की जा सकती है। यह प्रायोगिक तकनीक महत्वपूर्ण अवधि के दौरान ओडी प्लास्टिसिटी के तंत्रिका तंत्र का अध्ययन करने और तंत्रिका विकास में विशिष्ट जीन की भूमिकाओं का सर्वेक्षण करने के लिए महत्वपूर्ण है। प्रमुख सीमा यह है कि तीव्र अध्ययन एक अलग समय में एक ही माउस की तंत्रिका प्लास्टिसिटी में परिवर्तन की जांच नहीं कर सकता।
Introduction
मोनोकुलर दृश्य अभाव V1 प्लास्टिसिटी की जांच करने के लिए एक उत्कृष्ट प्रयोगात्मक प्रतिमान है। तंत्रिका विकास में दृश्य अनुभव के महत्व का अध्ययन करने के लिए, डेविड ह्यूबेल और टोरस्टन विसेल1,2 विभिन्न समय बिंदुओं पर और अलग-अलग समय के लिए एक आंख में सामान्य दृष्टि के बिल्ली के बच्चे से वंचित हैं। इसके बाद उन्होंने वंचित और वंचित आंखों के लिए V1 में प्रतिक्रिया तीव्रता में परिवर्तन देखा । उनके परिणामों ने पहले तीन महीनों में बंद हो गई आंख पर प्रतिक्रिया व्यक्त करने वाले न्यूरॉन्स की असामान्य रूप से कम संख्या दिखाई । हालांकि, बिल्ली के बच्चे में न्यूरॉन्स से प्रतिक्रियाएं एक सामान्य वयस्क बिल्ली की आंख के उन लोगों के लिए सभी मामलों में समान रहीं जो एक साल के लिए बंद हो गई थी, और बिल्ली के बच्चे ठीक नहीं हुए। वयस्क बिल्लियों में एमडी ओडी प्लास्टिसिटी को प्रेरित नहीं कर सकता। इसलिए, V1 तारों पर दृश्य अनुभव का प्रभाव विकास के एक संक्षिप्त, अच्छी तरह से परिभाषित चरण के दौरान मजबूत है, जिसके बाद एक ही उत्तेजनाओं का प्रभाव कम होता है। दृश्य इनपुट के लिए बढ़ी हुई संवेदनशीलता के इस तरह के चरण को दृश्य प्रांतस्था में महत्वपूर्ण अवधि के रूप में जाना जाता है।
हालांकि माउस एक रात्रिभोज जानवर है, माउस V1 में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स3,4,5बिल्लियों में पाया न्यूरॉन्स के समान गुण है । हाल के वर्षों में, ट्रांसजेनिक तकनीक के तेजी से विकास के साथ, दृश्य तंत्रिका विज्ञान में अध्ययन की बढ़ती संख्या ने चूहों को एक प्रयोगात्मक मॉडल6,7,8के रूप में इस्तेमाल किया है। माउस विजुअल स्टडीज में न्यूरोसाइंटिस्ट म्यूटेंट और नॉकआउट माउस लाइन्स का इस्तेमाल करते हैं, जो चूहों के जेनेटिक मेकअप पर कंट्रोल की इजाजत देते हैं । हालांकि चूहों V1 में ओडी कॉलम की कमी है, V1 दूरबीन क्षेत्र में एकल न्यूरॉन्स महत्वपूर्ण ओडी गुण दिखाते हैं। उदाहरण के लिए, अधिकांश कोशिकाएं इप्सिलेटरल उत्तेजना की तुलना में कॉन्ट्रालेटरल उत्तेजना का अधिक दृढ़ता से जवाब देती हैं। महत्वपूर्ण अवधि के दौरान एक आंख को अस्थायी रूप से बंद करने से ओडी इंडेक्स वितरण9,10,11में महत्वपूर्ण बदलाव होता है . इसलिए, एमडी का उपयोग यह जांचने के लिए एक ओडी प्लास्टिसिटी मॉडल स्थापित करने के लिए किया जा सकता है कि तंत्रिका विकास संबंधी विकारों में शामिल जीन वीवो में कॉर्टिकल प्लास्टिसिटी को कैसे प्रभावित करते हैं।
यहां, हम एमडी के लिए एक प्रयोगात्मक विधि पेश करते हैं और मोनोकुलर दृश्य अभाव के दौरान ओडी प्लास्टिसिटी में परिवर्तन का विश्लेषण करने के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली विधि (इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग) का सुझाव देते हैं। इस विधि का कई प्रयोगशालाओं में 20 वर्षों सेभी अधिक समय से12,13,14,15,16से अधिक समय से व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है . ओडी प्लास्टिसिटी को मापने में अन्य तरीके भी हैं, जैसे क्रोनिक विजुअल पैदा की गई क्षमता (वीईपी)17रिकॉर्डिंग, और आंतरिक ऑप्टिकल इमेजिंग (आईओआई)18। इस तीव्र विधि का महत्वपूर्ण लाभ यह है कि इसका पालन करना आसान है, और परिणाम उल्लेखनीय रूप से विश्वसनीय हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
हम एमडी के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल पेश करते हैं और एकल इकाई रिकॉर्डिंग द्वारा ओडी प्लास्टिसिटी को मापने के लिए। इस प्रोटोकॉल का व्यापक रूप से दृश्य तंत्रिका विज्ञान में उपयोग किया जाता है। हालांकि ए?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस अध्ययन को चीन के नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन (81571770, 81771925, 81861128001) ने समर्थन दिया।
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).
