Untersuchung der Mausaugen durch moderne Technologie

Tiere haben unterschiedliche Möglichkeiten, die Welt zu sehen, abhängig davon, wo sie leben und was sie machen. Diese Sichtweisen sind durch Evolution geprägt. Besonders die visuellen Systeme von Tieren sind so gestaltet, dass sie zu dem passen, was sie in ihrer Umgebung natürlich antreffen. Zum Beispiel sind bestimmte Formen und Farben in der Natur häufiger, und die Gehirne der Tiere sind darauf ausgelegt, diese Muster zu bemerken. Ein gutes Beispiel dafür ist, wie einige Tiere, einschliesslich Mäuse, stärker auf bestimmte Orientierungen von Linien oder Formen in ihrer Sicht reagieren.

Mäuse haben einzigartige Merkmale in ihren Augen, die ihnen helfen zu überleben. Sie können ein grosses Sichtfeld sehen und haben eine besondere Empfindlichkeit für bestimmte Lichtarten. Ihre Augen sind an den Seiten ihres Kopfes platziert, was ihnen ein Sichtfeld von etwa 280 Grad gibt. Das hilft ihnen, sich ihrer Umgebung bewusst zu bleiben. Mäuse haben eine Art von Sicht, die man Stäbchen- und Zapfenvision nennt. Stäbchen helfen ihnen, bei schwachem Licht zu sehen, während Zapfen ihnen ermöglichen, Farben zu sehen. Mäuse haben Zapfen, die empfindlich auf ultraviolettes (UV) Licht und grünes Licht reagieren, was für sie wichtig ist, wenn sie sich ihre Umgebung ansehen, besonders wenn sie versuchen, Fressfeinde zu entdecken oder Nahrung zu finden.

Um zu studieren, wie Mäuse sehen, müssen Forscher realistische Bilder verwenden, die dem entsprechen, was Mäuse normalerweise in der Natur sehen. Allerdings gab es Herausforderungen bei der Erstellung dieser realistischen Bilder für Mäuse. Viele frühere Studien verwendeten einfache Graubilder, die nicht vollständig erfassten, wie Mäuse ihre Umgebung visuell wahrnehmen. Kürzlich wurden neue Technologien entwickelt, die es den Forschern ermöglichen, realistischere visuelle Szenen den Mäusen zu zeigen und ihre Reaktionen zu studieren. Mit speziellen Kameras und Beleuchtung können Wissenschaftler Bilder erstellen, die das simulieren, was Mäuse natürlicherweise draussen antreffen würden.

In dieser Studie haben wir ein spezielles Setup namens hemisphärische Kuppel gebaut, um realistische Bilder den Mäusen zu zeigen, während wir ihre Augenbewegungen verfolgen. Wir wollen wissen, wie Mäuse auf diese Bilder reagieren und wie sich ihre Augen bewegen, wenn sie verschiedene Arten von visuellen Informationen sehen.

#Hemisphärische Kuppel Einrichtung

Das Setup der hemisphärischen Kuppel ist so konzipiert, dass es Mäusen visuelle Reize in den Farben zeigt, die sie am besten sehen können, wie UV- und grünes Licht. Die Kuppel ist ein grosser, gewölbter Bildschirm, der eine breite Sicht ermöglicht. Die Mäuse werden in der Mitte der Kuppel platziert und können auf einem Laufband laufen, während ihre Augen fixiert sind. Wir verwenden ein spezielles Kamerasystem, das am Kopf der Mäuse befestigt ist, um ihre Augenbewegungen zu überwachen.

Die Kuppel besteht aus einem speziellen Material, das Licht richtig reflektiert und so eine helle und immersive Erfahrung für die Mäuse schafft. Drinnen haben wir einen Projektor, der Bilder auf die Kuppel projiziert. Dieser Projektor wurde modifiziert, um das Licht, das er produziert, zu verstärken, was eine bessere Sichtbarkeit von UV- und grünem Licht ermöglicht. Wir messen die Lichtintensität sorgfältig, um sicherzustellen, dass sie dem entspricht, was die Mäuse natürlich draussen antreffen würden.

#Messung der Pupillenreaktion

Um zu überprüfen, ob unser Setup effektiv ist, messen wir eine Reaktion, die als pupilläre Lichtreflex (PLR) bezeichnet wird. Dieser Reflex tritt auf, wenn sich die Pupille des Auges in Reaktion auf verschiedene Lichtniveaus verändert. Wenn das Licht hell ist, wird die Pupille kleiner, und wenn das Licht schwach ist, wird sie grösser. Indem wir den Mäusen verschiedene Lichtniveaus von UV- und grünem Licht zeigen, beobachten wir, wie sich ihre Pupillen verhalten. Wir haben festgestellt, dass die Pupillen mehr schrumpfen, je höher die Lichtintensität ist, was bestätigt, dass unser Kuppel-Setup wie beabsichtigt funktioniert.

