Privação Visual Monocular e Medição de Plasticidade de Dominação Ocular no Córtex Visual Primário do Camundongo
Summary
Aqui, apresentamos protocolos detalhados para privação visual monocular e análise de plasticidade de dominação ocular, que são métodos importantes para estudar os mecanismos neurais da plasticidade visual durante o período crítico e os efeitos de genes específicos em desenvolvimento visual.
Abstract
A privação visual monocular é um excelente paradigma experimental para induzir a plasticidade de resposta cortical visual primária. Em geral, a resposta do córtex ao olho contralateral a um estímulo é muito mais forte do que a resposta do olho ipsilateral no segmento binóculo do córtex visual primário do camundongo (V1). Durante o período crítico dos mamíferos, suturar o olho contralateral resultará em uma rápida perda de capacidade de resposta das células V1 para estimulação ocular contralateral. Com o desenvolvimento contínuo de tecnologias transgênicas, cada vez mais estudos estão usando camundongos transgênicos como modelos experimentais para examinar os efeitos de genes específicos na plasticidade de dominação ocular (OD). Neste estudo, introduzimos protocolos detalhados para privação visual monocular e calculamos a mudança na plasticidade od no mouse V1. Após a privação monocular (MD) por 4 dias durante o período crítico, as curvas de ajuste de orientação de cada neurônio são medidas, e as curvas de ajuste da camada quatro neurônios em V1 são comparadas entre a estimulação dos olhos ipsilaterais e contralaterais. O índice de viés contralateral (ICB) pode ser calculado usando o escore ocular de OD de cada célula para indicar o grau de plasticidade od. Esta técnica experimental é importante para estudar os mecanismos neurais da plasticidade da OD durante o período crítico e para o levantamento dos papéis de genes específicos no desenvolvimento neural. A maior limitação é que o estudo agudo não pode investigar a mudança na plasticidade neural do mesmo camundongo em um momento diferente.
Introduction
A privação visual monocular é um excelente paradigma experimental para examinar a plasticidade V1. Para estudar a importância da experiência visual no desenvolvimento neural, David Hubel e Torsten Wiesel1,2 gatinhos privados de visão normal em um olho em vários pontos de tempo e por períodos variados de tempo. Eles então observaram as mudanças na intensidade de resposta em V1 para os olhos privados e não privados. Seus resultados mostraram um número anormalmente baixo de neurônios reagindo ao olho que havia sido suturado fechado nos primeiros três meses. No entanto, as respostas dos neurônios nos gatinhos permaneceram idênticas em todos os aspectos aos olhos de um gato adulto normal que foi suturado fechado por um ano, e os gatinhos não se recuperaram. MD em gatos adultos não pode induzir plasticidade od. Portanto, o impacto da experiência visual na fiação V1 é forte durante uma breve e bem definida fase de desenvolvimento, antes e depois da qual os mesmos estímulos têm menos influência. Tal fase de maior suscetibilidade à entrada visual é conhecida como o período crítico no córtex visual.
Embora o camundongo seja um animal noturno, neurônios individuais no camundongo V1 têm propriedades semelhantes aos neurônios encontrados em gatos3,4,5. Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da tecnologia transgênica, um número crescente de estudos em neurociência visual tem usado camundongos como modelo experimental6,7,8. Em estudos visuais de camundongos, neurocientistas usam mutantes e linhas de ratos de nocaute, que permitem o controle sobre a composição genética dos camundongos. Embora os camundongos V1 não tenham colunas od, neurônios únicos na zona binocular V1 mostram propriedades significativas de OD. Por exemplo, a maioria das células responde mais fortemente à estimulação contralateral do que à estimulação ipsilateral. O fechamento temporário de um olho durante o período crítico induz uma mudança significativa na distribuição do índice OD9,10,11. Portanto, o MD pode ser usado para estabelecer um modelo de plasticidade de OD para investigar como genes envolvidos em distúrbios do desenvolvimento neural influenciam a plasticidade cortical in vivo.
Aqui, introduzimos um método experimental para MD e sugerimos um método comumente usado (gravação eletrofisiológica) para analisar a mudança na plasticidade od durante a privação visual monocular. O método tem sido amplamente utilizado em muitos laboratórios por mais de 20 anos12,13,14,15,16. Existem outros métodos utilizados na medição da plasticidade od também, como o potencial visual crônico evocado (VEP) registrando17, e imagen óptica intrínseca (IOI)18. A vantagem significativa deste método agudo é que é fácil de seguir, e os resultados são notavelmente confiáveis.
Protocol
Representative Results
Discussion
Apresentamos um protocolo detalhado para MD e medindo plasticidade od por gravação de unidade única. Este protocolo é amplamente utilizado na neurociência visual. Embora o protocolo de DM não seja complicado, existem alguns procedimentos cirúrgicos críticos que devem ser seguidos cuidadosamente. Primeiro, há dois detalhes importantes garantindo a qualidade da costura. A sutura é suficientemente estável se os pontos estiverem concentrados na porção medial da pálpebra. Além disso, 3 μL de cola é aplicado n…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo foi apoiado pela Fundação Nacional de CiênciaNatural da China (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).
