Évaluation comportementale de la fonction visuelle via la réponse optomotrice et de la fonction cognitive via Y-Maze chez les rats diabétiques
Summary
La dégénérescence neuronale dans les yeux et le cerveau à la suite du diabète peut être observée grâce à des tests comportementaux effectués sur des rongeurs. Le labyrinthe Y, une mesure de la cognition spatiale, et la réponse optomotrice, une mesure de la fonction visuelle, fournissent tous deux un aperçu des diagnostics et des traitements potentiels.
Abstract
La réponse optomotrice et le labyrinthe en Y sont des tests comportementaux utiles pour évaluer respectivement la fonction visuelle et cognitive. La réponse optomotrice est un outil précieux pour suivre les changements dans les seuils de fréquence spatiale (SF) et de sensibilité au contraste (CS) au fil du temps dans un certain nombre de modèles de maladies de la rétine, y compris la rétinopathie diabétique. De même, le labyrinthe Y peut être utilisé pour surveiller la cognition spatiale (mesurée par l’alternance spontanée) et le comportement exploratoire (mesuré par un certain nombre d’entrées) dans un certain nombre de modèles de maladies qui affectent le système nerveux central. Les avantages de la réponse optomotrice et du labyrinthe en Y comprennent la sensibilité, la vitesse des tests, l’utilisation de réponses innées (l’entraînement n’est pas nécessaire) et la capacité d’être effectué sur des animaux éveillés (non anesthésiés). Ici, des protocoles sont décrits à la fois pour la réponse optomotrice et le labyrinthe Y et des exemples de leur utilisation montrés dans des modèles de diabète de type I et de type II. Les méthodes comprennent la préparation des rongeurs et de l’équipement, la performance de la réponse optomotrice et du labyrinthe en Y, et l’analyse des données post-test.
Introduction
Plus de 463 millions de personnes vivent avec le diabète, ce qui en fait l’une des plus grandes épidémies mondiales1. L’une des complications graves qui découlent du diabète est la rétinopathie diabétique (DR), l’une des principales causes de cécité chez les adultes américains en âge de travailler2. Au cours des 30 prochaines années, le pourcentage de la population à risque de RD devrait doubler, il est donc crucial de trouver de nouvelles façons de diagnostiquer la RD à ses premiers stades afin de prévenir et d’atténuer le développement de la RD3. On pense traditionnellement que la RD est une maladie vasculaire4,5,6. Cependant, maintenant avec des preuves de dysfonctionnement neuronal et d’apoptose dans la rétine qui précèdent la pathologie vasculaire, la DR est définie comme ayant des composants neuronaux et vasculaires4,5,6,7,8,9. Une façon de diagnostiquer la RD serait d’examiner les anomalies neuronales de la rétine, un tissu qui peut être plus vulnérable au stress oxydatif et à la tension métabolique due au diabète que d’autres tissus neuronaux10.
Les déclins de la fonction cognitive et motrice se produisent également avec le diabète et sont souvent corrélés avec des changements rétiniens. Les personnes âgées atteintes de diabète de type II présentent des performances cognitives de base moins bonnes et présentent un déclin cognitif plus exacerbé que les participants témoins11. De plus, la rétine a été établie comme une extension du système nerveux central et des pathologies peuvent se manifester dans la rétine12. Cliniquement, la relation entre la rétine et le cerveau a été étudiée dans le contexte de la maladie d’Alzheimer et d’autres maladies, mais n’est pas couramment explorée avec le diabète12,13,14,15,16. Les changements dans le cerveau et la rétine au cours de la progression du diabète peuvent être explorés à l’aide de modèles animaux, y compris le rat STZ (un modèle de diabète de type I dans lequel la toxine, la streptozotocine ou STZ, est utilisée pour endommager les cellules bêta pancréatiques) et le rat Goto-Kakizaki (un modèle polygénique du diabète de type II dans lequel les animaux développent une hyperglycémie spontanément vers l’âge de 3 semaines). Dans ce protocole, une description du labyrinthe Y et de la réponse optomotrice pour évaluer les changements cognitifs et visuels chez les rongeurs diabétiques, respectivement, est fournie. La réponse optomotrice (OMR) évalue la fréquence spatiale (similaire à l’acuité visuelle) et la sensibilité au contraste en surveillant les mouvements réflexifs caractéristiques de suivi de la tête pour évaluer les seuils visuels pour chaque œil17. La fréquence spatiale fait référence à l’épaisseur ou à la finesse des barres, et la sensibilité au contraste fait référence au contraste entre les barres et l’arrière-plan (Figure 1E). Pendant ce temps, le labyrinthe en Y teste la mémoire spatiale à court terme et la fonction exploratoire, observées à travers des alternances spontanées et des entrées à travers les bras du labyrinthe.
Les deux tests peuvent être effectués chez des animaux éveillés et non anesthésiés et ont l’avantage de capitaliser sur les réponses innées des animaux, ce qui signifie qu’ils ne nécessitent pas de formation. Les deux sont relativement sensibles, en ce sens qu’ils peuvent être utilisés pour détecter les déficits au début de la progression du diabète chez les rongeurs, et fiables, en ce sens qu’ils produisent des résultats en corrélation avec d’autres tests visuels, rétiniens ou comportementaux. De plus, l’utilisation de l’OMR et du labyrinthe Y en conjonction avec des tests tels que l’électrorétinogramme et la tomographie par cohérence optique peut fournir des informations sur le moment où des changements rétiniens, structurels et cognitifs se développent les uns par rapport aux autres dans les modèles de maladie. Ces recherches pourraient être utiles pour identifier les dégénérescences neuronales dues au diabète. En fin de compte, cela pourrait conduire à de nouvelles méthodes de diagnostic qui identifient efficacement la RD dans les premiers stades de la progression.
Les systèmes OMR et Y-maze utilisés pour développer ce protocole sont décrits dans la Table des matériaux. Des recherches antérieures sur l’OMR, par Prusky et al.18, et le labyrinthe Y, par Maurice et al.19, ont été utilisées comme point de départ pour développer ce protocole.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’OMR et le labyrinthe en Y permettent l’évaluation non invasive des déficits de la fonction visuelle et de la fonction cognitive chez les rongeurs au fil du temps. Dans ce protocole, il a été démontré que l’OMR et le labyrinthe en Y suivent les déficits visuels et cognitifs dans les modèles de diabète chez les rongeurs.
Étapes critiques du protocole
L’OMR
Certains points importants à considérer lors d…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été appuyé par les Prix de développement de carrière du service de réadaptation et de réadaptation du ministère des Anciens Combattants (ADC-1, RX002111; CDA-2; RX002928) à RSA et (CDA-2, RX002342) à AJF et aux National Institutes of Health (NIH-NICHD F31 HD097918 à DACT et NIH-NIEHS T32 ES012870 à DACT) et NEI Core Grant P30EY006360.
Materials
| OptoMotry HD | CerebralMechanics Inc. | OMR apparatus & software | |
| Timer | Thomas Scientific | 810029AR | |
| Y-Maze apparatus | San Diego Instruments | 7001-043 | Available specifically for rats |
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