KPM wurde von EU FP7 (RETICIRC) unterstützt.

Ein. Zucht von Fischen Die Embryonen wurden gehalten und unter Standard-Bedingungen (Brand 2002) angehoben und inszeniert nach Entwicklung in Tag nach der Befruchtung (dpf). Adulte und Larven wurden bei 5 dpf für Messungen genutzt werden. 2. Versuchsdurchführung <ol><li> Herstellung Instrument </li></ol> Larven: Fish Larven wurden in 3% Embedded vorgewärmten (28 ° C) Methylcellulose Körperbewegungen zu verhindern. Die Embryonen wurden dorsal nach oben in den VisioTracker, mit Blick auf die Projektionsleinwand. Erwachsene Fische: Fische waren kurzzeitig betäubt in 300 mg / l MS-222, ausgestattet in die Sperrvorrichtung und in den VisioTracker. Vor den Messungen wurden initiiert, wurden sie von links nach 1-2 min erholen. <ol start="2"><li> Generation von Reizmuster </li></ol> Reizmuster aus vertikalen schwarz-weißen Sinuswelle Gittern Drehen um die Fische geschaffenüber das proprietäre Software-Paket. Sie könnten durch das Software-Paket moduliert gemäß Wellenform, Kontrast, Helligkeit, Winkelgeschwindigkeit und Ortsfrequenz. Patterns wurden auf dem Bildschirm mit einem digitalen Lichtprojektor im VisioTracker enthaltenen projiziert. Der ungefähre Abstand zwischen dem Fischauge und der Bildschirm war 4,5 cm, und Projektion Größe auf dem Bildschirm betrug 360 deg horizontal und 55 Grad vertikal. Für Fischlarven, wurde Richtung Stimulation mit einer Frequenz von 0,33 Hz verändert werden, um Sakkade Frequenz zu reduzieren. Erwachsene Fische wurden unidirektional und stimuliert nur das Auge in temporal-to-nasaler Richtung stimuliert wurde berücksichtigt, da nasal-to-zeitliche Auge Geschwindigkeit im allgemeinen deutlich geringer und weniger konstant (siehe Müller und Neuhauss, 2010). <ol start="3"><li> Aufzeichnung der Augenbewegungen </li></ol> A Hellfeldbild des Fisches Kopf wurde auf einer Infrarot-Videokamera zugeführt. Infrarot-Beleuchtung Fisch wurde f erfolgtrom unten. Die Kamera erfasst Bilder mit einer Rate von 5 Frames / Sekunde (Larven) oder 12,5 Frames / Sekunde (Erwachsene), bzw.. Die Bilder werden automatisch verarbeitet, korrigiert und geglättet zur Augenform. Eye Orientierung in Bezug auf die horizontale Achse wurde dann automatisch bestimmt und Auge Geschwindigkeit wurde durch das proprietäre Software-Paket berechnet. Kleine Bewegungen der Fische wurden automatisch durch die Software korrigiert werden. Alle Aufzeichnung und Analyse wurde in Echtzeit erreicht. 3. Post-experimentelle Datenverarbeitung <ol><li> Rohmessungen des Auges Geschwindigkeiten wurden Sakkaden gefiltert, um langsam Phasengeschwindigkeit extrahieren. </li><li> Sakkade-gefilterten Auge Geschwindigkeitskurven wurden von einem laufenden Durchschnitt mit einem Schiebefenster von 7 Frames geglättet. </li><li> Eye Geschwindigkeit wurde über Frames mit identischen Stimulus-Bedingungen gemittelt. </li><li> Für Fischlarven wurde eye Geschwindigkeit über beiden Augen gemittelt. </li></ol> 4. Repräsentative Ergebnisse: <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Um die Fähigkeiten des VisioTracker für Larven und ausgewachsene Fische zu beurteilen, wurden Experimente mit Zebrafischlarven bei 5 dpf und erwachsenen Zebrafisch durchgeführt. Für Larven Zebrafisch, wurde der Stoßfänger mutierten gewählt. In dieser Mutante, Linsenepithelzellen hyperproliferate, was zu einer reduzierten Größe und ektopische Linse Position der Linse. Diese morphologischen Veränderungen werden durch eine deutliche Reduzierung der Kontrastempfindlichkeit und Sehschärfe (Schönthaler et al., 2010) reflektiert wird. Abbildung 1 zeigt