Высокий | Даляньская Лунная Посадка Компания, ООО

Биология связи, том 6, Номер статьи: 572 (2023) Цитировать эту статью

684 доступа

11 Альтметрика

Подробности о метриках

Лабораторная мышь предоставила огромное понимание основ физиологии центральной нервной системы млекопитающих. В последние годы стало возможным получать изображения отдельных нейронов, глии и сосудистых клеток in vivo, используя препараты, фиксируемые на голове, в сочетании с краниальными окнами для изучения локальных сетей активности в живом мозге. Такие подходы также оказались успешными без использования общей анестезии, что позволило получить представление о естественном поведении центральной нервной системы. Однако то же самое еще не разработано для глаза, который постоянно находится в движении. Здесь мы охарактеризуем новый препарат с фиксированной головой, который позволяет получать изображения сетчатки с адаптивной оптикой высокого разрешения на уровне отдельных клеток у бодрствующих мышей. Мы выявили три новых функциональных признака нормального глаза, которые упускаются из виду при анестезии: 1) Высокочастотные движения глаз мыши с низкой амплитудой, которые присутствуют только в состоянии бодрствования 2) Одноклеточный кровоток в сетчатке мыши уменьшается под анестезией и 3) сетчатка мыши утолщается в ответ на анестезию кетамином/ксилазином. Здесь мы показываем ключевые преимущества препарата для бодрствования, который позволяет изучать физиологию сетчатки без анестезии для изучения нормальной физиологии сетчатки у мышей.

Лабораторная мышь является незаменимой моделью для биомедицинских исследований благодаря своему размеру, доступности, секвенированному генетическому каталогу и способности моделировать аспекты заболеваний человека. В частности, это позволило изучить анатомию и функцию глаза млекопитающих, который, за исключением размера и заметного отсутствия ямки, во многом напоминает человеческий глаз1. Для получения изображений сетчатки с высоким разрешением у мышей обычно требуется анестезия для стабилизации препарата и подавления движения глаз, что делает функциональную оценку на клеточном уровне практически невозможной2. Некоторые подходы продемонстрировали, что визуализация сетчатки мыши возможна при ограничении рук3,4, однако этот подход полезен для целей фотографирования одного снимка и не обеспечивает стабильную оптическую ось, которая необходима для функциональных измерений.

Проведение общей анестезии обеспечивает стабилизацию препарата in vivo и уменьшает движение глаз; однако он также может изменить нормальную физиологическую функцию, тем самым ограничивая интерпретацию измерений in vivo, особенно функций центральной нервной системы (ЦНС)5,6. С этой целью поведенческие и физиологические нейробиологи разработали препараты с фиксацией на голове, которые стабилизируют мозг для электрофизиологии и микроскопии in vivo7, устраняя необходимость в анестезии. Примечательно, что исследования выявили различные ключевые нейрофизиологические различия в состоянии бодрствования и состоянии наркоза8,9. Еще одним последствием анестезии при исследовании зрения является то, что она устраняет естественное движение глаз, которое обеспечивает пространственно-временной контраст зрительной системы. Подавление естественного движения глаз фундаментально меняет пространственно-временную кинетику выхода ганглиозных клеток в латеральное коленчатое ядро, верхние холмики и зрительную кору в исследованиях на мышах10. Есть также сообщения о том, что передвижение в состоянии бодрствования существенно меняет физиологическую реакцию зрительной коры11, однако механизмы до конца не изучены. Таким образом, если оставить движение глаз нетронутым, это может еще больше продвинуться в понимании глазодвигательного поведения мышей и, в частности, того, как биологическое движение глаз может влиять и управлять базовой зрительной физиологией.

В дополнение к преимуществам сохранения движения глаз и устранения осложнений, связанных с анестезией, визуализация бодрствующей мыши также может помочь в визуализации сетчатки в нескольких дополнительных аспектах. Во-первых, визуализация бодрствующего животного может предотвратить оптическое помутнение в результате длительной анестезии, что было огромной проблемой для визуализации глаз у анестезированных мышей12. Во-вторых, терморегуляция не является необходимой при визуализации бодрствующей мыши, что, как было показано, влияет на гомеостатическую физиологию13. И, наконец, бодрствующая мышь сохраняет нормальную ясность глаз, моргая и постоянно обновляя слезную пленку, без необходимости использования контактных линз или смазки, что может искажать поведенческие или естественные оптические условия14.

10%), we evaluated SLO videos captured at 8.8 frames per second (fps). We found 94.75 ± 11.13% of the frames were unclipped for the 2.0 mm beam (Mean ± SD, N = 5 mice) and 99.78 ± 0.30% of frames were unclipped when using a 1.6 mm beam. The small fraction of pupil clipping in either the spatial or temporal analysis was attributed mostly to gaze behavior of the mouse rather than lack of stability of the headplate preparation. The pupil stability was also examined by comparing the pupil position to relative to the simultaneously recorded gait velocity. There was no correlation between the beam clipping or pupil centration with the locomotion behavior. This suggests pupil stability was attributed to a stably fixed headplate (Fig. 2d). Both the spatial and temporal analysis suggest that the pupil is stable, even under locomotion up to 0.8 m/s (approximately ¼th the top speed of an unrestrained mouse). Thus, the awake mouse eye preparation lends itself favorable for continuous retinal imaging that facilitates functional optophysiology in more natural conditions./p>5˚, rapid (~50˚/s), and rare (~7 per minute in mouse, compared to multiple saccades per second in the human). As mice lack a fovea, these gaze shifts are not true saccades that re-center the image on the fovea22, but may instead represent a redistribution of the visual scene on areas denser with photoreceptors or smaller ganglion cell receptive fields which reside near the optical axis of the eye23. Twenty minutes of semi-continuous video tracking of the mouse retina, gaze behavior showed a clustered pattern of persistence over several preferred gaze directions suggesting a natural resting position of the eye, or preferred gaze direction based on visual features within the laboratory room. To determine the persistence of the gaze positions, the data was then split and normalized to the local mean position for every 10 s. Using this analysis, we found the retinal position stayed within 5˚ of the visual angle 80.02 ± 0.065% of the time within the 10-s windows, which corresponds to the typical video acquisition window of high-resolution AOSLO imaging. This is relevant for high-resolution imaging as the subtended field for AOSLO imaging is typically 5˚, suggesting that offline image registration may correct motion by strip or frame registration approaches without "frame-out" errors which make image registration based on common features or cross-correlation approaches challenging24./p>30 Hz). Bottom: trace of the eye motion velocity. c Fourier transform of the eye motion trace (unfiltered). Power were observed up to 200 Hz. Two prominent low-frequency peaks were observed respectively at 2 Hz (120 bpm) and 9 Hz (540 bpm), which may be contributed by the respiratory and heartbeats. d Fourier transform of the eye motion velocity. Elevated power at 30–200 Hz were observed, indicating the bandwidth of the eye tremor./p>

200 Hz to achieve diffraction-limited potential in the awake mouse./p>