Monokulare visuelle Deprivation und Ocular Dominance Plastizitätsmessung in der Maus primäre visuelle Kortex
Summary
Hier stellen wir detaillierte Protokolle für monokulare sehische Entbehrung und Augendominanz Plastizitätsanalyse, die wichtige Methoden zur Untersuchung der neuronalen Mechanismen der visuellen Plastizität während der kritischen Periode und die Auswirkungen von spezifischen Genen auf visuelle Entwicklung.
Abstract
Monokulare visuelle Entbehrung ist ein ausgezeichnetes experimentelles Paradigma, um primäre visuelle kortikale Reaktion Plastizität zu induzieren. Im Allgemeinen ist die Reaktion des Kortex auf das kontralaterale Auge auf einen Stimulus viel stärker als die Reaktion des ipsilateralen Auges im binokularen Segment des primären visuellen Kortex der Maus (V1). Während der kritischen Phase des Säugetiers führt die Nähe des kontralateralen Auges zu einem schnellen Verlust der Reaktionsfähigkeit von V1-Zellen auf kontralaterale Augenstimulation. Mit der Weiterentwicklung transgener Technologien nutzen immer mehr Studien transgene Mäuse als experimentelle Modelle, um die Auswirkungen spezifischer Gene auf die Plastizität der Augendominanz (OD) zu untersuchen. In dieser Studie führen wir detaillierte Protokolle für monokulare visuelle Entbehrung ein und berechnen die Veränderung der OD-Plastizität in Maus V1. Nach monokularer Entbehrung (MD) für 4 Tage während der kritischen Periode werden die Orientierungsabstimmungskurven jedes Neurons gemessen und die Stimmkurven der Schicht vier Neuronen in V1 zwischen stimulation der ipsilateralen und kontralateralen Augen verglichen. Der kontralaterale Bias-Index (CBI) kann mit dem okulären OD-Score jeder Zelle berechnet werden, um den Grad der OD-Plastizität anzugeben. Diese experimentelle Technik ist wichtig für die Untersuchung der neuronalen Mechanismen der OD-Plastizität während der kritischen Periode und für die Vermessung der Rolle bestimmter Gene in der neuronalen Entwicklung. Die Hauptbeschränkung ist, dass die akute Studie die Veränderung der neuronalen Plastizität derselben Maus zu einem anderen Zeitpunkt nicht untersuchen kann.
Introduction
Monokulare visuelle Entbehrung ist ein ausgezeichnetes experimentelles Paradigma, um Die Plastizität von V1 zu untersuchen. Um die Bedeutung der visuellen Erfahrung in der neuronalen Entwicklung zu untersuchen, David Hubel und Torsten Wiesel1,2 beraubt Kätzchen des normalen Sehens in einem Auge an verschiedenen Zeitpunkten und für unterschiedliche Zeiträume. Sie beobachteten dann die Veränderungen der Reaktionsintensität in V1 für die benachteiligten und nicht benachteiligten Augen. Ihre Ergebnisse zeigten eine ungewöhnlich geringe Anzahl von Neuronen, die auf das Auge reagierten, das in den ersten drei Monaten geschlossen vernässt worden war. Allerdings blieben die Reaktionen der Neuronen bei den Kätzchen in jeder Hinsicht identisch mit denen einer normalen erwachsenen Katze Auge, die für ein Jahr geschlossen war, und die Kätzchen nicht erholt. MD bei erwachsenen Katzen kann keine OD Plastizität induzieren. Daher ist der Einfluss der visuellen Erfahrung auf die V1-Verdrahtung während einer kurzen, genau definierten Entwicklungsphase, vor und nach der die gleichen Reize weniger Einfluss haben, stark. Eine solche Phase erhöhter Anfälligkeit für visuelle Eingaben wird als kritische Periode im visuellen Kortex bezeichnet.
Obwohl die Maus ein nachtdrehendes Tier ist, haben einzelne Neuronen in Maus V1 ähnliche Eigenschaften wie Neuronen bei Katzengefunden 3,4,5. In den letzten Jahren, mit der schnellen Entwicklung der transgenen Technologie, eine wachsende Anzahl von Studien in der visuellen Neurowissenschaft haben Mäuse als experimentelles Modell6,7,8verwendet. In visuellen Studien mit Mäusen verwenden Neurowissenschaftler Mutanten und Knockout-Mauslinien, die die Kontrolle über die genetische Zusammensetzung der Mäuse ermöglichen. Obwohl Mäusen V1 OD-Säulen fehlen, zeigen einzelne Neuronen in der V1-Fernglaszone signifikante OD-Eigenschaften. Zum Beispiel reagieren die meisten Zellen stärker auf kontralaterale Stimulation als auf ipsilaterale Stimulation. Die vorübergehende Schließung eines Auges während der kritischen Periode führt zu einer signifikanten Verschiebung der OD-Indexverteilung9,10,11. Daher kann MD verwendet werden, um ein OD-Plastizitätsmodell zu erstellen, um zu untersuchen, wie Gene, die an neuronalen Entwicklungsstörungen beteiligt sind, die kortikale Plastizität in vivo beeinflussen.
Hier führen wir eine experimentelle Methode für MD ein und schlagen eine häufig verwendete Methode (elektrophysiologische Aufzeichnung) vor, um die Veränderung der OD-Plastizität während der monokulären visuellen Deprivation zu analysieren. Die Methode ist weit verbreitet in vielen Laboratorien seit mehr als 20 Jahren12,13,14,15,16. Es gibt auch andere Methoden zur Messung der OD-Plastizität, wie z. B. das chronische visuelle evozierte Potential (VEP) mit der Aufzeichnung17und die intrinsische optische Bildgebung (IOI)18. Der wesentliche Vorteil dieser akuten Methode ist, dass sie leicht zu befolgen ist, und die Ergebnisse sind bemerkenswert zuverlässig.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir präsentieren ein detailliertes Protokoll zur MD-Messung und Messung der OD-Plastizität durch Einzelaufnahme. Dieses Protokoll ist weit verbreitet in der visuellen Neurowissenschaft verwendet. Obwohl das MD-Protokoll nicht kompliziert ist, gibt es einige kritische chirurgische Verfahren, die sorgfältig befolgt werden müssen. Erstens gibt es zwei wichtige Details, die die Qualität der Nähte gewährleisten. Die Naht ist ausreichend stabil, wenn die Stiche im medialen Teil des Augenlids konzentriert sind. Darüber …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (81571770, 81771925, 81861128001) unterstützt.
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
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