Our two forward facing eyes supply the visual system with slightly different versions of the world around us. These slight differences in the two retinal images are used to obtain depth information about a visual scene. Conventionally, it has been assumed that points in one retinal image that do not have corresponding points in the other image are treated as noise. However, if one object is partially occluded by another, monocular points and regions occur. While it is, by now, established that we do not ignore geometrically plausible monocular points and regions, we know much less about our percept of such regions. So far it has not been studied how our percept of monocular regions compares to that of binocular regions and how well we are able to use the information contained in them. In this thesis I explore our percept of such monocular regions and ask how we treat them in relation to their binocular surround. Using classical psychophysical methods as well as reaction-times and eye-tracking data, I find that we are perfectly capable of using monocular regions to interact with them and to arrive at a stable, seemingly complete percept of them. Sometimes our performance even benefts from the presence of a monocular region. However, this breaks down when we are asked to integrate the information contained in monocular regions with information in binocular regions. The experiments in this thesis show that even though we do not ignore monocular regions and can, if we have to, interact with them, we show a strong preference towards relying on binocular information when given the option.

No description available.

No description available.

No description available.

The most robust entrainment cue to the circadian clock is light. In response to this, organisms have evolved light detection mechanisms which allow them to measure and transduce irradiance information to specific centres in the brain. To perceive light, these receptors use photosensitive opsins that are remarkably divergent from those involved in image-forming photoreception. The main focus of this work was to understand if the photopigment function of the inner-retinal opsins can be inferred from their sequence and predicted structure. To this end we have isolated and characterised melanopsin and VA opsin from vertebrate species that have evolved under different environments.

The retina of the mammalian eye is able to function over a large range of light levels by employing complex adaptive and circadian mechanisms. These allow this tissue to both adapt to the presenting light conditions and anticipate daily changes in light intensity that defines the solar day. This thesis forms a body of work addressing this research area, examining the influence of retinal clocks on aspects of retinal physiology, and the mechanisms behind these rhythms.

Le glaucome est défini par une dégénérescence du nerf optique dont le principal facteur de risque est l’hypertension oculaire due à des altérations du tissu trabéculaire. Les traitements incluent des agonistes du récepteur FP, les agonistes du récepteur EP2 pouvant également avoir des effets bénéfiques.Au cours de cette thèse, un modèle de cellules trabéculaires primaires humaines a été défini et les effets du latanoprost, un agoniste FP, et du butaprost, un agoniste EP2, ont été étudiés, d'une part, sur la survie des cellules trabéculaires, et d’autre part, sur la transition myofibroblastique. Il a été montré que l’activation du récepteur EP2 permet de protéger les cellules trabéculaires d’un stress du réticulum endoplasmique par une diminution de l’accumulation de p53 qui résulte en l’inhibition de l’expression de Puma. Enfin, le butaprost entraîne l’augmentation de l’expression de Bcl-2 et la phosphorylation de Bad qui participent à l’inhibition de l’apoptose.D’autre part, le latanoprost induit une contraction des cellules trabéculaires tandis que le butaprost inhibe la contraction induite par le TGF-B2. En revanche, les deux agonistes inhibent la déposition du collagène.En conclusion, indépendamment de leur effet hypotenseur connu, le latanoprost favoriserait l’acquisition par les cellules trabéculaires d’un phénotype contractile et l’activation du récepteur EP2 pourrait limiter le développement de la dysfonction trabéculaire en protégeant de la mort cellulaire et en favorisant une relaxation. Ces résultats suggèrent que la stimulation du récepteur EP2 pourrait limiter le développement du glaucome et serait plus favorable que les agonistes du récepteur FP. / Glaucoma is defined as an optic neuropathy whose main risk factor is ocular hypertension due to alterations of the trabecular meshwork (TM). The first-line therapies for glaucoma are agonists of the FP receptor. Agonists of the EP2 receptor could also present beneficial effects.During the thesis project, a model of primary human TM cells has been defined and the effects of latanoprost, an FP agonist, and butaprost, an EP2 agonist, have been studied on, firstly, the survival of TM cells and, secondly, on the myofibroblast transition.We have shown that activation of the EP2 receptor protects TM cells from an endoplasmic reticulum stress by a decreased accumulation of p53 which results in the inhibition of Puma transcription. Finally, butaprost mediates an increased expression of Bcl-2 and an elevation of Bad phosphorylation which contribute to protection against TM cell death.Moreover, latanoprost induces TM cell contraction while butaprost inhibits TGF-B2-dependent contraction. On the other hand, both agonists inhibit collagen.In conclusion, independently of their hypotensive effects, latanoprost would favor the acquisition by TM cells of a contractile phenotype while stimulation of EP2 receptor could limit TM dysfunction by protecting against TM cell death and relaxing the tissue. These results suggest that activation of EP2 receptor could slow down or inhibit the course of glaucoma progression and would be more favorable than the FP agonists currently used.