den Unterschied in Kontrastempfindlichkeit des Stoßfängers Mutanten im Vergleich zu Wildtyp-Geschwister. Stoßfänger Mutanten immer nicht in Auge Geschwindigkeit wie die Stimulus dagegen Rückgänge einstellen. Analog dazu, wenn der Reiz Raumfrequenz erhöht wird, dh die Impulse Streifenbreite verringert wird, Stoßfänger Mutanten ebenfalls demonstrieren Sehschärfe (Abb. 2) gesenkt Die Abhängigkeit von erwachsenen Zebrafisch visual Leistung auf Umgebungsbedingungen wurde durch Unterziehen der Fische zu variierenden Konzentrationen von Alkohol im Tank Wasser für 30 Minuten und anschließendes Messen der optokinetischen Reaktion unter variierenden Stimulus Bedingungen untersucht. Adult Zebrafisch zeigen eine deutliche Reduktion der Kontrastempfindlichkeit, wenn in zunehmenden Alkohol-Konzentrationen (Abb. 3) erhalten. Eine ähnliche dosisabhängige Reduzierung der gesamten Auges Geschwindigkeit über einen weiten Bereich von räumlichen Frequenzen konnte beobachtet werden, wenn der Fisch mit steigender Alkoholkonzentration (Abb. 4) behandelt wurden, werden. Alkohol-Behandlung weiterhin dosisabhängig reduziert okulomotorischen Leistung bei anspruchsvolleren Aufgaben wie durch erhöhte Reiz Geschwindigkeiten (Abb. 5) veranschaulicht. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig1.jpg" /> Abbildung 1. Zebrafisch Larven Auge Geschwindigkeit ist abhängig vom Stimulus Kontrast. 10 Stoßfänger Mutanten und 10 Wildtyp-Geschwister wurden bei 5 dpf unter variierenden s analysiert<html> timulus Streifen Kontrastverhältnisse. Die Grafik zeigt den durchschnittlichen Auge Geschwindigkeit ± 1 SEM. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig2.jpg" /> Abbildung 2. Zebrafisch Larven Auge Geschwindigkeit ist abhängig von Ortsfrequenz. 10 Stoßfänger Mutanten und 10 Wildtyp-Geschwister wurden zu verschiedenen Stimulus Streifenbreiten bei 5 dpf unterzogen und wie beschrieben analysiert. Die Grafik zeigt den durchschnittlichen Auge Geschwindigkeit ± 1 SEM. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig3.jpg" /> Abbildung 3. Adult Zebrafisch zeigen Alkoholkonzentration-abhängige Reduktion der Kontrastempfindlichkeit. Adult Zebrafisch wurden in unterschiedlichen Alkoholkonzentrationen für 30 Minuten angegeben und analysiert unter variierenden Stimulus Streifen Gegensatz Bedingungen gehalten. Die Grafik zeigt die durchschnittliche zeitliche-to-nasal Auge Geschwindigkeit ± 1 SEM von 9 Fisch pro Gruppe (außer Kontrollgruppe: n = 11). e 4 &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/3556/3556fig4.jpg &quot;/&gt; Abbildung 4. Adult Zebrafisch zeigen Alkoholkonzentration-abhängige Verringerung der gesamten Augenbewegung über einen weiten Bereich von Stimulus Streifenbreite. Adult Zebrafisch wurden in unterschiedlichen Alkoholkonzentrationen für 30 Minuten angegeben und analysiert unter variierenden Stimulus Streifenbreite Bedingungen gehalten. Die Grafik zeigt die durchschnittliche zeitliche-to-nasal Auge Geschwindigkeit ± 1 SEM von 9 Fisch pro Gruppe (außer Kontrollgruppe: n = 11). <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/3556/3556fig5.jpg" /> Abbildung 5. Adult Zebrafisch zeigen Alkoholkonzentration-abhängige Verringerung der gesamten Augenbewegung über einen weiten Bereich von Stimulus Geschwindigkeiten. Adult Zebrafisch wurden in unterschiedlichen Alkoholkonzentrationen für 30 Minuten angegeben und analysiert unter variierenden Stimulus Geschwindigkeit Bedingungen gehalten. Die Grafik zeigt die durchschnittliche zeitliche-to-nasal Auge Geschwindigkeit ± 1 SEM von 9 Fisch pro Gruppe (außer Kontrollgruppe:n = 11).

