概要

Монокулярный визуальный лишение и глазной доминирование Пластика Измерения в мыши первичной визуальной коры

Published: February 08, 2020
doi:

概要

Здесь мы представляем подробные протоколы для монокулярной визуализации зрения и анализа пластики глазного доминирования, которые являются важными методами для изучения нейронных механизмов визуальной пластичности в критический период и влияния специфических генов на визуальное развитие.

Abstract

Монокулярная лишение зрения является отличной экспериментальной парадигмой, чтобы вызвать первичной зрительной корковой реакции пластичности. В целом, реакция коры на контралатеральный глаз на стимул гораздо сильнее, чем реакция ипсилатерального глаза в бинокулярном сегменте первичной зрительной коры мыши (V1). В критический период млекопитающих, зашивание контралатерального глаза приведет к быстрой потере отзывчивости клеток V1 к контралатеральной стимуляции глаз. С продолжающимся развитием трансгенных технологий, все больше и больше исследований используют трансгенных мышей в качестве экспериментальных моделей для изучения влияния конкретных генов на глазное доминирование (OD) пластичность. В этом исследовании мы вводим подробные протоколы для монокулярной визуальной депривации и вычисляем изменения в пластичности OD в мыши V1. После монокулярной депривации (MD) в течение 4 дней в критический период измеряются кривые настройки ориентации каждого нейрона, а кривые настройки четырех нейронов уровня в V1 сравниваются между стимуляцией ипсилатеральных и контралатеральных глаз. Контралатеральный индекс смещения (CBI) может быть рассчитан с помощью глазной оценки OD каждой клетки, чтобы указать степень пластичности OD. Этот экспериментальный метод важен для изучения нейронных механизмов пластичности ОД в критический период и для съемки роли конкретных генов в нервном развитии. Основным ограничением является то, что острое исследование не может исследовать изменения в нервной пластичности одной и той же мыши в разное время.

Introduction

Монокулярная визуальная депривация является отличной экспериментальной парадигмой для изучения пластичности V1. Чтобы изучить важность визуального опыта в нервном развитии, Дэвид Хубэль и Торстен Визель1,2 лишили котят нормального зрения на один глаз в различные моменты времени и в течение различных периодов времени. Затем они наблюдали изменения интенсивности реакции в V1 для обездоленных и необездоеденных глаз. Их результаты показали аномально низкое число нейронов, реагирующих на глаз, который был зашивается закрыты в первые три месяца. Тем не менее, ответы от нейронов в котят остались идентичныво во всех отношениях, чтобы те из нормального взрослого кошачьего глаза, который был зашепан закрыты в течение года, и котята не восстановить. MD у взрослых кошек не может вызвать ПРО пластичности. Таким образом, влияние визуального опыта на проводку V1 сильно во время краткой, четко определенной фазы развития, до и после чего те же стимулы имеют меньшее влияние. Такая фаза повышенной восприимчивости к визуальному вхожжью известна как критический период в зрительной коре.

Хотя мышь ночная животное, отдельные нейроны в мыши V1 имеют сходные свойства с нейронами, найденными у кошек3,4,5. В последние годы, с быстрым развитием трансгенных технологий, все большее число исследований в области визуальной нейронауки использовали мышей в качестве экспериментальной модели6,7,8. В мышах визуальных исследований, нейробиологи используют мутантов и нокаут мыши линий, которые позволяют контролировать генетический состав мышей. Хотя мышам V1 не хватает OD колонны, одиночные нейроны в бинокулярной зоне V1 показывают значительные свойства OD. Например, большинство клеток более сильно реагируют на контралатеральную стимуляцию, чем на ипсилатеральную стимуляцию. Временное закрытие одного глаза в критический период вызывает значительный сдвиг в распределении индекса OD9,10,11. Таким образом, MD может быть использован для создания модели пластичности OD для исследования того, как гены, участвующие в нервных расстройств развития влияют на корковую пластичность in vivo.

Здесь мы внедряем экспериментальный метод md и предлагаем широко используемый метод (электрофизиологическая запись) для анализа изменений в пластичности ОД во время монокулярной визуальной депривации. Метод широко используется во многих лабораториях уже более 20 лет12,13,14,15,16. Есть и другие методы, используемые в измерении пластичности ОД, а также, такие как хронические визуальные вызвал потенциал (VEP) записи17, и внутреннее оптическое изображение (IOI)18. Существенным преимуществом этого острого метода является то, что его легко следовать, и результаты удивительно надежны.

Protocol

В этом протоколе, мышей C57Bl/6 мышки были получены от института животных лаборатории Академии медицинских наук Sichuan и стационара провинции Sichuan. Все процедуры по уходу за животными и экспериментальные процедуры были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных…

Representative Results

Экспериментальные результаты, описанные здесь, позволяют успешно измерять пластичность MD и OD из обездоленной и нелишенной мыши в критический период (P19-P32). На рисунке 1 показано, как выполнять записи одного блока в слое 4 из V1 бинокль зоны для сравнения ответов в ipsilateral и к…

Discussion

Мы представляем подробный протокол для MD и измерения пластичности OD с помощью записи одного блока. Этот протокол широко используется в зрительной нейронауке. Хотя протокол MD не является сложным, Есть некоторые критические хирургические процедуры, которые должны соблюдаться тщательно…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (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

参考文献

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Niell, C. M. Cell Types, circuits, and receptive fields in the mouse visual cortex. Annual Review of Neuroscience. 38 (1), 413-431 (2015).
  6. Lee, S. H., et al. Activation of specific interneurons improves V1 feature selectivity and visual perception. Nature. 488 (8), 379-383 (2012).
  7. Cossell, L., et al. Functional organization of excitatory synaptic strength in primary visual cortex. Nature. 518 (2), 399-403 (2015).
  8. Lacaruso, M. F., Gasler, L. T., Hofer, S. B. Synaptic organization of visual space in primary visual cortex. Nature. 547 (7), 449-452 (2017).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Sawtell, N. B., et al. NMDA receptor-dependent ocular dominance plasticity in adult visual cortex. Neuron. 38 (6), 977-985 (2003).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).

Play Video

記事を引用
Chen, K., Zhao, Y., Liu, T., Su, Z., Yu, H., Chan, L. L. H., Liu, T., Yao, D. Monocular Visual Deprivation and Ocular Dominance Plasticity Measurement in the Mouse Primary Visual Cortex. J. Vis. Exp. (156), e60600, doi:10.3791/60600 (2020).

View Video