Η πλαστικότητα - η ικανότητα του εγκεφάλου να αναδιοργανώνει τις συνδέσεις του δομικά και λειτουργικά σε απάντηση μεταβολών της αισθητικής εμπειρίας - είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των νευρικών κυκλωμάτων και την δυνατότητα προσαρμογής του νευρικού συστήματος στο περιβάλλον. Το οπτικό σύστημα έχει για χρόνια αποτελέσει το έδαφος των περισσότερων μελετών της εξαρτώμενης από την εμπειρία πλαστικότητας και αυτό χάριν του εύκολου χειρισμού της οπτικής εμπειρίας καθώς και των συνεπειών αυτής, που δύνανται να μελετηθούν σε ανατομικό και μοριακό επίπεδο αλλά και σε επίπεδο φυσιολογίας. Σε ζώα που μεγάλωσαν στο σκοτάδι από την γέννηση, οι φλοιϊκοί νευρώνες εμφανίζουν ιδιότητες ανώριμου οπτικού συστήματος όπως μεγαλύτερα υποδεκτικά πεδία, μειωμένη ικανότητα προσανατολισμού και κατεύθυνσης και μειωμένη οπτική οξύτητα, όπως αυτών που παρατηρείται κατά την στιγμή του ανοίγματος των οφθαλμών. Η πιο κλασική μορφή πλαστικότητας που χρησιμοποιήθηκε σαν μοντέλο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η δραστηριότητα συμμετέχει στην δημιουργία των νευρικών κυκλωμάτων είναι αυτή της οφθαλμικής επικράτησης (Hubel and Wiesel, 1963). Παρά το γεγονός ότι το οπτικό σύστημα αποτελεί για πολλά χρόνια ένα από τα καλύτερα μοντέλα για την μελέτη του φαινομένου της πλαστικότητας, εντούτοις οι περισσότερες εργασίες αναφέρονται κυρίως στον οπτικό φλοιό, στο έξω γονατώδες σώμα και στο άνω διδύμιο. Λιγότερες μελέτες αναφέρονται στον αμφιβληστροειδή όπου από τα πειράματα των Chalupa et al (1993) αλλά και Tian et al (2003) φαίνεται ότι η πλαστικότητα ίσως δεν είναι προνόμιο μόνο του οπτικού φλοιού. Οι μελέτες αυτές έδειξαν ότι τόσο φαρμακολογικοί παράγοντες όσο και η οπτική αποστέρηση δύνανται να οδηγήσουν σε αναδιοργάνωση της φυσιολογικής δομής του ιστού του αμφιβληστροειδούς. Το γλουταμινικό οξύ είναι ο κύριος διεγερτικός νευροδιαβιβαστής στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Ένας από τους υποδοχείς μέσω των οποίων ασκεί τη δράση του είναι οι υποδοχείς του Ν-μέθυλο-D-ασπαρτικού οξέος (NMDA) οι οποίοι έχουν σημαντικό ρόλο στην πλαστικότητα λόγω της διττής ιδιότητας του να είναι ιοντο-εξαρτώμενοι και τασο-εξαρτώμενοι υποδοχείς. Πληθώρα ερευνών έχει δείξει ότι οι υποδοχείς αυτοί συμμετέχουν στους κυτταρικούς μηχανισμούς για την πλαστικότητα των νευρωνικών κυκλωμάτων όπως LTP (μακρόχρονη ενδυνάμωση) και LTD (μακρόχρονη καταστολή). Μελέτες είτε με φαρμακολογικό αποκλεισμό είτε με γενετική τροποποίηση των υποδοχέων NMDA έχουν δείξει την εξάρτηση της πλαστικότητας των κυκλωμάτων του οπτικού συστήματος από τους υποδοχείς NMDA. Γνωρίζουμε ότι μεταφραστικές και μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, καθώς και ρύθμιση της διακίνησης των υποδοχέων NMDA παίζουν ενεργό ρόλο στον μηχανισμό πλαστικότητας της γλουταμινεργικής σύναψης. Ένας από τους βασικούς μηχανισμούς ρύθμισης των υποδοχέων NMDA είναι η φωσφορυλίωση που παίζει ρόλο τόσο στην ενδοκυττάρια διακίνηση του υποδοχέα όσο και στις ιδιότητες του διαύλου του υποδοχέα μεταβάλλοντας κατά αυτόν τον τρόπο την συναπτική ισχύ και εν τέλει συμμετέχοντας σε διάφορες μορφές συναπτικής πλαστικότητας. Με βάση τα παραπάνω, σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να διερευνήσει τη συμβολή του γλουταμινεργικού υποδοχέα NMDA στην πλαστικότητα του αναπτυσσόμενου οπτικού συστήματος. Η παρούσα διατριβή μελετά την επίδραση της οπτικής εμπειρίας στην ρύθμιση των υπομονάδων του υποδοχέα NMDA στον αμφιβληστροειδή και τον οπτικό φλοιό επίμυων. Συγκεκριμένα, πρώτος στόχος της εργασίας είναι να μελετήσουμε την μεταβολή των επιπέδων έκφρασης των υπομονάδων NR2A και NR2B του υποδοχέα NMDA κατά την ανάπτυξη των επίμυων στο σκοτάδι (οπτική αποστέρηση) στον αμφιβληστροειδή. Δεύτερος στόχος να μελετήσουμε την επίδραση του οπτικής αποστέρησης στην φωσφορυλίωση της υπομονάδας ΝR2B στον αμφιβληστροειδή και στον οπτικό φλοιό. Τρίτος στόχος είναι να μελετήσουμε τα επίπεδα έκφρασης και φωσφορυλίωσης των υπομονάδων του υποδοχέα NMDA μετά από έκθεση στο φως των επίμυων που μεγάλωσαν στο σκοτάδι με σκοπό να εξετάσουμε εάν η ρύθμιση τους από την οπτική εμπειρία είναι αμφίδρομη. / Experimental manipulation of experience during development can have profound effects on the functioning of the resulting circuits. N-methyl-d-aspartate glutamate receptor (NMDAR) activity is required for the establishment and refinement of neural circuits during development. In the present study, the authors addressed the issue of experience-dependent regulation of NMDARs by examining the effects of visual experience and deprivation on subunit composition and subunit phosphorylation of NMDAR in the retina and visual cortex. Methods. Total homogenates were prepared from retinas and visual cortices of 30-day-old (P30) Wistar rats, raised either in a normal 12-hour light/12-hour dark cycle (normal-reared [NR]) or in complete darkness from birth (dark-reared [DR]). Some of the DR animals were exposed to light for 6 hours at P30 (DR+6h). Immunoblotting was performed for the NMDAR subunits, NR2A and NR2B, and for the phosphorylated NR2B subunit protein at serine 1303 (pNR2B-Ser1303). Results. Dark rearing for 1 month decreased the NR2A/NR2B ratio and increased the level of phosphorylation of NR2B subunit at Ser1303 in the retina and visual cortex. Light exposure at P30 reversed the effects of visual deprivation on NMDAR composition and NR2B phosphorylation in both regions. Conclusions. These results indicated that NMDAR subunit composition and NR2B phosphorylation at Ser1303 is regulated bidirectionally by visual experience and deprivation in rat retina and visual cortex.