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	<li>Bahadori, R., Rinner, O., Schonthaler, H. B., Biehlmaier, O., Makhankov, Y. V., Paris, R., Jagadeeswaran, P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fade+out+mutant+is+a+novel+genetic+model+for+Hermansky-Pudlak+syndrome.">The fade out mutant is a novel genetic model for Hermansky-Pudlak syndrome.</a> Investigative Optical and Visual Sciences. 47, 4523-4531 (2006).</li><li>Beck, J. C., Gilland, E., Baker, R., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instrumentation+for+measuring+oculomotor+performance+and+plasticity+in+larval+organisms.">Instrumentation for measuring oculomotor performance and plasticity in larval organisms.</a> Methods in Cell Biol. 76, 383-411 (2004).</li><li>Brand, M. G. M., N&#252;sslein-Vollhard, C., N&#252;sslein-Vollhard, C., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Keeping+and+raising+Zebrafish.">Keeping and raising Zebrafish.</a> Zebrafish, Practical Approach Series. , 7-37 (2002).</li><li>Easter, S. S., Nicola, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+vision+in+the+zebrafish+(Danio+rerio).">The development of vision in the zebrafish (Danio rerio).</a> Dev. Biol. 180, 646-663 (1996).</li><li>Easter, S. S., Nicola, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+eye+movements+in+the+zebrafish+(Danio+rerio).">The development of eye movements in the zebrafish (Danio rerio).</a> Dev. Psychobiol. 31, 267-276 (1997).</li><li>Haug, M. F., Biehlmaier, O., Mueller, K. P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+acuity+in+zebrafish:+behavior+and+histology.">Visual acuity in zebrafish: behavior and histology.</a> Frontiers in Zoology. 7, 8-8 (2010).</li><li>Huang, Y., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+optokinetic+response+in+zebrafish+and+its+applications.">The optokinetic response in zebrafish and its applications.</a> Frontiers in Bioscience. 13, 1899-1916 (2008).</li><li>Major, G., Baker, R., Aksaya, E., Mensh, B., Seung, H. S., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasticity+and+tuning+by+visual+feedback+of+the+stability+of+a+neural+integrator.">Plasticity and tuning by visual feedback of the stability of a neural integrator.</a> Proc Natl Acad Sci U.S.A. 101, 7739-7744 (2004).</li><li>Mueller, K. P., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Measurements+of+the+optokinetic+response+in+adult+fish.">Quantitative Measurements of the optokinetic response in adult fish.</a> J. Neurosci. Meth. 186, 29-34 (2010).</li><li>Neuhauss, S. C. F., Biehlmaier, O., Seeliger, M. W., Das, T., Kohler, K., Harris, W. A., Baier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+disorders+of+vision+revealed+by+a+behavioral+screen+of+400+essential+loci+in+zebrafish.">Genetic disorders of vision revealed by a behavioral screen of 400 essential loci in zebrafish.</a> J. Neurosci. 19, 8603-8615 (1999).</li><li>Qian, H., Zhu, Y., Ramsey, D. J., Chappell, R. L., Dowling, J. E., Ripps, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directional+asymmetries+in+the+optokinetic+response+of+larval+zebrafish.">Directional asymmetries in the optokinetic response of larval zebrafish.</a> Zebrafish. 2, 189-196 (2005).</li><li>Renninger, S. L., Gesemann, M., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cone+arrestin+confers+cone+vision+of+high+temporal+resolution+in+zebrafish+larvae.">Cone arrestin confers cone vision of high temporal resolution in zebrafish larvae.</a> Eur. J. Neurosci. 33, 658-667 (2011).</li><li>Rick, J. M., Horschke, I., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optokinetic+behavior+is+reversed+in+achiasmatic+mutant+zebrafish+larvae.">Optokinetic behavior is reversed in achiasmatic mutant zebrafish larvae.</a> Curr. Biol. 10, 595-598 (2000).</li><li>Rinner, O., Rick, J. M., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrast+sensitivity,+spatial+and+temporal+tuning+of+the+larval+zebrafish+optokinetic+response.">Contrast sensitivity, spatial and temporal tuning of the larval zebrafish optokinetic response.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 46, 137-142 .</li><li>Rinner, O., Makhankov, Y. V., Biehlmaier, O. S., Neuhauss, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Knockdown+of+cone+specific+kinase+GRK7+in+larval+zebrafish+leads+to+impaired+cone-response+recovery+and+delayed+dark+adaptation.">Knockdown of cone specific kinase GRK7 in larval zebrafish leads to impaired cone-response recovery and delayed dark adaptation.</a> Neuron. 47, 231-242 (2005).</li><li>Roeser, T., Baier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visuomotor+behaviors+in+larval+zebrafish+after+GFP-guided+laser+ablation+of+the+optic+tectum.">Visuomotor behaviors in larval zebrafish after GFP-guided laser ablation of the optic tectum.</a> J. Neurosci. 23, 3726-3734 (2003).</li><li>Schonthaler, H., Fleisch, V. C., Biehlmaier, O., Makhankov, Y. M., Rinner, O., Bahadori, R., Schwarz, H., Neuhauss, S. C. F., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+zebrafish+mutant+leberkn+del/vam6+resembles+human+multi-systemic+disorders+caused+by+aberrant+trafficking+of+endosomal+vesicles.">The zebrafish mutant leberkn del/vam6 resembles human multi-systemic disorders caused by aberrant trafficking of endosomal vesicles.</a> Development. 135, 387-399 (2008).</li><li>Schonthaler, H. B., Franz-Odendaal, T. A., Hodel, C., Gehring, I., Schwarz, H., Neuhauss, S. C. F., Dahm, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+zebrafish+mutant+bumper+shows+a+hyperproliferation+of+lens+epithelial+cells+and+fibre+cell+degeneration+leading+to+functional+blindness.">The zebrafish mutant bumper shows a hyperproliferation of lens epithelial cells and fibre cell degeneration leading to functional blindness.</a> Mech. Dev. 127, 203-219 (2010).</li><li>Schonthaler, H. B., Lampert, J. M., Lintig, J. v. o. n., Schwarz, H., Geisler, R., Neuhauss, S. C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mutation+in+the+pmel17+gene+leads+to+defects+in+melanosome+biogenesis+and+alterations+the+visual+system+in+the+zebrafish+mutant+fading+vision.">A mutation in the pmel17 gene leads to defects in melanosome biogenesis and alterations the visual system in the zebrafish mutant fading vision.</a> Developmental Biology. 284, 231-242 (2005).</li></ol>

