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技術文章

如何用彩色迷宮破解阿爾茨海默癥奧秘?
更新時間:2025-03-20   點擊次數:198次

有研究表明,阿爾茨海默癥AD)的病理不僅限于大腦,還延伸到視網膜。視網膜病變似乎反映大腦中的疾病。臨床上,與健康人相比,AD患者的色彩和對比敏感度均顯著受損。事實上,視力障礙是這些患者最早出現的癥狀之一,尤其是對比敏感度的喪失和色覺改變。

 

本文研究者創建了一種新型視覺刺激四臂迷宮(ViS4M),專門用于檢測小鼠的視力變化,旨在評估小鼠的色彩和對比視覺以及運動和認知功能。

 

阿爾茨海默癥

雖然目前還沒有有效的藥物可以治療阿爾茨海默癥,但我們現在知道,健康的飲食和規律的運動對于緩解癥狀非常重要。研究者們仍在對其病因不斷探究中,盡管還不清楚蛋白質斑塊的堆積在多大程度上是病因,但似乎發現其相關線索很重要。一些解剖學家認為眼睛是大腦的一部分,阿爾茨海默氏癥的一個鮮為人知的影響是,它也會在早期輕度認知障礙(MCI)階段影響眼睛的視網膜。蛋白質斑塊會堆積,神經會退化。

 

 

 

阿爾茨海默和視力

阿爾茨海默癥患者的色彩和對比敏感度嚴重受損這會導致視覺障礙,類似于tritan色盲藍色弱)。人眼有三種視錐細胞來檢測顏色:紅色、藍色和綠色。患有三色盲的人患有這種疾病的人藍色視錐細胞敏感度較低可能難以區分紅色和紫色,因為藍色是紅色和紫色的區別。白內障和青光眼也有類似的情況,但這兩種疾病是由于過濾了光線中的藍色。據報道,其他疾病也會出現藍色辨別障礙,包括多發性硬化癥、帕金森病、亨廷頓舞蹈癥和吉爾·德拉圖雷特綜合征,不僅限于阿爾茨海默癥

 

小鼠的色覺

雖然人類和其他靈長類動物都有紅色、藍色和綠色的視錐細胞,但包括小鼠在內的許多其他哺乳動物只有兩種視錐細胞:從藍色到接近紫外線和綠色。這意味著它們會看到有點像4%的紅綠色盲患者的顏色,但它們可以看到光譜藍色端和稍遠點顏色的更多差異。小鼠的視錐細胞相對較少,為對光更敏感但單色(黑白)的視桿細胞留出了更多空間,使它們在弱光下也能看得清楚。

 

 

材料和方法

研究測試了三組不同的非轉基因野生型小鼠,每組代表不同的年齡:8.5個月大、13個月大以及 18個月大的小鼠。在色彩測試模式LED燈的光譜會創建四個色度和亮度不同的空間,與小鼠的視覺系統相對應。

 

本研究定制x迷宮,由15厘米高的黑色有機玻璃墻,以及半透明的白色地板組成每條臂垂直于兩個相鄰的臂,長45厘米,寬10厘米(圖 1A-1B)。儀器的中心是中性區域,沒有白色半透明板,正下方也沒有光源。迷宮的地板用下面的LED照亮,發出亮度可變的紅、綠、藍和白光。由于小鼠看不到紅色,所以在小鼠看來是黑暗的區域,可以將其視為對照組。

 

1

 

通過打開的頂部,將小鼠放置在迷宮的中心。讓小鼠自由探索迷宮 5 分鐘在測試期間計算進入次數。整個過程可以使用動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT)跟蹤和分析小鼠的位置和運動。您可以在下面的視頻中看到實驗中的小鼠探索ViS4M迷宮情況。

 

結果

對迷宮數據結果的解讀依賴于這樣一個事實:作為一種獵物,小鼠自然會避開明亮的區域。并且傾向于按特定順序探索四個臂,然后再返回它們開始的臂。AD小鼠的活動、移動速度以及它們在不同臂之間移動的頻率(交替百分比)急劇下降。它們在8.5個月大時就表現出了這一點,而直到小鼠 13 個月大時才能檢測到記憶問題。

 

它們更喜歡紅色臂,在它們看來,紅色臂是黑色的。

 

 

與白色臂相比,AD小鼠更喜歡綠色臂和藍色臂,這表明AD小鼠存在顏色特異性視覺障礙。不同顏色臂之間的轉換也存在顏色特異性影響。AD小鼠在白色臂和藍色臂之間移動的次數少于正常小鼠,這再次表明存在色覺障礙。

 

總結

ViS4M 4臂彩色迷宮是評估小鼠顏色辨別和對比敏感度的靈敏工具,與傳統的認知測試相比,有助于提前發現阿爾茨海默癥。

 

參考文獻

Vit, J. et al. (2021b). Visual-stimuli Four-arm Maze test to Assess Cognition and Vision in Mice. Bio-protocol 11(22): e4234. 



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