マウス初等視覚皮質における単眼視外剥離と眼優位可塑性測定
Summary
ここでは、臨界期の視覚可塑性の神経機構と特定遺伝子の影響を研究するための重要な方法である単眼視欠損および眼優位可塑性解析のための詳細なプロトコルを紹介します。ビジュアル開発。
Abstract
単眼視欠乏は、一次視覚皮質応答可塑性を誘導する優れた実験的パラダイムである。一般に、刺激に対する眼の対眼に対する皮質の応答は、マウスの主要視覚皮質(V1)の両眼セグメントにおける眼の眼の応答よりもはるかに強い。哺乳類の臨界期に、対側眼を縫合すると、V1細胞の対側眼刺激に対する応答性が急速に失われる。トランスジェニック技術の開発が続く中、トランスジェニックマウスを実験モデルとして用いて、特定の遺伝子が眼優位(OD)可塑性に及ぼす影響を調べる研究が増えています。本研究では、単眼視欠乏に関する詳細なプロトコルを紹介し、マウスV1におけるOD可塑性の変化を計算する。臨界期の4日間の単眼欠損(MD)の後、各ニューロンの向きの調整曲線を測定し、V1の層4ニューロンのチューニング曲線を、眼の両側と眼の両側の刺激との間で比較する。反側バイアス指数(CBI)は、各細胞の眼のODスコアを使用して、OD可塑性の程度を示すために計算することができる。この実験技術は、臨界期におけるOD可塑性の神経機構を研究し、神経発達における特定の遺伝子の役割を調査する上で重要である。大きな制限は、急性研究が異なる時間に同じマウスの神経可塑性の変化を調査できないことです。
Introduction
単眼視欠乏は、V1可塑性を調べる優れた実験パラダイムである。神経発達における視覚体験の重要性を研究するために、デビッド・フーベルとTorsten Wiesel1,2様々な時点で、様々な期間のために片目で正常な視力の子猫を奪った。その後、奪われた目と奪われた目に対するV1の応答強度の変化を観察した。彼らの結果は、最初の3ヶ月間に閉じられていた目に反応するニューロンの数が異常に少ないことを示した。しかし、子猫のニューロンからの反応は、1年間閉じられた正常な成虫の猫の目のものとすべての点で同じままであり、子猫は回復しませんでした。成虫猫のMDは、OD可塑性を誘導することはできません。したがって、視覚経験がV1配線に及ぼす影響は、短く明確に定義された開発段階で強く、その前後に同じ刺激の影響が少ない。視覚入力に対する感受性の増加のこのような段階は、視覚皮質における臨界期として知られている。
マウスは夜行性動物であるが、マウスV1の個々のニューロンは、猫3、4、5に見られるニューロンと同様の特性を有する。近年、トランスジェニック技術の急速な発展に伴い、視覚神経科学における研究の増加は、実験モデル6、7、8としてマウスを使用している。マウスの視覚研究では、神経科学者は突然変異体とノックアウトマウスラインを使用し、マウスの遺伝的構成を制御することができます。マウスV1はODカラムを欠いているが、V1双眼ゾーンの単一ニューロンは有意なOD特性を示す。例えば、ほとんどの細胞は、ipsilateral刺激よりも対側刺激に対してより強く反応する。臨界期中に片目を一時的に閉じ、OD指数分布9,10,11の有意な変化を誘発する。したがって、MDは、神経発達障害に関与する遺伝子が生体内の皮質可塑性にどのように影響するかを調べるためのOD可塑性モデルを確立するために使用することができる。
ここでは、MDの実験方法を紹介し、単眼視欠乏時のOD可塑性の変化を解析する一般的な方法(電気生理学的記録)を提案する。この方法は、20年以上20年以上の12年、13年、14、15、16年のために多くの研究室で広く使用されています。OD可塑性の測定にも用いられる他の方法があり、慢性視覚誘発電位(VEP)記録17、および固有光学イメージング(IOI)18などがある。この鋭い方法の重要な利点は、それが従うのが容易であり、結果が非常に信頼性が高いということです。
Protocol
Representative Results
Discussion
MDと測定の可塑性を単一ユニット記録で詳細に説明します。このプロトコルは視覚神経科学で広く使用されています。MDプロトコルは複雑ではありませんが、慎重に従わなければならないいくつかの重要な外科的処置があります。まず、ステッチの品質を確保する2つの重要な詳細があります。縫合は、縫合がまぶたの内側部分に集中している場合に十分に安定である。さらに、結び目の頭部?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、中国国立自然科学財団(81571770、81771925、81861128001)によって支持されました。
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).