Oliver DR Schnaedelbach und Holger D. Russig sind Mitarbeiter von TSE Systems GmbH, die die visuelle Performance-Tracking-System in diesem Artikel verwendet produziert. Die Produktion dieser Artikel wurde von TSE Systems GmbH gesponsert. Stephan CF Neuhuass ist ein Mitarbeiter von der Universität Zürich, die Vergütung erhält von TSE Systems für jedes System verkauft.

Die Bedeutung des OKR für das Studium der visuellen Funktion hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft wurde für eine lange Zeit (Ostern &amp; Nicola 1996, 1997) erkannt und versucht, wirklich zu quantifizieren das Paradigma haben auch vor über einem Jahrzehnt begonnen. Ostern und Nicola (1996) ein System entwickelt, mit motorisierten rotierenden gestreiften Schlagzeug, wo die Video-Aufzeichnung der Augenbewegungen wurde manuell analysiert. Dieses System litt unter dem Mangel an Immobilisierung des Fischembryo, die häufige manuelle Neupositionierung erforderlich und könnte die Tracking-Bewegungen der Augen nur sehr schwer zu erkennen. Ein Schritt nach vorn war die Verwendung eines Video-projizierten gestreiften Trommel für mehr variable Computer generiert Reizdarbietung (Roeser &amp; Baier, 2003. Rinner et al, 2005a) zu ermöglichen. Die meist manuell, Frame-by-Frame-Analyse der Videoaufnahmen Aufnahmen erweist sich als äußerst mühsam, und bis zu einem gewissen Grad durch Beobachter bias (Beck et al. Behindert,2004). Automatisierte Analyse in Echtzeit wurde vorgeschlagen, um die Verwendung von Verhaltens Rückfragen Lernmechanismen (Major et al., 2004) zu ermöglichen. Der Einsatz von Infrarot-Beleuchtung und Frequenz-gesteuerten rotierenden Reize wurde von Beck et al Pionierarbeit. (2004). Das beschriebene System hat es nur für Larven verwendet wurde, und zur Analyse die off-line durchgeführt wird. Weiterhin erlaubt die vollständige Kontrolle über VisioTracker Stimuli, einschließlich Ändern des Stimulus während des Experiments, wodurch eine größere Flexibilität und spontane Einfluss auf den Verlauf des Experiments. Außerdem überwindet die digitale Impulse durch die Schaffung VisioTracker verwendet Probleme bereits erwähnt mit Beschleunigung der trägen Masse eines gestreiften Stimulus Trommel (Beck et al., 2004). Larven Zurückhaltung Methylcellulose nicht signifikant mit der Augenbewegung stören und hat keine langfristige Auswirkungen auf Zebrafisch Wohlbefinden. Fischlarven wurden erfolgreichinstandgehalten Methylcellulose mehrere Tage eingebetteten, bis Sauerstoffzufuhr durch die Haut unzureichend für die Nachfrage mit zunehmendem Alter (Qian et al., 2005). Die erwachsenen Fische Rückhaltemittel Methode ist ebenso einfach auf das Tier. Die kurze Dauer des Experiments, mit der Möglichkeit, schnell Austausch der Versuchstiere für einen anderen ein gekoppelt, weiter ergänzt die positiven Aspekte des Tierschutzes des Systems. Da die Kiemen kontinuierlich mit Wasser gespült werden, ist es zweckmäßig, Aufstockung der Wasser mit Chemikalien der Wahl, um seine Wirkung auf Augenbewegungen und Sehleistung zu studieren. Ebenso wird eine wash-out-Experiment kann ohne die Notwendigkeit, das zwischen den Experimenten tierischen handhaben zugesetzt werden. Pixelrauschen im Video-Bild wurde durch Glätten des proprietären Algorithmen VisioTracker Software minimiert, so dass hochpräzise Messungen der Augenposition und Winkelgeschwindigkeit. Weiterhin erleichtert statistischenAnalyse, die Software aus Sakkaden die in festen Geschwindigkeit auftreten und nicht von dem experimentellen Anweisung beitragen filtriert. Eine Mittelung der Geschwindigkeit Kurven über 7 Video-Frames erleichtert eine spätere Analyse. Die VisioTracker eröffnet eine neue Dimension für viele verschiedene Forschungsbereiche. Das System und seine Vorgänger bereits erfolgreich zur Sehleistung in Zebrafischlarven quantifizieren, anhand von Parametern wie Sehschärfe, Kontrastempfindlichkeit und leichte Anpassung (Rinner et al., 2005a, Schönthaler et al., 2010), für die funktionelle Analyse Zapfen-Photorezeptoren nach Manipulation der Mitglieder des visuellen transduktionskaskade (zB Rinner et al, 2005b, Renninger et al, 2011.)., oder die Analyse von Fehlsichtigkeiten in der Mutante Zebrafisch-Larven (zB Schönthaler et al, 2005, 2008;. Bahadori et al., 2006). Die Interdependenz von morphologischen und funktionellen Reifung des visuellen Systemsdurch OKR Messungen wurden untersucht, um nachzuweisen, dass die Sehschärfe hauptsächlich, aber nicht vollständig durch Photorezeptor Abstand an Larvenstadien (Haug et al., 2010) beschränkt. Die VisioTracker eignet sich gleichermaßen zur visuellen Funktion bei erwachsenen Zebrafisch und anderen ähnlich großen Fischarten (Mueller und Neuhauss (2010), dieser Bericht) zu analysieren. Es ist auch denkbar, das System in Forschungsbereichen wie Toxikologie oder der Pharmakologie, wobei Substanzen untersucht werden, um den Wasserfluss rund um die erwachsenen Fische Kiemen hinzugefügt werden könnten nutzen. Darüber hinaus ermöglicht die Vielseitigkeit der VisioTracker weitere gründliche Analysen z. B. der ontogenetics der Sehfunktion, neuronalen Schaltkreis-Funktion und Entwicklung oder sensomotorische Steuerung (siehe Beitrag in Huang &amp; Neuhauss, 2008).

