Décodage des circuits rétiniens pour le rythme circadien, la réponse pupillaire à la lumière

La rétine sensible à la lumière de l'œil exploite différents circuits selon qu'elle génère une vision formant une image ou qu'elle exerce une fonction non visuelle telle que la régulation de la taille de la pupille ou des cycles veille/sommeil, selon une nouvelle étude sur la souris du National Eye Institute ( NEI) et l'Institut national de la santé mentale (NIMH). Publiés dans Cell Reports , les résultats pourraient avoir des implications pour comprendre comment nos yeux aident à réguler l'humeur, la digestion, le sommeil et le métabolisme. NEI et NIMH font partie des National Institutes of Health.
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"Nous en savons beaucoup sur les voies impliquées dans la vision formatrice d'images, mais jusqu'à présent, on ignorait si et comment les comportements visuels non formateurs d'images dépendent de ces mêmes voies dans l'œil", a déclaré Johan Pahlberg, Ph.D., responsable du groupe de physiologie des photorécepteurs du NEI et auteur principal de l'étude.

La vision commence lorsque la lumière pénètre dans l'œil et frappe les photorécepteurs sensibles à la lumière de la rétine. Les photorécepteurs transfèrent des signaux à travers plusieurs couches de neurones rétiniens avant que ces signaux ne soient envoyés au cerveau. La lumière déclenche également certaines fonctions non visuelles, telles que le contrôle de la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil par la pupille (réflexe pupillaire de la lumière) et la régulation du cycle veille/sommeil (rythme circadien). La perturbation du rythme circadien a été liée à des problèmes de sommeil, à l'obésité et à d'autres problèmes de santé.

Pour étudier les voies utilisées par les fonctions de formation d'image par rapport aux fonctions de formation d'image dans la rétine, Pahlberg et ses collègues ont étudié des groupes de souris qui avaient été génétiquement modifiées pour désactiver un ou plusieurs liens de voie, ou synapses, entre les photorécepteurs et leur prochain neuronal en aval. voisines, appelées cellules bipolaires. Le groupe a étudié les rôles des photorécepteurs en bâtonnets, qui sont sensibles aux faibles niveaux de lumière ; les photorécepteurs coniques , qui voient la couleur ; ainsi que trois types de cellules bipolaires : les cellules bipolaires en bâtonnets, les cellules bipolaires à cône "on" et les cellules bipolaires à cône "off".

Les cellules bipolaires à cône "on" réagissent aux augmentations de lumière, et les cellules bipolaires à cône "off" réagissent aux diminutions de lumière. Les photorécepteurs à cône ne peuvent communiquer qu'avec les cellules bipolaires à cône, tandis que les photorécepteurs à tige ont des voies pour communiquer avec chacun des types de cellules bipolaires, en fonction du niveau de lumière. Les cellules bipolaires communiquent ensuite avec d'autres neurones de la rétine, transmettant des informations au nerf optique puis au cerveau. Certaines souris de l'étude n'avaient pas de connexions fonctionnelles entre les bâtonnets et les cellules bipolaires "sur", par exemple, ou de connexions entre les cônes et les cellules bipolaires, ou manquaient de connexions entre les photorécepteurs des bâtonnets et des cônes.

Les chercheurs ont comparé les réponses des souris à des stimuli visuels tout en évaluant les réponses lumineuses pupillaires et en surveillant leur cycle veille/sommeil nocturne. Ils ont déterminé que si la vision formatrice d'images peut utiliser des photorécepteurs à bâtonnets et à cônes, ainsi que tous les types de cellules bipolaires, il n'en va pas de même pour les fonctions non formatrices d'images. La réponse de la pupille repose exclusivement sur les photorécepteurs à bâtonnets, tandis que les cônes sont incapables de contrôler ce comportement. Pendant ce temps, la régulation du rythme circadien et le réflexe pupillaire n'utilisent que les voies des cellules bipolaires "sur", en s'appuyant sur les cellules bipolaires en bâtonnets et les cellules bipolaires "sur" les cônes, mais pas sur les cellules bipolaires "hors" cônes.

"Nous avons été vraiment surpris de constater que les animaux avec seulement des cellules bipolaires "éteintes" ne peuvent pas s'adapter aux changements du cycle jour/nuit, mais peuvent toujours voir et répondre aux événements visuels, ce qui signifie qu'ils ont une vision fonctionnelle de formation d'images. vraiment intéressant pour nous que les fonctions de formation sans imagerie ignorent complètement les informations de la voie "off"", a déclaré Pahlberg. "Nous avons également été surpris que les photorécepteurs à tiges, qui sont optimisés pour les conditions de faible luminosité, soient toujours utilisés pour la réponse pupillaire même lorsque les niveaux de lumière étaient élevés. Nous pensions vraiment que les tiges seraient maximisées à ce stade."

Pahlberg s'attend à ce que bon nombre de ces découvertes chez la souris soient valables pour l'homme, car les circuits rétiniens sont similaires chez les mammifères. À l'avenir, il a l'intention d'explorer d'autres fonctions de la rétine qui ne forment pas d'image, comme la régulation de l'humeur, et de voir comment ces différents circuits rétiniens sont utilisés autrement.

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