La organisation fonctionnelle des cellules dans la rétine est façonnée par les environnements naturels panoramiques <html>
7 avril 2023 caractéristique
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par Ingrid Fadelli, Medical Xpress
Les modèles neuroscientifiques existants du système visuel suggèrent qu'il représente le monde visuel de la même manière qu'une caméra, en encodant les positions des différents objets de manière similaire. L'environnement environnant d'un animal, cependant, change constamment, et ces changements pourraient également influencer le traitement de l'information visuelle.
Des chercheurs de l'Institut des sciences et technologies d'Autriche et de LMU en Allemagne ont récemment rassemblé des preuves étayant cette hypothèse et montrant que l'organisation des neurones dans la rétine de la souris est affectée par les statistiques visuelles panoramiques (c'est-à-dire à large vue), telles que les non-uniformités dans les niveaux de lumière. Leurs résultats, publiés dans Nature Neuroscience, pourraient contribuer de manière significative à la compréhension actuelle du système visuel et de son évolution.
'Une caractéristique clé de chaque organisme vivant est de s'adapter à son environnement pour survivre', a déclaré Maximillian Jösch, l'un des chercheurs ayant mené l'étude, à Medical Xpress. 'De telles adaptations devraient également se produire dans les calculs effectués par le cerveau, par exemple pour extraire des informations pertinentes et écarter les informations moins critiques. Nous avons entrepris de tester cette idée en profitant des changements visuels les plus importants observés systématiquement dans la nature : le gradient d'intensité lumineuse et de niveaux de contraste du sol au ciel pour demander si le système visuel de la souris s'est adapté pour considérer ces contraintes.'
Pour examiner l'organisation de l'espace sensoriel qui active chaque neurone dans la rétine de la souris (champs récepteurs) par rapport aux scènes que les souris observent, Jösch et ses collègues ont développé une nouvelle technique d'imagerie optique. Cette technique leur permet de mesurer et de suivre l'activité de milliers de neurones dans une seule rétine simultanément.
'Notre méthode optique fonctionne comme suit : lorsqu'un neurone de la rétine est actif, envoyant des impulsions électriques au cerveau, des ions circulent à l'intérieur de la cellule, par exemple, le calcium', a expliqué Jösch. 'Nous pouvons visualiser cette activité en ajoutant un indicateur fluorescent dans chaque neurone. Lorsque le calcium circule, la fluorescence change. Ces changements de fluorescence peuvent être enregistrés avec une caméra sensible, et avec cela, nous pouvons déduire comment le neurone répond à différents stimuli visuels dans l'ensemble de la rétine.'
Les chercheurs ont mené leurs expériences sur des rétines de souris extraites. Comme celle de la plupart des mammifères, la rétine de la souris ne comprend pas la petite zone connue sous le nom de fovéa, une légère dépression dans la rétine qui permet aux humains et aux autres primates de voir en haute définition. La fovéa, qui représente moins de 1 % de l'ensemble de la rétine humaine, est connue pour jouer un rôle clé dans les perceptions visuelles dont les humains sont plus conscients. Les 99 % restants de la rétine humaine contribuent également aux perceptions visuelles, dont beaucoup semblent être des processus inconscients. Ainsi, du point de vue centré sur l'homme, cette étude se concentre sur le traitement se produisant dans les 99 % restants.
Jösch et ses collègues ont constaté que les calculs effectués par les neurones de la rétine des souris changeaient en fonction des statistiques visuelles panoramiques de la partie de la rétine qui voit habituellement cela pendant la journée. Cela soutient leur hypothèse initiale selon laquelle le système visuel n'est pas intrinsèquement homogène et est en fait adapté à l'environnement externe.
'À notre grande surprise, nous avons découvert que les neurones de la rétine sont plus susceptibles d'informer le reste du cerveau lorsqu'un changement de stimulus est inattendu', a déclaré Jösch. 'Il est important de noter que l'inattendu dépend de l'endroit où le neurone regarde, soit le ciel, soit le sol. Ainsi, les circuits de la rétine ont systématiquement adapté leurs propriétés du champ visuel inférieur au champ visuel supérieur pour représenter le monde plus efficacement.'
Dans l'ensemble, les résultats obtenus par cette équipe de chercheurs suggèrent que la structure panoramique des scènes naturelles affecte l'organisation de différentes stratégies de traitement dans différentes régions de la rétine. Cela élargit les modèles précédents du système visuel, mettant en évidence sa nature adaptative et dynamique.
'We usually assume that the visual system is homogenous, or in other words, that the visual world is represented like a camera, measuring each position similarly,' Jösch added. 'However, our natural surroundings are not similar; they systematically change from ground to sky. Thus, a system that evolved to live in nature should consider this. Our results indicate that living organisms' visual system has adapted to cope with natural constraints to improve the efficiency of their neuronal code.'
In the future, the recent work by Jösch and his colleagues could inspire other teams to further examine how panoramic statistics or other visual elements shape cell organization in the retina to refine our understanding of vision in general.
'We are now exploring how similar adaptations change when changing the context, for example, when adapting to different light levels occurring during the day or at night,' Jösch added.
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