Vidéo-oculographie chez la souris
19 juillet 2012
Vidéo-oculographie est une méthode très quantitative pour étudier les performances du moteur oculaire ainsi que l'apprentissage moteur. Ici, nous décrivons la façon de mesurer la vidéo-oculographie chez la souris. En appliquant cette technique sur la normale, pharmacologiquement traitées ou des souris génétiquement modifiées est un puissant outil de recherche pour explorer la physiologie sous-jacente des comportements moteurs.
L'objectif général de cette procédure est de réaliser une vidéonystagmographie chez la souris. Cette opération s'effectue en deux étapes : premièrement, équiper la souris d'une construction en forme de socle sur le crâne, permettant d'immobiliser sa tête dans un dispositif spécial de contention crânienne ; deuxièmement, placer la souris dans le dispositif de vidéonystagmographie et calibrer le système de suivi vidéo de la pupille.
Les mouvements oculaires suivants sont enregistrés pendant que le système oculomoteur est activé à l’aide d’un large répertoire de stimuli vestibulaires et optocinétiques. La dernière étape consiste à analyser ces mouvements oculaires. En fin de compte, la vidéonystagmographie chez des souris normales, traitées pharmacologiquement ou modifiées génétiquement peut être utilisée pour explorer la physiologie des comportements moteurs.
Bien que cette méthode puisse fournir des informations sur le système moteur oculaire, elle peut également être appliquée à l'étude de maladies d'origine cérébelleuse, vestibulaire ou oculaire en utilisant des mutants murins qui imitent des pathologies humaines. Pour commencer cette procédure, anesthésiez la souris dans une chambre à gaz à l'aide d'un mélange d'isof, de fluor et d'oxygène. Ensuite, maintenez l'anesthésie en administrant le gaz par un masque.
Ensuite, utilisez un coussin chauffant et un capteur thermique anal pour maintenir la température corporelle de la souris à 37 degrés Celsius. Appliquez ensuite la pommade ophtalmique pour protéger les yeux contre le dessèchement, rasez les poils crâniens dorsaux et nettoyez la zone chirurgicale. Par la suite, pratiquez une incision médiane afin d'exposer la surface crânienne dorsale du crâne, puis nettoyez et séchez la surface.
Appliquez ensuite une goutte d'acide phosphorique provenant de bgma sur Lambda. Après 15 secondes, retirez l'attaque, puis nettoyez la surface crânienne avec du sérum physiologique et séchez-la à nouveau. Appliquez une goutte d'opti bond prime sur la partie supérieure de la surface crânienne gravée et laissez sécher à l'air.
Le faire sécher pendant 30 secondes. Ensuite, ajouter une goutte d'adhésif opti bond par-dessus l'opti bond prime. Polymériser à la lumière UV pendant une minute.
Ensuite, recouvrir la couche adhésive avec une fine couche de composite de charisme. Le connecteur avec trou de vis magnétique et les sites d'attache sont intégrés dans le composite. Puis polymériser le composite avec une lumière UV.
Si nécessaire, appliquez à nouveau des couches supplémentaires de composite et polymérisez-les à la lumière. Laissez la souris se remettre au moins trois jours après l’intervention chirurgicale. L’étape suivante consiste à placer la souris dans le dispositif de contention et à fixer sa tête au dispositif à l’aide d’un aimant et d’une vis, puis à monter le dispositif de contention de la tête et du corps de la souris sur une plateforme XY.
À l’aide de la plateforme XY, positionnez la tête de la souris au-dessus du centre du plateau tournant afin que la souris puisse être déplacée selon les axes de tangage Ya et de roulis. Ensuite, placez sa tête à l’angle de tangage ya et de roulis correct en alignant l’œil à l’aide de l’image visuelle de l’œil générée par le système de balayage oculaire. Le plateau tournant est désormais fixé à un moteur commandé par servomoteur CA.
La position du plateau tournant est surveillée à l’aide d’un potentiomètre fixé à l’axe du plateau. Le plateau est recouvert d’un écran cylindrique environnant présentant un motif de points aléatoires, qui est également équipé d’un moteur servo-commandé à courant alternatif. La position de l’écran cylindrique est surveillée par un potentiomètre relié à son axe.
