Projet ANR-11-PDOC-0023 – OPTIMA : Codage du mouvement par une population de cellules dans la retine saine et pathologique
Programme : Retour Post-Doctorants (RPDOC)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Olivier Marre (UNIVERSITE PARIS VI [PIERRE ET MARIE CURIE])
Partenaires : Université Pierre et Marie Curie
Montant : 330000.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Comprendre et lire le langage de la rétine saine et pathologiqueCodage du mouvement par une population de cellules dans la rétine saine et pathologique
Comment l’information visuelle est-elle représentée par les différents types cellulaires de la rétine saine et pathologique ?Bien plus qu’une caméra, la rétine est un réseau de neurones qui effectue des traitements complexes à partir de la lumière transduite par ses photorécepteurs, avant même d’envoyer l’information au cerveau. Un exemple important est le fait que certains sous-types de cellules ganglionnaires (la sortie de la rétine), soient sélectifs à la direction d'un stimulus en mouvement. Notre connaissance des circuits rétiniens a beaucoup progressé, mais on sait peu de choses sur le codage de l’information visuelle par leur activité coordonnée. Lors de la rétinite pigmentaire, les photorécepteurs dégénèrent, et les circuits rétiniens subissent une réorganisation massive. Lors d’une réactivation de la rétine par une thérapie optogénétique, nous ne savons pas si cette réorganisation va affecter la capacité de la rétine à transmettre l’information visuelle au cerveau.Le but de ce projet est de déterminer quels types de cellules de la rétine sont impliqués dans le codage du mouvement, dans la rétine saine, mais aussi dans des rétines dont les photorécepteurs sont dégénérés, et qui ont été réactivés partiellement par une thérapie optogénétique. Nous allons caractériser comment les cellules sélectives pour la direction du mouvement contribuent à la représentation d’un objet qui se déplace aléatoirement dans le champ visuel. Cette caractérisation sera d’abord faite sur la rétine saine, puis sur des rétines dégénérées et réactivés pour être a nouveau sensibles à la lumière. Nous espérons que ceci nous permettra de prédire l’efficacité des traitements optogénétiques à restaurer la perception visuelle chez des patients aveugles. 
L’enregistrement d’une grande (100-200 neurones) population de neurones dans la rétinePour répondre à cette question, il est nécessaire d’être capable d’enregistrer l’activité d’un grand nombre de neurones simultanément dans le circuit rétinien, ce qui n’a pas été accompli jusqu’ici.  Nous avons développé une nouvelle technique permettant d’enregistrer l’activité d’un très grand nombre de neurones rétiniens de sortie. Nous obtenons la même information que celle que reçoit le cerveau sur une région de l’espace visuel. Nous voulons comprendre comment les différents sous-types de cellules, sélectives a la direction ou non, contribue a transmettre l’information visuelle: leur activité est-elle indépendante des autres? Envoient-ils des informations redondantes? Nous voulons donner une réponse précise à ces questions en analysant les réponses des neurones a un stimulus en mouvement a l'aide d'outils statistiques élaborés, afin de comprendre comment ce mouvement est codé dans l’activité rétinienne.
Résumé de la soumission : Bien plus qu’une caméra, la rétine est un réseau de neurones qui effectue des traitements complexes à partir de la lumière transduite par ses photorécepteurs, avant même d’envoyer l’information au cerveau. Un exemple important est le fait que certains sous-types de cellules ganglionnaires (la sortie de la rétine), soient sélectifs à la direction d'un stimulus en mouvement. Notre connaissance des circuits rétiniens a beaucoup progresse, mais on sait peu de choses sur le codage de l’information visuelle par leur activité coordonnée.  Lors de la rétinite pigmentaire, les photorécepteurs dégénèrent, et les circuits rétiniens subissent une réorganisation massive. Lors d’une réactivation de la rétine par une thérapie optogénétique, nous ne savons pas si cette réorganisation va affecter la capacité de la rétine à transmettre l’information visuelle au cerveau.Pour répondre à cette question, nous avons développé une nouvelle technique permettant d’enregistrer l’activité d’un très grand nombre de neurones rétiniens de sortie. Nous obtenons la même information que celle que reçoit le cerveau sur une région de l’espace visuel.Dans un premier temps, nous voulons comprendre comment les différents sous-types de cellules, sélectives a la direction ou non, contribue a transmettre l’information visuelle: leur activité est-elle indépendante des autres? Envoient-ils des informations redondantes? Nous voulons donner une réponse précise à ces questions en analysant les réponses des neurones a un stimulus en mouvement a l'aide d'outils statistiques élaborés en collaboration avec l'equipe NeuroMathComp (INRIA, Sophia-Antipolis), afin de comprendre comment ce mouvement est code dans l’activité rétinienne.Dans un deuxième temps, nous voulons déterminer comment la dégénérescence des photorécepteurs et la réorganisation du tissu qui s’en suit modifie la capacité des circuits rétiniens a coder l’information. Avec notre méthode, nous allons étudier si, en dépit de la réorganisation, la transmission de l’information peut être maintenu à un niveau optimal après réactivation du tissu résiduel par thérapie optogénétique.Cette méthode pour évaluer finement la capacité de la rétine à coder l’information visuelle sera également essentielle pour évaluer l’impact fonctionnel de certaines mutations ou de différents agents thérapeutiques.
Résultats : Nous avons montré qu’il est possible de reconstruire précisément la trajectoire d’un objet en mouvement dans le champ visuel uniquement à partir de l’activité de la population de cellules de la rétine que nous avons enregistrée. Nous sommes donc capables de lire et de comprendre le langage de la rétine, et de décoder l’information visuelle qu’il contient avec une grande précision. Nous avons montre que ceci n’est rendu possible que grâce au grand nombre de neurones enregistrés simultanément. 
Nous allons maintenant utiliser les outils mis au point pour comprendre comment les différents sous-types de cellules, sélectives a la direction ou non, contribuent à transmettre l’information visuelle, en décodant leur activité pour reconstruire la trajectoire de l’objet en mouvement sans l’aide des autres cellules.
Perspectives : De plus, nous voulons déterminer comment la dégénérescence des photorécepteurs et la réorganisation du tissu qui s’ensuit modifie la capacité des circuits rétiniens a coder l’information. Avec notre méthode, nous allons étudier si, en dépit de la réorganisation, la transmission de l’information peut être maintenu à un niveau optimal après réactivation du tissu résiduel par thérapie optogénétique. Cette méthode pour évaluer finement la capacité de la rétine à coder l’information visuelle sera également essentielle pour évaluer l’impact fonctionnel de certaines mutations ou de différents agents thérapeutiques.
Publications et brevets : Les résultats ont été présentés lors de deux congres (Cosyne 2012, Areadne 2012), ainsi que lors de différents séminaires extérieurs (Ecole Normale Supérieure, Paris, Mars 2012 ; FMI, Basel prévu en juillet 2012). 
Nous préparons un article sur les résultats obtenus a propos de la reconstruction de la trajectoire de l’objet. Un article couvrant une partie des méthodes utilisées a été soumis a un journal.