Les cellules ganglionnaires transfèrent l'information visuelle de l’œil au cerveau, sous une forme encore débattue. Leurs réponses aux stimuli visuels sont non-linéaires, corrélées entre neurones, et une partie de l'information est présente au niveau de la population seulement. J'étudie d'abord la structure des réponses de population. Les cellules du cortex sont influencées par l'activité globale des neurones avoisinants, mais ces interactions manquaient encore de modèle. Je décris un modèle de population qui reproduit le couplage entre neurones et activité globale. Je montre que les neurones de la rétine de salamandre dépendent de l'activité globale de manière surprenante. Je décris ensuite une méthode pour caractériser la sensibilité de populations de neurones de la rétine de rat à des perturbations d'un stimulus. J'utilise des expériences en boucle fermée pour explorer sélectivement l'espace des perturbations autour d'un stimulus donné. Je montre que les réponses à de petites perturbations peuvent être décrites par une linéarisation de leur probabilité. Leur sensibilité présente des signes de codage efficace. Enfin, je montre comment estimer la sensibilité des réponses d'une population de neurones à partir de leur structure. Je montre que les machines de Boltzmann restreintes (RBMs) sont des modèles précis des corrélations neurales. Pour mesurer le pouvoir de discrimination des neurones, je cherche une métrique neurale telle que les réponses à des stimuli différents soient éloignées, et celles à un même stimulus soient proches. Je montre que les RBMs fournissent des métriques qui surpassent les métriques classiques pour discriminer de petites perturbations du stimulus. / Ganglion cells form the output of the retina: they transfer visual information from the eye to the brain. How they represent information is still debated. Their responses to visual stimuli are highly nonlinear, exhibit strong correlations between neurons, and some information is only present at the population level. I first study the structure of population responses. Recent studies have shown that cortical cells are influenced by the summed activity of neighboring neurons. However, a model for these interactions was still lacking. I describe a model of population activity that reproduces the coupling between each cell and the population activity. Neurons in the salamander retina are found to depend in unexpected ways on the population activity. I then describe a method to characterize the sensitivity of rat retinal neurons to perturbations of a stimulus. Closed-loop experiments are used to explore selectively the space of perturbations around a given stimulus. I show that responses to small perturbations can be described by a local linearization of their probability, and that their sensitivity exhibits signatures of efficient coding. Finally, I show how the sensitivity of neural populations can be estimated from response structure. I show that Restricted Boltzmann Machines (RBMs) are accurate models of neural correlations. To measure the discrimination power of neural populations, I search for a neural metric such that responses to different stimuli are far apart and responses to the same stimulus are close. I show that RBMs provide such neural metrics, and outperform classical metrics at discriminating small stimulus perturbations.