小鼠视动反射视觉特征选择性的量化

我们关注健康和疾病小鼠模型中视觉系统的功能。目前，我们采用视动反射（optokinetic reflex，简称 OKR）进行研究。OKR 是一种非自主性的眼球运动，其功能是稳定视网膜上的图像，有助于理解视觉系统如何参与视觉本能行为的适应性过程。视动反射模型的研究通过证明长期视觉刺激或类似眼反射功能受损均可增强行为幅度，并通过探究其潜在的分子、突触和分泌机制，推动了人们对本能行为及可塑性的理解。

我们结合了视频眼动图技术和计算机化虚拟视觉刺激，以精确量化通过自由改变参数截断所诱发的视动性眼震反应（OKR）行为。该方法相对简单，可实现标准化，适用于大规模研究。本方案能够准确分析调谐曲线的形态和偏好的视觉特征，检测正常与病理状态下的细微差异，并可监测药物干预或视觉运动学习引起的OKR变化。

高精度和定量能力使得在纵向研究中对同一只小鼠进行重复的OKR测量成为可能，从而比较其在不同药理学处理或神经环路保存条件下的变化。这也为研究OKR可塑性的神经环路及其环路机制提供了机会。在麻醉小鼠后，将其放置在加热垫上以维持其体温。

在双眼上涂抹一层润滑性眼膏，并用铝箔覆盖以保护眼睛免受光照刺激，随后皮下注射卡洛芬，剂量为每千克体重20毫克，以减轻疼痛。用4%葡萄糖酸氯己定湿润颅骨顶部的毛发并剃除该区域毛发。使用70%异丙醇和氯己定酒精对暴露的头皮进行两次消毒。

接下来，在切口部位皮下注射布比卡因，然后用剪刀去除头皮以暴露颅骨背侧表面，包括后额骨、顶骨和顶间骨。在暴露的颅骨上滴加数滴1%利多卡因和1:100,000肾上腺素，以减轻局部疼痛和出血。随后使用Meyhoefer刮匙刮除颅骨表面筋膜，并用PBS清洗干净。

轻轻将压缩空气吹至颅骨表面，直至水分完全蒸发，骨面呈现灰白色。随后，在暴露的颅骨表面（包括头皮切口边缘）涂抹一层薄薄的超级胶水，再覆盖一层丙烯酸树脂。接着，将一根不锈钢头固定杆沿颅骨中线放置于颅骨顶部，并从头杆边缘开始涂抹更多丙烯酸树脂，直至头杆基部完全嵌入树脂中。静置约15分钟，等待丙烯酸树脂完全固化。

皮下注射1毫升乳酸林格氏液，然后将小鼠放回置于加热垫上的笼子中，直至动物完全恢复活动能力。设置好虚拟鼓和视频眼动仪后，将动物头部固定在定制的平台上。调整头部倾斜角度，使左右眼处于同一水平，且眼睛的鼻侧和颞侧眼角水平对齐。

将固定头部的动物所在平台转移至由三个显示器构成的围栏中心。打开眼动追踪软件，点击“自由运行”，然后点击“运行”按钮以开启相机。调整右眼的位置，直到其出现在视频中央。

将相机臂旋转至最左侧端点，然后通过二维平移台的微调，手动移动动物右眼位置，使其在垂直于光轴的水平面上调整，直至角膜X反射点位于图像的水平中心。接着将相机臂旋转至另一端，如果角膜X反射点偏离图像中心，则沿光轴方向微调右眼位置，直至角膜X反射点回到中心。重复此过程数次，直至相机臂左右摆动时，角膜X反射点始终保持在图像中心。

单击校准按钮，然后单击运行按钮。打开Y轴角膜反射LED，记录其在视频中的位置，然后切换至X轴角膜反射LED，并记录其位置。为测量瞳孔旋转半径，将相机臂向左端旋转。

通过右键单击鼠标记录瞳孔和X角膜反射在视频中的位置，然后将相机臂旋转至最右端。再次记录瞳孔和X角膜反射在视频中的位置。根据记录的数值，使用以下公式计算瞳孔旋转半径RP。

为了建立瞳孔旋转与瞳孔直径之间的关系，将显示器的亮度从0调节至160坎德拉每平方米，以控制瞳孔大小，并记录每个亮度值下的瞳孔直径。针对每个亮度值，测量瞳孔旋转半径8到10次，并记录瞳孔直径。然后使用线性回归分析瞳孔旋转半径（RP）与瞳孔直径之间的关系，进而推导出线性模型的斜率和截距。

将小鼠头部固定在装置上并校准眼动后，将相机臂锁定在中心位置。运行视觉刺激和眼动追踪软件。进行明视条件下OKR测量时，确保滚筒光栅以正弦轨迹水平振荡。

对于暗视OKR，为实现暗视视觉刺激，使用由五层1.2中性密度滤光片制成的定制滤光片覆盖每个显示器的屏幕，并关闭室内灯光。向右眼滴入一滴匹鲁卡品溶液，等待15分钟，使瞳孔缩小至适合在暗视条件下进行眼动追踪的大小。确保药滴保留在眼睛上，不被小鼠擦拭掉。

随后，用生理盐水冲洗右眼，彻底清除毛果芸香碱溶液。最后，拉下遮光帘，完全封闭实验箱体，以防止杂散光干扰暗视觉。运行视觉刺激和眼动追踪软件。

在进行暗视OKR测量时，确保圆筒光栅以恒定速度从左向右、即围绕左眼的颞侧向鼻侧方向移动。OKR增益随空间频率、振荡频率以及移动光栅方向的不同而变化。OKR行为的空间频率调谐曲线在0.16 cycles per degree的中等空间频率处达到峰值。

随着光栅鼓振荡频率的增加，振荡频率调谐曲线呈单调下降趋势。水平视动性眼震也可由向不同方向移动的光栅诱发，但最强的水平视动性眼震反应由颞侧向鼻侧的运动所引发。在持续45分钟的视动性眼震刺激后，视动性眼震反应的幅度显著增强。