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脑声常谈：聊一聊如何使用OptoTrack动物视动反应系统评估动物视力视觉？

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2024-09-18 03:29

视觉反射测试方法

视觉反射测试法是通过模型动物的自发反射现象来测试小鼠的视力。根据生物体内不同的反射现象，设计不同的测试实验。与学习任务测试法相比，视觉反射测试法不需要对模型动物进行特殊训练。更重要的是，由于反射在生物体内是自然的，并且反射是独立的，并且是非常快速和特殊模式的，因此视觉反射测试方法可以根据模型动物中的自主反射现象，在短时间内方便地检测模型动物的视觉变化。

瞳孔反射实验

瞳孔可以控制进入眼睛的光线。当光线强度变强时，瞳孔会自然收缩。这个反应过程就是神经反射，叫作缩瞳反射。Lund等人在1998年根据这一原理，应用缩瞳反射来检测视觉功能。但这种检测方法与临床预期的检查效果差距较大，只能定性判断视功能是否消失或恢复，需要空间视觉检查。

明暗箱实验

明暗箱实验是一种专门为老鼠设计的实验。如下图

在所示的明暗盒装置中，白盒和黑盒分别为明暗盒，明暗盒的规格相同。唯一不同的是，亮的盒子充满了光，而暗的盒子没有光。在盒子实验中，老鼠更喜欢待在暗箱里，因为它们有避光的习惯。但是动物的习性驱使老鼠去探索开着的盒子，在那里它们被光线约束，离开开着的盒子。对于视力正常的小鼠来说，在暗箱中的时间会远远超过在明箱中的时间。根据这个时间差，研究人员可以判断老鼠的视力。虽然黑白盒实验的操作过程很简单，但是视觉测试的结果是定性的，无法定量衡量小鼠的视觉程度。

视动反应

自从视动反应被发现之后，人们得到一个理想的方法来评价未训练动物的视觉功能。

视动反应的原理是当运动的图案刺激模式动物的大部分视野时，它们会产生自我运动的感觉，也就是为了减少视网膜上所成物像的移动，模式动物的眼睛、头部和身体就会自然地跟随眼睛凝视的方向(也就是物体运动的方向)移动，头部或者是身体的运动称作为补偿性头部运动（Optomotor response，OMR），眼睛移动称为补偿性眼球运动反应（Optokinetic response，OKR）。由于实验过程中的这个反应是持续存在的，视动反应非常便于视力的检查。

如下图所示是一个典型的视动反应实验装置，四周内壁都是均匀分布的高对比度光栅。在进行视动反应的时候，四周的光栅按照一定的速度顺时针或者逆时针转动来刺激小鼠，小鼠在装置的正中央，由于受到光栅的刺激可能会有眼睛、头部和身体跟踪光栅运动的趋势，也就是视动反应。小鼠正上方的相机则记录小鼠视动反应的过程，研究人员从相机中观察小鼠的视动反应状况从而判断小鼠的视力情况。

相比其他视力测试实验，视动反应实验特别容易开展。而且由于刺激小鼠光栅的参数如转动速度、光栅密度和光栅对比度可以有多种设计的形式，视动反应视力测试实验能够获得定量的视觉范围结果，这使得视动反应的视力测试方法更为流行。

OptoTrack动物视动反应分析系统

OptoTrack小动物视觉检测系统也叫小动物视动反应分析系统，由上海欣软信息科技有限公司研发。通过四块屏幕建立一个虚拟的刺激空间，动物站立在箱体中间的平台，系统实时追踪动物的头部相对于给予的视觉刺激后的运动，并且自动客观的量化OMR检测结果。啮齿类动物的视网膜解剖结构无黄斑中心凹，故锁定其看到的目标能力十分有限，容易引起啮齿类动物的代偿性眼球运动或头部运动。通过视觉刺激诱发的头部运动行为的视动反应（optomotor response, OMR），可用于检测动物的视觉系统功能；且实验者无需经过专门的培训即可实验，全自动化的记录和分析数据能够节省大量的时间和成本。

软件功能

1、全新单独设计的头部识别算法，热成像方式稳定跟踪；

2、可设置黑白相间条纹模式：方波、正弦波；

3、条纹转向可以自由定义：顺时针、逆时针；

4、条纹空间频率可调；

5、可定义条纹的转动速度、亮度以及对比度等；

6、实验可以设计多个pattern的经典范式，并将若干pattern按规则排列或随机排列；

7、系统自动生成动物视动反应热图、随动速度归一化图；

8、软件实时显示小动物的头部随动状态图；

9、动物正向随动时间、逆向随动时间、OMR值、有效pattern次数等

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