L'écran peut être éclairé par une lampe à halogène. Le mouvement de la platine tournante et de l'écran environnant est contrôlé par un ordinateur relié à une interface d'entrée-sortie. Les signaux de position de la platine tournante et de l'écran environnant sont filtrés par une fréquence de coupure de 20 hertz, numérisés par l'interface d'entrée-sortie et stockés sur cet ordinateur.
L'œil de la souris est illuminé par trois émetteurs infrarouges. Deux sont fixés au plateau tournant, et le troisième est attaché à la caméra. Cet émetteur produit un reflet cornéen de référence, qui est utilisé pendant la procédure d'étalonnage et pendant l'enregistrement des mouvements oculaires.
Une caméra CCD infrarouge équipée d'un objectif zoom est fixée sur la platine tournante et est focalisée sur la tête de la souris, située au centre de la platine. La caméra peut être déverrouillée et déplacée autour de l'axe de la platine sur exactement 20 degrés.
Pendant la procédure d'étalonnage, le signal vidéo est ensuite traité par un système de suivi oculaire, capable de suivre la pupille et le point de référence de la cornée dans les directions horizontale et verticale à une fréquence d'échantillonnage de 120 hertz. Ensuite, les positions du point de référence cornéen, de la pupille ainsi que le signal de la taille de la pupille sont numérisés par l'interface d'entrée-sortie et sont enregistrés dans le même fichier que les signaux de position de la table et de l'écran environnant, afin d'étalonner les mouvements oculaires. Ajustez la position de la tête de la souris par rapport à la caméra de manière à ce que l'image vidéo de la pupille soit située au centre du moniteur et que la représentation du point de référence cornéen se trouve sur la ligne médiane verticale de l'œil, directement au-dessus de la pupille.
Ensuite, déplacez plusieurs fois la caméra par incréments de 20 degrés crête. Effectuez une recherche autour de l’axe vertical de la platine tournante. Utilisez les positions de la pupille suivie et du repère cornéen de référence enregistrées aux positions extrêmes de la caméra pour calculer le rayon de rotation de la pupille.
Répétez ces étapes plusieurs fois sous différentes conditions d'éclairement afin de déterminer la relation entre la taille de la pupille et la rotation de la pupille. Ensuite, établissez une courbe de correction de la rotation pupillaire. Calculez maintenant la position angulaire de l'œil en mesurant la position de référence de la cornée, la position de la pupille et la taille de la pupille.
La valeur de rotation de la pupille peut être extraite à partir de la courbe de correction de la rotation de la pupille, et la position angulaire de l'œil peut être calculée à l'aide de la formule suivante. L'expérience de mouvement oculaire VVOR est présentée ici. Convertissons maintenant les positions de l'œil, les positions de la table et les positions de l'écran environnant en positions angulaires.
Ensuite, différenciez et filtrez les positions angulaires de la table oculaire et de l'écran environnant à l'aide d'un filtre passe-bas de Butterworth. En utilisant une fréquence de coupure de 20 hertz, supprimez la seconde du signal de vitesse oculaire à l'aide d'un seuil de détection de 40 degrés par seconde. Puis, moyennez les signaux de vitesse de la table et de l'œil en utilisant chaque cycle individuel de l'essai, et ajustez les signaux moyennés avec une fonction appropriée.
En général, une stimulation sinusoïdale de vitesse est utilisée et les cycles moyens sont ajustés à une fonction sinus ou cosinus. Ce film montre comment les mouvements oculaires sont générés par la rotation de l'écran environnant, provoquant un réflexe optocinétique avec une rotation de l'écran environnant sur une gamme de fréquences allant de 0,2 à un hertz et une amplitude de 1,6 degré. On observe que le système optocinétique de la souris est plus efficace dans la gamme de basses fréquences que dans la gamme de hautes fréquences.
Voici un autre film montrant la génération des mouvements oculaires. En faisant tourner la souris dans l'obscurité pour provoquer le réflexe vestibulo-oculaire, on fait tourner le plateau tournant dans une plage de fréquences allant de 0,2 à 1 hertz avec une amplitude de 1,6 degré. On observe que le système vestibulo-oculaire de la souris est plus efficace dans la plage de hautes fréquences que dans celle des basses fréquences.
