Монокулярный визуальный лишение и глазной доминирование Пластика Измерения в мыши первичной визуальной коры
Summary
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
Representative Results
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…
Disclosures
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 |
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).