<table border="1"><tbody><tr><th> Name des Reagenzes </th><th> Firma </th><th> Katalog-Nummer </th></tr><tr><td> Methylcellulose </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> M0387 </td></tr><tr><td> Ethyl-3-aminobenzoat Methansulfonat (MS-222) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> E10521 </td></tr><tr><td> 35 mm Zellkulturschale </td><td> Corning </td><td> 430165 </td></tr><tr><td> Serum Pipette </td><td> Greiner bio-one </td><td> 612 361 </td></tr><tr><td> VisioTracker </td><td> TSE Systems </td><td> 302060 </td></tr></tbody></table>

visiotracker, an innovative automated approach to oculomotor analysis

Untersuchungen des visuellen Systems Entwicklung und Funktion erforderlich quantifizierbare Verhaltensmodelle der Sehleistung, die einfach zu entlocken, robust und einfach zu handhaben sind. Ein geeignetes Modell ist in der optokinetischen Antwort (OKR), eine reflexive Verhalten in allen Wirbeltieren aufgrund seiner hohen Selektionsdruck Wert gefunden. Der OKR beinhaltet langsame Reiz-folgenden Bewegungen der Augen mit schnellen Zurücksetzen Sakkaden abwechselten. Die Messung dieses Verhalten wird leicht aus im Zebrafisch-Larven durchgeführt, aufgrund seiner frühen und stabiles Einsetzen (vollständig nach 96 Stunden nach der Befruchtung (HPF) entwickelt), und dem die als umfassendes Wissen über Zebrafisch Genetik, seit Jahrzehnten eine der bevorzugten Modell Organismen in diesem Bereich. Inzwischen ist die Analyse von ähnlichen Mechanismen bei erwachsenen Fisch hat an Bedeutung gewonnen, insbesondere für pharmakologische und toxikologische Anwendungen. Hier beschreiben wir VisioTracker, ein vollautomatisches High-throughput-System zur quantitativen Analyse der Sehleistung. Das System basiert auf der Forschung in der Arbeitsgruppe von Prof. Stephan Neuhauss durchgeführt und wurde von TSE Systems neu gestaltet. Es besteht aus einer Immobilisierungsvorrichtung für kleine Fische durch eine hochwertige Videokamera mit einem hochauflösenden Zoomobjektiv ausgestattet überwacht. Der Fisch wird von einem Behälter Siebtrommel umgeben, auf dem Computer-generierten Reizmuster projiziert werden kann. Augenbewegungen aufgezeichnet und automatisch durch den VisioTracker Software in Echtzeit analysiert. Datenanalyse ermöglicht die sofortige Erkennung von Parametern wie langsame und schnelle Phasen-Dauer, Bewegung Taktfrequenz, langsame Phase Verstärkung, Sehschärfe und Kontrastempfindlichkeit. Typische Ergebnisse ermöglichen zum Beispiel die schnelle Identifizierung von visuellen Systems Mutanten, die keine erkennbare Veränderung in Wildtyp-Morphologie zeigen, oder die Bestimmung der quantitativen Auswirkungen der pharmakologischen oder toxischen und mutagenenAgenten auf visuelle System-Performance.

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VisioTracker, an Innovative Automated Approach to Oculomotor Analysis

Die VisioTracker ist ein automatisiertes System für die quantitative Analyse der visuellen Leistung von Larven und kleine erwachsene Fische auf der Aufzeichnung von Augenbewegungen basieren. Es verfügt über die vollständige Kontrolle über visuelle Reiz Eigenschaften und Echtzeit-Analyse und ermöglicht High-Throughput-Forschung in Bereichen wie visuelle System Entwicklung und Funktion, Pharmakologie, neuronalen Schaltkreis Studien und sensomotorische Integration.

VisioTracker, eine innovative automatisierte Ansatz zur oculomotorius Analysis

Investigations into the visual system development and function necessitate quantifiable behavioral models of visual performance that are easy to elicit, ...

visiotracker-an-innovative-automated-approach-to-oculomotor-analysis

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.0K Aufrufe.  University of Zurich. Die VisioTracker ist ein automatisiertes System für die quantitative Analyse der visuellen Leistung von Larven und kleine erwachsene Fische auf der Aufzeichnung von Augenbewegungen basieren. Es verfügt über die vollständige Kontrolle über visuelle Reiz Eigenschaften und Echtzeit-Analyse und ermöglicht High-Throughput-Forschung in Bereichen wie visuelle System Entwicklung und Funktion, Pharmakologie, neuronalen Schaltkreis Studien und sensomotorische Integration.

Serie: VisioTracker, an Innovative Automated Approach to Oculomotor Analysis

Automated Sholl Analysis of Digitized Neuronal Morphology at Multiple Scales

Neuronal morphology plays a significant role in determining how neurons function and communicate1-3. Specifically, it affects the ability of neurons to receive inputs from other cells2 and contributes to the propagation of action potentials4,5. The morphology of the neurites also affects how information is processed. The diversity of dendrite morphologies facilitate local and long range signaling and allow individual neurons or groups of neurons to carry out specialized functions within the neuronal network6,7. Alterations in dendrite morphology, including fragmentation of dendrites and changes in branching patterns, have been observed in a number of disease states, including Alzheimer's disease8, schizophrenia9,10, and mental retardation11. The ability to both understand the factors that shape dendrite morphologies and to identify changes in dendrite morphologies is essential in the understanding of nervous system function and dysfunction.
Neurite morphology is often analyzed by Sholl analysis and by counting the number of neurites and the number of branch tips. This analysis is generally applied to dendrites, but it can also be applied to axons. Performing this analysis by hand is both time consuming and inevitably introduces variability due to experimenter bias and inconsistency. The Bonfire program is a semi-automated approach to the analysis of dendrite and axon morphology that builds upon available open-source morphological analysis tools. Our program enables the detection of local changes in dendrite and axon branching behaviors by performing Sholl analysis on subregions of the neuritic arbor. For example, Sholl analysis is performed on both the neuron as a whole as well as on each subset of processes (primary, secondary, terminal, root, etc.) Dendrite and axon patterning is influenced by a number of intracellular and extracellular factors, many acting locally. Thus, the resulting arbor morphology is a result of specific processes acting on specific neurites, making it necessary to perform morphological analysis on a smaller scale in order to observe these local variations12.
The Bonfire program requires the use of two open-source analysis tools, the NeuronJ plugin to ImageJ and NeuronStudio. Neurons are traced in ImageJ, and NeuronStudio is used to define the connectivity between neurites. Bonfire contains a number of custom scripts written in MATLAB (MathWorks) that are used to convert the data into the appropriate format for further analysis, check for user errors, and ultimately perform Sholl analysis. Finally, data are exported into Excel for statistical analysis. A flow chart of the Bonfire program is shown in Figure 1.