Ici, on observe un autre film montrant comment les mouvements oculaires sont générés par la rotation du souris dans la lumière, provoquant ainsi un réflexe vestibulo-oculaire visuellement amélioré, grâce à la rotation du plateau tournant dans une plage de fréquences allant de 0,2 à 1 hertz avec une amplitude de 1,6 degré, tandis que l'écran environnant est bien éclairé, ce qui montre que la souris produit des mouvements oculaires compensatoires efficaces sur toute la plage de fréquences. Ce film illustre également comment l'apprentissage moteur a été réalisé par augmentation adaptative du réflexe vestibulo-oculaire. En utilisant un paradigme d'entraînement en opposition de phase, la rotation du plateau tournant en opposition de phase par rapport à l'écran environnant augmente le gain du RVO chez cette souris.
Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'effectuer un examen oculovideo chez la souris.
Aperçu
Cet article décrit la procédure d'enregistrement vidéo-oculographique chez la souris, une méthode quantitative permettant d'étudier la performance motrice oculaire et l'apprentissage moteur. Cette technique peut être appliquée à des souris normales, traitées pharmacologiquement ou modifiées génétiquement afin d'explorer la physiologie des comportements moteurs.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Performance motrice oculaire
- Apprentissage moteur
Contexte
- La vidéonystagmographie est une méthode utilisée pour étudier les mouvements oculaires.
- Cette technique permet d'obtenir des informations sur le système oculomoteur.
- Elle peut également être utilisée pour étudier les maladies d'origine cérébelleuse ou vestibulaire.
- Les modèles murins peuvent imiter les pathologies humaines à des fins de recherche.
Objectif de l'étude
- Mesurer et analyser les mouvements oculaires chez la souris.
- Étudier la physiologie sous-jacente des comportements moteurs.
- Appliquer la méthode à divers modèles murins pour des études de maladies.
Méthodes utilisées
- Équiper la souris d'un socle pour l'immobilisation de la tête.
- Étalonner le système vidéo de suivi de la pupille.
- Enregistrer les mouvements oculaires à l'aide de stimuli vestibulaires et optiques.
- Analyser les mouvements oculaires enregistrés afin d'obtenir des informations physiologiques.
Résultats principaux
- Calibration réussie du système de suivi oculaire.
- Enregistrement des mouvements oculaires dans diverses conditions de stimulation.
- Analyse des données révélant des informations sur la physiologie du comportement moteur.
- Application de la méthode à l'étude des maladies du système moteur oculaire.
Conclusions
- La vidéonystagmographie est un outil puissant pour l'étude des mouvements oculaires.
- Cette méthode peut améliorer la compréhension de l'apprentissage moteur et de la performance.
- Elle présente un potentiel pour l'investigation des maladies affectant le système oculomoteur.
Questions fréquemment posées
Pertinence sectorielle pour les cadres
La vidéonystagmographie chez la souris fournit un indicateur comportemental quantitatif permettant d'évaluer la fonction oculomotrice, facilitant ainsi l'analyse mécanistique et la réduction des risques associés aux cibles impliquées dans les voies vestibulaires, cérébelleuses et oculomotrices. Cette méthode soutient la validation des cibles en reliant des manipulations génétiques ou pharmacologiques à des modifications mesurables des mouvements réflexes des yeux, offrant une prédiction fiable en phase précoce de découverte. Son applicabilité à des modèles pertinents pour la maladie renforce la continuité translationnelle des programmes de recherche sur les troubles neuropsychiatriques et neurodégénératifs.
Applications stratégiques en R-D biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet d'interroger des hypothèses thérapeutiques ciblant les systèmes vestibulaire, cérébelleux et oculomoteur grâce à des phénotypes comportementaux quantifiables.
- Valeur opérationnelle : Fournit un test reproductible et compatible avec les analyses à haut débit pour l'identification de modificateurs génétiques et pharmacologiques du comportement moteur.
