מניעת ויזואלי מונוטוני ושליטה העין הפלסטיות מדידה העכבר קליפת הראיה העיקרית
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקולים מפורטים עבור מניעת ויזואלי מונוטוני וניתוח השליטה בעין הפלסטיות, שהם שיטות חשובות לחקר המנגנונים העצביים של הפלסטיות החזותית במהלך התקופה הקריטית ואת ההשפעות של גנים ספציפיים על פיתוח ויזואלי.
Abstract
מניעת ראייה מונוקלית היא פרדיגמה ניסיונית מעולה כדי לגרום לפלסטיות העיקרי התגובה החזותית האופטית. באופן כללי, התגובה של הקליפה לעין הצלעות הגירוי הוא הרבה יותר חזק מאשר התגובה של העין הלסילבית בקטע המשקפת של קליפת העכבר העיקרית החזותית (V1). במהלך התקופה הקריטית של היונקים, העין המועלת הצלעות תגרום לאובדן מהיר של התגובה של תאים V1 כדי גירוי העין המקבילה. עם התפתחות מתמשכת של טכנולוגיות טרנסגניים, יותר ויותר מחקרים משתמשים בעכברים טרנסגניים כמו מודלים ניסיוניים לבחון את ההשפעות של גנים ספציפיים על הדומיננטיות העינית (OD) הפלסטיות. במחקר זה, אנו מציגים פרוטוקולים מפורטים עבור חסך חזותי מונוטוני ולחשב את השינוי הפלסטיות הפלסטיות בעכבר V1. לאחר מניעת מונוטוני (MD) עבור 4 ימים במהלך התקופה הקריטית, האוריינטציה כוונון עקומות של כל תא העצב נמדד, ואת עקומות כוונון של שכבה ארבעה נוירונים ב V1 מושווים בין גירוי של העין המוסילתית ואת העיניים שרירי. ניתן לחשב את מדד ההטיה באמצעות הטיה (לח ק) באמצעות הניקוד העינית של כל תא כדי לציין את מידת הפלסטיות של OD. טכניקה ניסיונית זו חשובה ללימוד המנגנונים העצביים של הפלסטיות במהלך התקופה הקריטית ולצורך מדידות התפקידים של גנים ספציפיים בהתפתחות העצבית. המגבלה העיקרית היא שהמחקר החריף אינו יכול לחקור את השינוי בפלסטיות העצבית של אותו עכבר בזמן שונה.
Introduction
מניעת ראייה חד-מולקולרית היא פרדיגמה ניסיונית מצוינת לבדיקת הפלסטיות הV1. כדי ללמוד את חשיבותה של החוויה החזותית בהתפתחות העצבית, דוד הובל וטורסטן ויזל1,2 מונעים מחתולים של ראייה רגילה בעין אחת בנקודות זמן שונות ובמשך פרקי זמן שונים. לאחר מכן הם הבחינו בשינויים בעוצמת התגובה ב-V1 עבור העיניים המקופחים והלא מונעים. התוצאות שלהם הראו מספר נמוך באופן חריג של נוירונים מגיבים לעין שהיה סגור למעלה בשלושת החודשים הראשונים. עם זאת, התגובות של הנוירונים בחתלתולים נשארו זהות בכל המובנים לאלה של עין של חתול בוגר נורמלי שנסגר במשך שנה, והגורים לא התאושש. MD אצל חתולים מבוגרים לא יכול לגרום לפלסטיות. לכן, ההשפעה של החוויה החזותית על החיווט V1 היא חזקה במהלך שלב קצר, מוגדר היטב של פיתוח, לפני ואחריו גירויים אותו יש פחות השפעה. שלב כזה של רגישות מוגברת לקלט חזותי ידוע כתקופה קריטית בקליפת הראייה.
למרות העכבר הוא חיה לילית, נוירונים בודדים בעכבר V1 יש תכונות דומות לנוירונים שנמצאו אצל חתולים3,4,5. בשנים האחרונות, עם ההתפתחות המהירה של הטכנולוגיה הטרנסגנית, מספר גדל והולך של מדעי המוח ויזואלית השתמשו בעכברים כמודל ניסיוני6,7,8. במחקרים חזותיים העכבר, נוירומדענים להשתמש במוטציות קווי העכבר, אשר מאפשרים שליטה על האיפור הגנטי של העכברים. למרות שעכברים V1 מחסור בעמודות OD, נוירונים בודדים באזור המשקפת V1 להראות משמעותי מאפייני OD. לדוגמה, רוב התאים מגיבים חזק יותר לגירוי הצלעות שלהן מאשר לגירוי שצלעות. סגירה זמנית של עין אחת במהלך התקופה הקריטית משרה משמרת משמעותית בהתפלגות המדד OD9,10,11. לכן, MD יכול לשמש כדי ליצור מודל הפלסטיות של OD כדי לחקור כיצד גנים המעורבים בהפרעות התפתחותיות עצביות להשפיע על הפלסטיות הקורטיקלית ב vivo.
כאן, אנו מציגים שיטה ניסיונית ל-MD ומציעים שיטה בשימוש נפוץ (הקלטה אלקטרופיסיולוגית) כדי לנתח את השינוי בפלסטיות של OD במהלך חסך חזותי מונוטוני. השיטה היתה בשימוש נרחב במעבדות רבות במשך יותר מ 20 שנים12,13,14,15,16. ישנן שיטות אחרות המשמשות למדידת הפלסטיות של OD, כמו גם, כגון פוטנציאל כרוני ויזואלי מעורר (VEP) הקלטה17, ו הדמיה אופטית פנימית (ioi)18. היתרון המשמעותי של שיטה חריפה זו הוא שקל לעקוב אחריו, והתוצאות אמינות במידה ניכרת.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מציגים פרוטוקול מפורט עבור MD ומדידת הפלסטיות של OD על ידי הקלטה יחידה אחת. פרוטוקול זה נמצא בשימוש נרחב במדעי המוח החזותי. למרות פרוטוקול MD אינו מסובך, יש כמה הליכים כירורגיים קריטיים שיש לעקוב בזהירות. ראשית, ישנם שני פרטים חשובים המבטיחים את איכות התפרים. תפר הוא יציב מספיק אם התפרים מ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה היה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (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).