We have developed a computer program to analyze neuronal morphology. In combination with two existing open source analysis tools, our program performs Sholl analysis and determines the number of neurites, branch points, and neurite tips. The analyses are performed so that local changes in neurite morphology can be observed.

Automatisierte Sholl Analyse digitalisierter neuronale Morphologie bei Multiple Scales

Neuronal morphology plays a significant role in determining how neurons function and communicate1-3.  Specifically, it affects the ability of neurons to ...

Forschung

Neurowissenschaften

VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation

Eye movement studies have provided a strong foundation forming an understanding of how the brain acquires visual information in both the normal and dysfunctional brain.1 However, development of a platform to stimulate and store eye movements can require substantial programming, time and costs. Many systems do not offer the flexibility to program numerous stimuli for a variety of experimental needs. However, the VisualEyes System has a flexible architecture, allowing the operator to choose any background and foreground stimulus, program one or two screens for tandem or opposing eye movements and stimulate the left and right eye independently. This system can significantly reduce the programming development time needed to conduct an oculomotor study. The VisualEyes System will be discussed in three parts: 1) the oculomotor recording device to acquire eye movement responses, 2) the VisualEyes software written in LabView, to generate an array of stimuli and store responses as text files and 3) offline data analysis. Eye movements can be recorded by several types of instrumentation such as: a limbus tracking system, a sclera search coil, or a video image system. Typical eye movement stimuli such as saccadic steps, vergent ramps and vergent steps with the corresponding responses will be shown. In this video report, we demonstrate the flexibility of a system to create numerous visual stimuli and record eye movements that can be utilized by basic scientists and clinicians to study healthy as well as clinical populations.

Neural control and cognitive processes can be studied through eye movements. The VisualEyes software allows an operator to program stimuli on two computer screens independently using a simple, custom scripting language. The system can stimulate tandem eye movements (saccades and smooth pursuit) or opposing eye movements (vergence) or any combination.

Visualeyes: ein modulares Softwaresystem für oculomotorius Experimentieren

Eye movement studies have provided a strong foundation forming an understanding of how the brain acquires visual information in both the normal and ...

Brain Slice Biotinylation: An Ex Vivo Approach to Measure Region-specific Plasma Membrane Protein Trafficking in Adult Neurons

Regulated endocytic trafficking is the central mechanism facilitating a variety of neuromodulatory events, by dynamically controlling receptor, ion channel, and transporter cell surface presentation on a minutes time scale.&#160;There is a broad diversity of mechanisms that control endocytic trafficking of individual proteins. Studies investigating the molecular underpinnings of trafficking have primarily relied upon surface biotinylation to quantitatively measure changes in membrane protein surface expression in response to exogenous stimuli and gene manipulation.&#160;However, this approach has been mainly limited to cultured cells, which may not faithfully reflect the physiologically relevant mechanisms at play in adult neurons.&#160;Moreover, cultured cell approaches may underestimate region-specific differences in trafficking mechanisms.&#160;Here, we describe an approach that extends cell surface biotinylation to the acute brain slice preparation.&#160;We demonstrate that this method provides a high-fidelity approach to measure rapid changes in membrane protein surface levels in adult neurons.&#160;This approach is likely to have broad utility in the field of neuronal endocytic trafficking.

Brain Slice Biotinylation: An Ex Vivo Approach to Measure Region-specific Plasma Membrane Protein Trafficking in Adult Neurons

Neuronal membrane trafficking dynamically controls plasma membrane protein availability and significantly impacts neurotransmission.&#160;To date, it has been challenging to measure neuronal endocytic trafficking in adult neurons.&#160;Here, we describe a highly effective, quantitative method to measure rapid changes in surface protein expression ex vivo in acute brain slices.

Hirnschnitt Biotinylierung: Eine<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Ansatz zur Region spezifische Plasma Membrane Protein Handel Erwachsene Neuronen messen

Regulated endocytic trafficking is the central mechanism facilitating a variety of neuromodulatory events, by dynamically controlling receptor, ion ...

