The wave of first spikes provides robust spatial cues for retinal information processing

Geoffrey Portelli (1) , John Barrett (2) , Evelyne Sernagor (2) , Timothée Masquelier (3) , Pierre Kornprobst (1)

1 NEUROMATHCOMP - Mathematical and Computational Neuroscience
2 ION - Institute of Neuroscience [Newcastle]
3 Institut de la Vision

How a population of retinal ganglion cells (RGCs) encode the visual scene remains an open question. Several coding strategies have been investigated out of which two main views have emerged: considering RGCs as independent encoders or as synergistic encoders, i.e. when the concerted spiking in a RGC population carries more information than the sum of the information contained in the spiking of individual RGCs. Although the RGCs assumed as independent encode the main information, there is currently a growing body of evidence that considering RGCs as synergistic encoders provides complementary and more precise information. Based on salamander retina recordings, it has been suggested [11] that a code based on di erential spike latencies between RGC pairs could be a powerful mechanism. Here, we have tested this hypothesis in the mammalian retina. We recorded responses to stationary gratings from 469 RGCs in 5 mouse retinas. Interestingly, we did not nd any RGC pairs exhibiting clear latency correlations (presumably due to the presence of spontaneous activity), showing that individual RGC pairs do not provide su cient information in our conditions. However considering the whole RGC population, we show that the shape of the wave of rst spikes (WFS) successfully encodes for spatial cues. To quantify its coding capabilities, we performed a discrimination task and we showed that the WFS was more robust to the spontaneous ring than the absolute latencies are. We also investigated the impact of a post-processing neural layer. The recorded spikes were fed into an arti cial lateral geniculate nucleus (LGN) layer. We found that the WFS is not only preserved but even re ned through the LGN-like layer, while classical independent coding strategies become impaired. These ndings suggest that even at the level of the retina, the WFS provides a reliable strategy to encode spatial cues.

Comment une population de cellules ganglionnaires de la rétine (RGC) encode la scène visuelle reste une question ouverte. Plusieurs stratégies de codage ont été étudiés à partir desquelles deux principales vues ont émergé: considérer les RGCs en tant que encodeurs indépendants ou en tant que encodeurs synergique; c'est à dire lorsque la réponse concertée dans une population de RGCs contient plus d'informations que la somme des informations contenues dans les réponses individuelles. Bien que en considérant les RGCs comme des encodeurs indépendants donne accès à l'information principale, il existe actuellement un nombre croissant de preuves qui montrent que considérer les RGCs comme des encodeurs synergiques fournit des informations complémentaires et plus précises. Basé sur des enregistrements de la rétine de salamandre, il a été suggéré [11] qu'un code basé sur les di érences entre les latences des paires de RGCs pourrait être un mécanisme puissant. Ici, nous avons testé cette hypothèse dans la rétine de mammifère. Nous avons enregistré les réponses de 469 RGCs de 5 rétines de souris. Fait intéressant, nous n'avons pas trouvé de paires de RGCs présentant des corrélations de latence claires (probablement en raison de la présence d'une forte activité spontanée). Cela montre que les paires de RGCs individuelles ne fournissent pas su samment d'informations dans nos conditions. Toutefois, en considérant la population de RGCs, nous avons montré que la forme de la première vague de potentiels d'action (WFS) code avec succès des indices spatiaux. Pour quanti er ses capacités de codage, nous avons réalisé une tâche de discrimination et nous avons montré que la WFS était plus robuste à l'activitée spontannée que les latences absolues. Nous avons également étudié l'impact du traitement par une couche de neurones. Les réponses enregistrées ont été introduits dans une couche de corps géniculé latéral arti ciel (LGN). Nous avons constaté que la WFS est non seulement préservée mais mÃame ra née à travers la couche LGN, tandis que les stratégies classiques de codage indépendant deviennent altérées. Ces résultats suggèrent que, même au niveau de la rétine, la WFS propose une stratégie able pour coder l'information visuelle.

Domaines: Neurosciences

Geoffrey Portelli, John Barrett, Evelyne Sernagor, Timothée Masquelier, Pierre Kornprobst. The wave of first spikes provides robust spatial cues for retinal information processing. [Research Report] RR-8559, INRIA. 2014. ⟨hal-01019953⟩