Adfærdsmæssig vurdering af visuel funktion via optomotorisk respons og kognitiv funktion via Y-Maze hos diabetiske rotter

Summary

Neural degeneration i både øjne og hjerne som følge af diabetes kan observeres gennem adfærdsmæssige tests udført på gnavere. Y-labyrinten, et mål for rumlig kognition, og den optomotoriske respons, et mål for visuel funktion, giver begge indsigt i potentielle diagnoser og behandlinger.

Abstract

Den optomotoriske respons og Y-labyrinten er adfærdstest, der er nyttige til vurdering af henholdsvis visuel og kognitiv funktion. Den optomotoriske respons er et værdifuldt værktøj til at spore ændringer i rumlig frekvens (SF) og kontrast følsomhed (CS) tærskler over tid i en række retinale sygdom modeller, herunder diabetisk retinopati. På samme måde kan Y-labyrinten bruges til at overvåge rumlig kognition (målt ved spontan vekslen) og sonderende adfærd (målt ved en række indgange) i en række sygdomsmodeller, der påvirker centralnervesystemet. Fordelene ved den optomotoriske respons og Y-labyrinten omfatter følsomhed, testhastighed, brug af medfødte reaktioner (træning er ikke nødvendig) og evnen til at blive udført på vågne (ikke-bedøvede) dyr. Her er protokoller beskrevet for både optomotorisk respons og Y-labyrinten og eksempler på deres anvendelse vist i modeller af type I og type II diabetes. Metoder omfatter forberedelse af gnavere og udstyr, udførelsen af optomotorisk respons og Y-labyrinten og dataanalyse efter testen.

Introduction

Over 463 millioner mennesker lever med diabetes, hvilket gør det til en af de største globale sygdomsepidemier1. En af de alvorlige komplikationer, der opstår som følge af diabetes er diabetisk retinopati (DR), en førende årsag til blindhed for erhvervsaktive amerikanske ^voksne2. I de næste 30 år forventes andelen af udsatte for DR at blive fordoblet, så det er afgørende at finde nye måder at diagnosticere DR på i de tidligere faser for at forebygge og afbøde ^{DR-udviklingen3}. DR har traditionelt været anset for at være en vaskulær ^sygdom4,5,6. Men nu med tegn på neuronal dysfunktion og apoptose i nethinden, der går forud for vaskulær patologi, DR er defineret til at have neuronale og vaskulære komponenter4,5,6,7,8,9. En måde at diagnosticere DR ville være at undersøge neurale abnormiteter i nethinden, et væv, der kan være mere sårbare over for oxidativ stress og metabolisk stamme fra diabetes end andre neurale ^væv10.

Fald i kognitive og motoriske funktion også forekomme med diabetes og er ofte korreleret med retinale ændringer. Ældre personer med type II diabetes skildre dårligere baseline kognitive præstationer og viser mere forværret kognitiv tilbagegang end kontrol ^deltagere11. Derudover er nethinden blevet etableret som en forlængelse af centralnervesystemet og patologier kan manifestere sig i ^nethinden12. Klinisk, forholdet mellem nethinden og hjernen er blevet undersøgt i forbindelse med Alzheimers og andre sygdomme, men er ikke almindeligt undersøgt med diabetes12,13,14,15,16. Ændringer i hjernen og nethinden under udviklingen af diabetes kan udforskes ved hjælp af dyremodeller, herunder STZ rotte (en model af type I diabetes, hvor toksinet, streptozotocin eller STZ, bruges til at beskadige bugspytkirtel betaceller) og Goto-Kakizaki rotte (en polygen model af type II diabetes, hvor dyr udvikler hyperglykæmi spontant på omkring 3 uger). I denne protokol gives en beskrivelse af Y-labyrinten og den optomotoriske reaktion for at vurdere henholdsvis kognitive og visuelle ændringer hos diabetiske gnavere. Den optomotoriske respons (OMR) vurderer rumlig frekvens (svarende til synsskarphed) og kontrastfølsomhed ved at overvåge karakteristiske refleksive hovedsporingsbevægelser for at måle visuelle tærskler for hvert ^øje17. Rumlig frekvens refererer til tykkelsen eller finheden af søjlerne, og kontrastfølsomhed refererer til, hvor meget kontrast der er mellem søjlerne og baggrunden (figur 1E). I mellemtiden tester Y-labyrinten kortsigtet rumlig hukommelse og sonderende funktion, observeret gennem spontane vekslen og indgange gennem labyrintens arme.

Begge forsøg kan udføres hos vågne, ikke-bedøvede dyr og har den fordel at udnytte dyrs medfødte reaktioner, hvilket betyder, at de ikke kræver træning. Begge er relativt følsomme, idet de kan bruges til at opdage underskud tidligt i udviklingen af diabetes hos gnavere og pålidelige, idet de producerer resultater, der korrelerer med andre visuelle, retinale eller adfærdsmæssige tests. Derudover kan brug af OMR og Y-labyrinten i forbindelse med tests som elektroretinogram og optisk sammenhængstomografiscanninger give oplysninger om, hvornår retinale, strukturelle og kognitive ændringer udvikler sig i forhold til hinanden i sygdomsmodeller. Disse undersøgelser kan være nyttige til at identificere neurale degenerationer, der opstår på grund af diabetes. I sidste ende kan dette føre til nye diagnostiske metoder, der effektivt identificerer DR i de tidlige stadier af progression.

OMR og Y-labyrintsystemerne, der bruges til at udvikle denne protokol, er beskrevet i materialetabellen. Tidligere forskning om OMR, af Prusky et ^al.18, og Y-labyrinten, af Maurice et ^al.19, blev brugt som udgangspunkt for at udvikle denne protokol.

Protocol

Alle procedurer blev godkendt af Atlanta Veterans Affairs Institutional Animal Care and Use Committee og i overensstemmelse med National Institutes of Health guide til pleje og brug af laboratoriedyr (NIH Publications, 8. udgave, opdateret 2011). 1. Den optomotoriske respons (OMR) Opsætning af OMR-apparatet (oplysninger om apparater og software i materialetabellen) Vælg den passende størrelse platform til gnaveren: mus, rotte eller stor / neds…

Representative Results

OMR betragtes som vellykket, hvis rumlige frekvens- og kontrastfølsomhedstærskler kan opnås fra en gnaver. Her illustreres brugen af OMR til at vurdere rumlig frekvens i naiv kontrol Brown-Norway og Long-Evans rotter, både unge (3-6 måneder) og alderen (9-12 måneder). Brown-Norway rotter viser typisk en højere baseline rumlig frekvens end Long-Evans rotter. Derudover blev der observeret en aldrende effekt på rumlig frekvens hos Long-Evans rotterne (figur 3A). Data blev analyseret ved…

Discussion

OMR og Y-labyrinten giver mulighed for ikke-invasiv vurdering af visuel funktion og kognitive funktionsunderskud hos gnavere over tid. I denne protokol blev OMR og Y-labyrinten demonstreret for at spore visuelle og kognitive underskud i gnavermodeller af diabetes.

Kritiske trin i protokollen

The OMR

Nogle vigtige punkter at overveje, når du udfører OMR at vurdere visuel funktion er de anvendte testparametre, eksperiment…

Materials

OptoMotry HD	CerebralMechanics Inc.		OMR apparatus & software
Timer	Thomas Scientific	810029AR
Y-Maze apparatus	San Diego Instruments	7001-043	Available specifically for rats