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The downstream ipRGC thalamocortical visual pathway and its potential role in movement detection

Applicant Bhattacharyya Anwesha
Number 171265
Funding scheme Marie Heim-Voegtlin grants
Research institution Institut für Physiologie Medizinische Fakultät Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.11.2017 - 31.12.2019
Approved amount 251'200.00
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Keywords (8)

intrinsically photosensitive retinal ganglion cell; melanopsin; contrast sensitivity; thalamocortical projections; primary visual cortex; electrophysiology; direction selectivity; visual information processing

Lay Summary (German)

Lead
Pojekttitel: Die ipRGC nachgeschaltete thalamocortikale visuelle Bahn und ihre potentielle Rolle in der Bewegungsdetektion
Lay summary

Intrinsisch photosensitive retinale Ganglionzellen (ipRGCs) machen eine Minderheit aller Ganglionzellen aus und exprimieren das Fotopigment Melanopsin. Die Projektion der ipRGCs vom dLGN zum V1 und deren spezifische Reizantworten auf bestimmte visuelle Eigenschaften noch unbekannt. Wir zuerst die synaptischen Projektionen der ipRGCs vom dLGN zum V1 durch anterograde Kennzeichnung neuronaler Projektionen mit einam Cre-induzierbarem transsynaptischem Herpes simplex virus (HSV) zu untersuchen. Dazu wird der HSV an ein grün fluoresziernedes Protein (m-Citrine) konjugiert und in den Augenball transgener blinder Mäuse, die Cre Rekombinase in allen ipRGCs produzieren, injiziert. Zusätzlich werden wir auch retrograd die Projektionen ausgehend von verschiedenen Schichten in V1 mit einem transsynaptischen RabiesG virus, der mCherry exprimiert, kennzeichen, um auch die präsynaptischen Endigungen im dLGN sichtbar zu machen.Wir dann die neuronalen Projektionsmuster durch immunhistochemische  Färbungen sichtbar machen und die Kolokalisation von mCherry und mCitrine in ipRGC Axonen im dLGN quantifizieren. Im zweiten Teil des Projekts planen wir die spezifische Funktion der ipRGCs in der Verarbeitung visueller Information in höheren visuellen Zentren wie V1 zu untersuchen. Wir werden die Richtungsselektivität und die Kontrastanwort der ipRGCs untersuchen indem wir von Neuronen verschiedener V1 Schichten in vivo elektrophysiologisch ableiten. Wir werden dann die elekrophysiolgischen Daten mit visuellen Verhaltensexperimenten validieren. Dazu benutzen wir die modifizierte offene Feld Box und messen die Änderungen der lokomotorischen Aktivität in Antwort auf einen visuellen Stimulus. In den Verhaltensexperimenten werden wir zusätzlich aktive Neurone durch Aktivitäts-Kennzeichnung markieren, um unsere elektrophysiologischen Resultate zu untermauern.

 

 

Direct link to Lay Summary Last update: 07.02.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Society for Neuroscience (SFN) Poster Bipoplar cell targeted Opto-mGluR6 triggered responses in visual cortex (V1) 19.10.2019 Chicago, United States of America Bhattacharyya Anwesha;
14th Annual meeting Clinical Neuroscience Bern Poster Luminance and pattern discrimination in visual cortex (V1) of transgenic Opto-mGluR6 15.06.2019 Bern, Switzerland Bhattacharyya Anwesha;


Abstract

Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs) are a small proportion of the retinal ganglion cells expressing the photopigment melanopsin that elicit light responses even in the absence of rods and cones. These ipRGCs project to several non-image forming brain nuclei, such as the suprachiasmatic nucleus (SCN) regulating the circadian photoentrainment and the olivary pretectal nucleus controlling the pupillary light reflex. However, recent reports have shown extensive innervation of the ipRGCs to an image forming thalamic area, the dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN). The dLGN is the gateway for transmitting visual signals to higher visual areas such as the primary visual cortex (V1). There exists evidence that the ipRGCs contribute to visual responses in the dLGN and that the elicited signals propagate to V1. Despite this functional evidence, the connectivity of the ipRGCs from the dLGN to the V1 and how they respond to different visual features is not yet understood.In this proposal we plan to first determine the synaptic ipRGC projections from the dLGN to the V1 by anterograde labeling of neuronal projections using Cre-inducible transsynaptic herpes simplex virus (HSV) conjugated to a green fluorescent protein, m-Citrine, injected into the eyeballs of transgenic mice lacking photoreceptors and expressing Cre recombinase in all ipRGCs. We will additionally perform retrograde labeling from different layers of V1 using transsynaptic RabiesG virus expressing mCherry so as to determine the laminar specificity and look at the retrogradely labeled presynaptic terminals in the dLGN and retina. We will visualize the neuronal projection pattern by performing immunohistochemistry and will quantify the colocalization between mCherry infected retrograde neurons and mCitrine labeled ipRGC axons in the dLGN and retina. In the second part of this proposal we plan to investigate the specific role of ipRGC input in processing of visual information in higher visual areas such as V1. We will determine the direction selectivity and contrast response properties of ipRGCs by performing in vivo recordings from different layers in V1. We will further validate the electrophysiological data by performing behavioral experiment and assess the visual performance by studying changes in locomotor activity in a modified open field box. Concomitantly with behavior we will do an activity dependent labeling of active fibers to corroborate our electrophysiological findings.
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