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.2023年1月；270（1）:57-70。
doi:10.1007/s00415-022-11311-8。 Epub 2022年8月10日。

长时间视觉图像运动刺激后爪蟾蝌蚪眼球运动表现的稳态可塑性

迈克尔·福斯特霍夫 1 2, 汉斯·斯特拉卡 三
附属公司

长时间视觉图像运动刺激后爪蟾蝌蚪眼球运动表现的稳态可塑性

迈克尔·福斯特霍夫等。 神经学杂志. 2023年1月.

摘要

视觉图像运动驱动的眼球运动行为，如视动反射（OKR），为优化头部/身体运动期间的凝视稳定性提供了感官反馈。视运动反射的表现取决于特定生态生理或发育环境的要求而发生的可塑性变化。虽然视觉运动可塑性可以由各种运动相关刺激的组合实验诱导，但这种诱发的行为改变对环境行为需求的影响程度通常仍不清楚。在这里，我们使用非洲爪蟾蝌蚪的分离制剂来评估长时间视觉图像运动期间视觉运动可塑性的程度和个体发育依赖性。虽然在幼年幼虫中已经可以诱导大的OKR振幅的可靠衰减，但只有在较老的发育阶段才存在强大的响应幅度依赖性双向可塑性。年龄较大的幼虫忠实地增强小OKR振幅的可能性与下橄榄浦肯野细胞信号整合的发育成熟相吻合。横断攀援纤维通路后行为可塑性的丧失以及两个测试阶段之间Purkinje细胞树突状区的大量体积延伸的免疫组织化学证明支持了这一结论。具有不同发育起点的双向行为改变可能在功能上有助于标准化运动输出，与这些动物的前庭-眼反射的已知差异适应性相比较。这种稳态可塑性可能会在视觉-视觉条件改变或头部/身体运动延长至精细合成眼球运动期间平衡眼球运动行为的工作范围。

关键词：小脑；劣质橄榄；Ontogeny；视动反射；塑性。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有竞争性的经济利益。

数字

图1
图1
半完整制剂中视动反射的刺激和记录非洲爪蟾蝌蚪。一演示实验装置的示意图，该装置由一个填充环形记录室承载该制剂；垂直黑白条纹横穿周围圆柱屏幕的水平运动作为大范围视觉运动刺激，并引发眼球运动（双箭头）。b条在训练开始（左）和结束（右）时，长时间（30分钟）视觉运动刺激（上轨迹）期间眼睛水平位置振荡的典型示例（下轨迹）。c（c）描述刺激速度4°/s（1，4）或8°/s（2，3）的不同组合的单周期视觉图像运动轮廓，以双向交替方式呈现，周期持续时间为20 s（1，2）或10 s（3，4）
图2
图2
OKR塑性的发生。a–f老年人长时间视觉图像运动的差异效应(a–c)和年轻人(d–f日)幼虫；个体眼球运动周期（灰色轨迹）和群体平均值（彩色轨迹，n个 = 7（旧，一),n个 = 8（年轻，d日)在轮廓1的长时间视觉运动刺激开始（左）和结束（右）时（速度：4°/s，周期持续时间：20 s；见图1c中的1）；训练30分钟后的人群平均反应幅度(b、 e（电子）)，在上测量每-刺激范式1-4的周期基础；五个周期的平均响应(c、 （f）)立即（I）和在30分钟OKR夹带结束时（E）每-刺激范式1-4的动物基础（分别在不同的、独立的天真蝌蚪上进行；见图1c）。克针对老年（蓝色）和年轻（橙色）蝌蚪的即时OKR振幅绘制的振幅变化图；实线表示线性回归拟合数据；阴影区域表示拟合的95%置信区间；水平虚线表示振幅没有变化；上面的点表示OKR振幅增大，OKR以下的点表示振幅减小；蓝色（老蝌蚪）和橙色（幼蝌蚪”）垂直虚线箭头表示理论初始振幅，高于或低于该值时，预计振幅会减小或增大。小时老蝌蚪和幼蝌蚪的平均反应幅度立即（I）和夹带期结束时（E）的标准偏差（SD）以及刺激范式1-4（色码见b条,e（电子）).我幼蝌蚪和老蝌蚪的立即反应幅度（I）和夹带反应幅度（E）的小提琴图在刺激范式1-4中汇集
图3
图3
攀缘纤维横断的解剖和功能后果。一示意图爪蟾蝌蚪大脑描绘了在右眼向右运动刺激期间激发水平OKR的直接（黑色）和间接（蓝色）OKR通路；绿色虚线表示尾侧后脑攀缘纤维横断的位置。b条——e（电子）55岁对照蝌蚪后脑（Hb）的整体共焦重建(b–c类)中线横断后(d–e日)在尾侧后脑水平（中的绿线一，中的方案d日)DAPI（蓝核）复染；单侧小脑注射四甲基罗丹明（TMR；黑色箭头），勾勒出爬升纤维（CF）轴突通路（绿色箭头表示c、 e（电子）)对照组对侧腹侧后脑的亲代下橄榄细胞体(b条)并且在损伤后（*ind日)，以更高的放大倍数显示c、 e（电子）（绿色虚线矩形）；（f）在30分钟的训练中测量的群体平均反应幅度每-对照组（蓝色）和CF横断后（绿色）刺激范式3和4的周期基础。克立即（I）和在30分钟OKR夹带结束时（E）获得的五个循环的平均响应每-CF转基因动物刺激范式3和4的动物基础（见图1c）。小时对照组（蓝色）和CF转基因动物（绿色）的即时OKR振幅绘制振幅变化图；实线表示数据的线性回归拟合，阴影区域表示拟合的95%置信区间；水平虚线表示振幅没有变化；线上方的点表示振幅增大，线下方的点表示幅度减小。蓝色（对照蝌蚪）和绿色（CF横断蝌蚪）垂直虚线箭头表示理论初始振幅，高于或低于该振幅预计会减少或增加。阿布德展神经核，抄送小脑，D类背部的，IO（输入输出）劣质橄榄，L（左）侧面的，明尼苏达州运动神经元，奥库动眼神经核，铂头侧前房，越南前庭核。所有面板中的比例尺代表100µm
图4
图4
钙结合蛋白和谷氨酸脱羧酶（GAD67）免疫阳性小脑结构的个体发生可塑性。a–f两个中侧向平面的副矢状断面（见一)通过后脑（Hb）描绘年轻人钙结合蛋白（绿色）和GAD67标记（红色）和DAPI反染色（蓝色）的形态结构(a–c)和老蝌蚪(d–f日); 中间（方案中的M在顶部一)描述概述的定位矢状截面(a、 d日)和更高的放大倍数(b、 e（电子）)后脑和小脑的钙结合蛋白和GAD67免疫阳性结构（Cb）；横向（L in scheme on top in一)定位矢状截面(c、 （f）)描绘年轻人小脑外侧部的免疫阳性成分(c（c）)和旧的(（f）)蝌蚪。g、 小时年轻人小脑水平的冠状切片(克)和旧的(小时)蝌蚪，勾勒出用于测量浦肯野细胞（PC）体细胞位置（白色）和树突树延伸（灰色）的区域。我幼年和老年蝌蚪浦肯野细胞体体积（左）、树突树体积（中）和树突树/浦肯野细胞核体体积比率（右）的量化。OT公司视顶盖，R（右）嘴侧，V（V）腹侧，第四名第四脑室。所有面板中的比例尺表示100µm
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