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Currently, large-scale networks derived from dissociated neurons growing and developing in vitro on extracellular micro-transducer devices are the gold-standard experimental model to study basic neurophysiological mechanisms involved in the formation and maintenance of neuronal cell assemblies. However, in vitro studies have been limited to the recording of the electrophysiological activity generated by bi-dimensional (2D) neural networks. Nonetheless, given the intricate relationship between structure and dynamics, a significant improvement is necessary to investigate the formation and the developing dynamics of three-dimensional (3D) networks. In this work, a novel experimental platform in which 3D hippocampal or cortical networks are coupled to planar Micro-Electrode Arrays (MEAs) is presented. 3D networks are realized by seeding neurons in a scaffold constituted of glass microbeads (30-40 &#181;m in diameter) on which neurons are able to grow and form complex interconnected 3D assemblies. In this way, it is possible to design engineered 3D networks made up of 5-8 layers with an expected final cell density. The increasing complexity in the morphological organization of the 3D assembly induces an enhancement of the electrophysiological patterns displayed by this type of networks. Compared with the standard 2D networks, where highly stereotyped bursting activity emerges, the 3D structure alters the bursting activity in terms of duration and frequency, as well as it allows observation of more random spiking activity. In this sense, the developed 3D model more closely resembles in vivo neural networks.

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

In this work, a novel experimental model in which 3D neuronal cultures are coupled to planar Micro-Electrode Arrays (MEAs) is presented. 3D networks are built by seeding neurons in a scaffold made up of glass microbeads on which neurons grow and form interconnected 3D structures.

Schnittstellen 3D Engineered neuronalen Kulturen auf Mikroelektrodenarrays: ein innovatives<em&gt; In-vitro-</em&gt; Experimental Modell

Currently, large-scale networks derived from dissociated neurons growing and developing in vitro on extracellular micro-transducer devices are the ...

A Simple Alternative to Stereotactic Injection for Brain Specific Knockdown of miRNA

MicroRNAs (miRNAs) are key regulators of gene expression. In the brain, vital processes like neurodevelopment and neuronal functions depend on the correct expression of microRNAs. Perturbation of microRNAs in the brain can be used to model neurodegenerative diseases by modulating neuronal cell death. Currently, stereotactic injection is used to deliver miRNA knockdown agents to specific location in the brain. Here, we discuss strategies to design antagomirs against miRNA with locked nucleotide modifications (LNA). Subsequently describe a method for brain specific delivery of antagomirs, uniformly across different regions of the brain. This method is simple and widely applicable since it overcomes the surgery, associated injury and limitation of local delivery in stereotactic injections. We prepared a complex of neurotropic, cell-penetrating peptide Rabies Virus Glycoprotein (RVG) with antagomir against miRNA-29 and injected through tail vein, to specifically deliver in the brain. The antagomir design incorporated features that allow specific targeting of the miRNA and formation of non-covalent complexes with the peptide. The knock-down of the miRNA in neuronal cells, resulted in apoptotic cell death and associated behavioural defects. Thus, the method can be used for acute models of neuro-degeneration through the perturbation of miRNAs.

MicroRNAs play crucial roles in the brain and are potential targets for modeling neuro-degeneration. However, perturbing miRNA levels is challenging due to the short length of miRNA and inaccessibility of the brain tissue. This video presents a method for antagomir design and brain specific delivery using a neuropeptide in mice.

Eine einfache Alternative zur stereotaktische Injektion für Hirnspezifische Knockdown von miRNA

MicroRNAs (miRNAs) are key regulators of gene expression.  In the brain, vital processes like neurodevelopment and neuronal functions depend on the ...

An Approach to Enhance Alignment and Myelination of Dorsal Root Ganglion Neurons

Axon regeneration is a chaotic process due largely to unorganized axon alignment. Therefore, in order for a sufficient number of regenerated axons to bridge the lesion site, properly organized axonal alignment is required. Since demyelination after nerve injury strongly impairs the conductive capacity of surviving axons, remyelination is critical for successful functioning of regenerated nerves. Previously, we demonstrated that mesenchymal stem cells (MSCs) aligned on a pre-stretch induced anisotropic surface because the cells can sense a larger effective stiffness in the stretched direction than in the perpendicular direction. We also showed that an anisotropic surface arising from a mechanical pre-stretched surface similarly affects alignment, as well as growth and myelination of axons. Here, we provide a detailed protocol for preparing a pre-stretched anisotropic surface, the isolation and culture of dorsal root ganglion (DRG) neurons on a pre-stretched surface, and show the myelination behavior of a co-culture of DRG neurons with Schwann cells (SCs) on a pre-stretched surface.

This protocol describes the isolation of dorsal root ganglion (DRG) neurons isolated from rats and the culture of DRG neurons on a static pre-stretched cell culture system to enhance axon alignment, with subsequent co-culture of Schwann Cells (SCs) to promote myelination.

Ein Ansatz zur Verbesserung der Ausrichtung und Myelinisierung von Dorsalwurzelganglion Neurons

Axon regeneration is a chaotic process due largely to unorganized axon alignment. Therefore, in order for a sufficient number of regenerated axons to ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method described here enables the investigator to measure long-lasting (from minutes to hours) high-quality intracellular responses from single Drosophila R1-R6 photoreceptors and Large Monopolar Cells (LMCs) to light stimuli. Because the recording system has low noise, it can be used to study variability among individual cells in the fly eye, and how their outputs reflect the physical properties of the visual environment. We outline all key steps in performing this technique. The basic steps in constructing an appropriate electrophysiology set-up for recording, such as design and selection of the experimental equipment are described. We also explain how to prepare for recording by making appropriate (sharp) recording and (blunt) reference electrodes. Details are given on how to fix an intact fly in a bespoke fly-holder, prepare a small window in its eye and insert a recording electrode through this hole with minimal damage. We explain how to localize the center of a cell's receptive field, dark- or light-adapt the studied cell, and to record its voltage responses to dynamic light stimuli. Finally, we describe the criteria for stable normal recordings, show characteristic high-quality voltage responses of individual cells to different light stimuli, and briefly define how to quantify their signaling performance. Many aspects of the method are technically challenging and require practice and patience to master. But once learned and optimized for the investigator's experimental objectives, it grants outstanding in vivo neurophysiological data.