- Valeur scientifique : Facilite la détection biologique des risques en isolant le fonctionnement du circuit oculomoteur de variables motrices ou motivationnelles interférantes.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Génère des mesures quantitatives de variables dépendantes (vitesse oculaire, gain, phase) permettant des corrélations dose-réponse et génotype-phénotype.
- Valeur opérationnelle : Des protocoles standardisés d'étalonnage et de suivi garantissent la reproductibilité inter-laboratoires et la préparation du test pour l'évaluation de composés.
- Valeur scientifique : Les résultats permettent une détection mécanistique en distinguant les contributions vestibulaire, optocinétique et visuellement améliorée du réflexe vestibulo-oculaire (VOR) au contrôle moteur.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Système pertinent pour les maladies : les modèles murins reproduisant des pathologies vestibulaires, cérébelleuses ou oculaires humaines permettent un alignement direct des biomarqueurs translationnels.
- Valeur opérationnelle : Permet le suivi longitudinal de l'apprentissage moteur et de la plasticité adaptative, soutenant ainsi la validation préclinique de thérapeutiques cognitives et motrices.
- Valeur scientifique : Facilite les décisions d'avancement ajustées au risque en quantifiant la récupération fonctionnelle ou la progression des déficits dans les modèles génétiques.
Intégration des pipelines et des flux de travail
La méthode s'intègre aux flux de travail de découverte précoce en tant qu'outil de criblage phénotypique pour la validation de cibles, les résultats orientant l'identification des composés candidats et les décisions de progression préclinique selon l'intégrité du système oculomoteur.
- Biologie de la découverte : Facilite la vérification d'hypothèses et la clarification des voies en isolant les contributions vestibulaire et optocinétique au contrôle des mouvements oculaires.
- Dépistage : Assure la préparation aux tests grâce à une fixation standardisée de la tête, à l'étalonnage et à la présentation des stimuli, permettant une évaluation fiable de composés ou de génotypes.
- Analyse : Fournit des mesures quantitatives (position angulaire de l'œil, vitesse, gain) filtrées et ajustées aux stimuli sinusoïdaux pour une analyse comparative entre différentes conditions.
- Recherche translationnelle : S'inscrit dans la continuité préclinique par son applicabilité aux modèles de maladies, permettant d'évaluer l'impact thérapeutique sur les phénotypes comportementaux moteurs.
- Réutilisation en entreprise : Met en place une plateforme réutilisable pour les équipes pluridisciplinaires étudiant l'apprentissage moteur, les troubles de l'équilibre et les indications neuropsychiatriques.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Confiance prédictive dans l'engagement de la cible grâce à des modifications mesurables du gain et de la phase du RVO, du ROK et du RVOV.
- Valeur opérationnelle : Une préparation chirurgicale standardisée, l'immobilisation de la tête et le suivi infrarouge assurent la reproductibilité entre laboratoires et au fil du temps.
- Valeur stratégique : Réduit les risques biologiques en phase avancée en permettant une détection précoce d'un dysfonctionnement des circuits moteurs dans des modèles génétiques ou pharmacologiques.
- Impact sur le portefeuille : Éclaire les décisions d'avancement ou d'abandon en quantifiant la performance oculomotrice comme biomarqueur de l'intégrité des circuits neuronaux.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en chirurgie murine, en implantation de plaquettes crâniennes et en systèmes de suivi oculomoteur infrarouge.
- Dépend d'un équipement spécialisé comprenant des plateformes XY, des tables tournantes commandées par servomoteurs, des émetteurs infrarouges et des caméras CCD haute vitesse.
- Exige une standardisation interéquipes des protocoles chirurgicaux, des procédures d'étalonnage et des paramètres de stimulus pour des résultats reproductibles.
- Les considérations d'adaptation incluent des ajustements spécifiques au modèle en fonction de la souche de souris, du poids et de la pigmentation oculaire, qui peuvent affecter la précision du suivi infrarouge.
- Les limites pratiques comprennent le temps de récupération post-chirurgical ainsi que les perturbations potentielles dues à l'anesthésie ou à l'inflammation, qui peuvent influencer la fonction oculomotrice de base.