#Augenverfolgung und Reize

In unseren Experimenten verwenden wir das Augenverfolgungssystem, um zu beobachten, wie die Mäuse ihre Augen bewegen, wenn sie verschiedene visuelle Reize sehen. Wir beginnen damit, bewegte Muster wie driftende Linien zu zeigen, die dafür bekannt sind, dass sie Reaktionen von den Mäusen hervorrufen. Diese Muster helfen uns zu beurteilen, ob die Mäuse in der Lage sind, die erwarteten Augenbewegungen zu machen. Durch die Anpassung der Richtung und Geschwindigkeit dieser Muster können wir sehen, wie die Mäuse reagieren.

Später zeigen wir realistische Videos von Aussenszenen, die wir mit einer Kamera gefilmt haben. Diese Videos sind so gestaltet, dass sie die Arten von Bildern nachahmen, die eine Maus in ihrem natürlichen Lebensraum antreffen würde. Während die Mäuse diese Videos anschauen, verfolgen wir weiterhin ihre Augenbewegungen, um zu analysieren, wie sie auf verschiedene Szenen reagieren.

#Naturgetreue Filme und Pupillengrösse

Sobald wir festgestellt haben, dass die Mäuse gut auf einfache driftende Muster reagieren können, zeigen wir ihnen naturgetreue Filme. Wir glauben, dass diese Filme die Pupillen der Mäuse ähnlich reagieren lassen wie bei den Lichtintensitätstests. Wir präsentieren die Filme in Blöcken und wechseln zwischen einem Set derselben Filmclips und verschiedenen zufälligen Clips.

Während wir ihre Pupillengrösse während dieser Betrachtungen analysieren, stellten wir fest, dass sich die Pupillen in Reaktion auf die Helligkeit der Videos verändern. Die Ergebnisse zeigen, dass die Pupillen sich verengen, wenn die Szenen heller sind, und sich erweitern, wenn sie dunkler sind, genau wie während der vorherigen Lichtintensitätstests.

#Sakkaden und Augenbewegungen

Als nächstes betrachten wir, wie die Mäuse ihre Augen bewegen, während sie die Filme ansehen. Wir konzentrieren uns auf Sakkaden, das sind schnelle Augenbewegungen, die verwendet werden, um sich auf verschiedene Teile einer Szene zu fokussieren. Wir vergleichen die Häufigkeit und Richtung dieser Sakkaden während des Filmsehens und während eines leeren Bildschirms.

Mäuse zeigen typischerweise eine Vorliebe dafür, in Richtung ihrer Nase (nasal gerichtet) zu schauen, während sie einen einheitlich gefärbten Bildschirm betrachten. Während des naturgetreuen Films sind ihre Augenbewegungen jedoch ausgewogener, was sowohl nasale als auch temporale (von der Nase weg) Bewegungen ermöglicht. Das deutet darauf hin, dass die Mäuse aktiv Informationen aus dem, was sie sehen, aufnehmen und ihren Blick anpassen, während sie das visuelle Input verarbeiten.

#Analyse der Augenposition

Wir untersuchen auch die durchschnittliche Position der Mäuseaugen. Wir stellen fest, dass sich die durchschnittliche Augenposition der Mäuse leicht zur nasalen Seite verschiebt, während sie die naturgetreuen Filme ansehen. Das bedeutet, dass sie, obwohl sie das Video weiterhin ansehen, ihren Blick anpassen, um die wichtigen Teile dessen, was sie sehen, besser einzufangen.

Um weiter zu untersuchen, ob sich die Augenposition mit verschiedenen Arten visueller Eingaben ändert, drehen wir die Videos auf den Kopf. Überraschenderweise gibt es keine signifikanten Veränderungen in ihrer Augenposition beim Ansehen der auf den Kopf gedrehten Videos im Vergleich zu den regulären. Das deutet darauf hin, dass Mäuse zwar sehr auf natürliche Szenen reagieren, aber möglicherweise nicht so empfindlich auf kleine Veränderungen in der Anordnung dieser Szenen sind.

#Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unser Setup mit der hemisphärischen Kuppel effektiv natürliche visuelle Reize präsentiert, die Mäuse ansprechen. Durch das Studium ihrer Pupillenreaktionen und Augenbewegungen lernen wir mehr darüber, wie sie mit der visuellen Welt um sie herum interagieren.

Mäuse passen ihre Augenbewegungen je nach den Arten von Szenen an, die sie sehen, und fokussieren sich auf wichtige Bereiche visueller Informationen. Die Ergebnisse tragen zu unserem Verständnis der Mausvision und der Art und Weise bei, wie diese Tiere ihre Umgebung wahrnehmen, was entscheidend für ihr Überleben ist.

Zukünftige Studien können dieses Setup nutzen, um weiter zu erforschen, wie visuelle Informationen das Verhalten und die Verarbeitung von Vision bei Mäusen beeinflussen. Wir hoffen, dass diese Erkenntnisse den Weg für weitere Forschung zur visuellen Wahrnehmung bei anderen Tieren ebnen werden.