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Sharp microelectrodes enable accurate electrophysiological characterization of photoreceptor and visual interneuron output in living Drosophila. Here we show how to use this method to record high-quality voltage responses of individual cells to controlled light stimulation. This method is ideal for studying neural information processing in insect compound eyes.

Elektrophysiologische Verfahren zur Aufzeichnung von intrazellulärer Spannung Antworten von<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotorezeptoren und Inter auf Lichtreize<em&gt; In Vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

Dissecting the neuronal and neuromuscular circuits that regulate behavior remains a major challenge in biology. The nematode Caenorhabditis elegans has proven to be an invaluable model organism in helping to tackle this challenge, from inspiring technological approaches,&#160;building the human brain connectome, to actually shedding light on the specific molecular drivers of basic functional patterns. The bulk of the behavioral studies in C. elegans have been performed on solid substrates. In liquid, animals exhibit behavioral patterns that include movement at a range of speeds in 3D, as well as partial body movements, such as a posterior curl without anterior shape change, which introduce new challenges for quantitation. The steps of a simple procedure, and use of a software that enables high-resolution analysis of C. elegans swim behavior, are presented here. The software, named CeleST, uses a specialized computer program that tracks multiple animals simultaneously and provides novel measures of C. elegans locomotion in liquid (swimming). The measures are mostly grounded in animal posture and based on mathematics used in computer vision and pattern recognition, without computational requirements for threshold cut-offs. The software tool can be used to both assess overall swimming prowess in hundreds of animals from combined small batch trials and to reveal novel phenotypes even in well-characterized genetic mutants. The preparation of specimens for analysis with CeleST is simple and low-tech, enabling wide adaptation by the scientific community. Use of the computational approach described here should therefore contribute to the greater understanding of behavior and behavioral circuits in the C. elegans model.

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

An efficient and simple methodology for computer-based analysis of nematode swimming behavior in liquid is described. The method requires little to no investment for C. elegans laboratories. The hardware used is standard, and the computer software for the behavioral analysis (CeleST) is an open source one.

Automatische Analyse von<em&gt; C. elegans</em&gt; Swim Verhalten mit CELEST Software

Dissecting the neuronal and neuromuscular circuits that regulate behavior remains a major challenge in biology. The nematode Caenorhabditis elegans has ...

Automated Gait Analysis in Mice with Chronic Constriction Injury

The von Frey test is a classical method that has been widely used to examine the sensory function of neuropathic pain animals. However, it has some disadvantages such as subjective data and the requirement of a skilled, experienced experimenter. To date, a variety of modifications have improved the von Frey method, but it still has a few limitations. Recent reports have suggested that gait analysis produces more accurate and objective data from the neuropathic animals. This protocol demonstrates how to perform the automated gait analysis to determine the degree of neuropathic pain in mice. After several days of acclimation, the mice were allowed to walk freely on the glass floor to illuminate footprints. Then, quantification of the footprints and gait were performed through video clips with automatic analysis of various walking parameters, such as area of paw print, swing time, angle of paw, etc.
The main purpose of this study is to describe the methodology of automated gait analysis and briefly compare it with data from the classical sensory test using von Frey filament.

The precise assessment of pain response in a neuropathic animal model is critical to investigate the pathophysiology of pain diseases and develop new analgesics. We present a sensitive and objective method to determine the sensory function of the rodent hind paw by an automated gait analysis system.

Automatisierte Ganganalyse bei Mäusen mit chronischen Verengung Verletzungen

The von Frey test is a classical method that has been widely used to examine the sensory function of neuropathic pain animals. However, it has some ...

Identification of Dopamine D1-Alpha Receptor Within Rodent Nucleus Accumbens by an Innovative RNA In Situ Detection Technology

In the central nervous system, the D1-alpha subtype receptor (Drd1&#945;) is the most abundant dopamine (DA) receptor, which plays a vital role in regulating neuronal growth and development. However, the mechanisms underlying Drd1&#945; receptor abnormalities mediating behavioral responses and modulating working memory function are still unclear. Using a novel RNA in situ hybridization assay, the current study identified dopamine Drd1&#945; receptor and tyrosine hydroxylase (TH) RNA expression from DA-related circuitry in the nucleus accumbens (NAc) area and substantia nigra region (SNR), respectively. Drd1&#945; expression in the NAc shows a &#34;discrete dot&#34; staining pattern. Clear sex differences in Drd1&#945; expression were observed. In contrast, TH shows a &#34;clustered&#34; staining pattern. Regarding TH expression, female rats displayed a higher signal expression per cell relative to male animals. The methods presented here provide a novel in situ hybridization technique for investigating changes in dopamine system dysfunction during the progression of central nervous system diseases.

Identification of Dopamine D1-Alpha Receptor Within Rodent Nucleus Accumbens by an Innovative RNA In Situ Detection Technology

Identification of dopamine D1-alpha receptor in the nucleus accumbens is critical for clarifying D1 receptor dysfunction during a central nervous system disease. We performed a novel RNA in situ hybridization assay to visualize single RNA molecules in a specific brain area.