Selon le résumé de l’étude publiée dans Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology Basel, comprendre comment la rétine transforme les images en signaux que le cerveau peut interpréter ne donnerait pas seulement un aperçu des calculs du cerveau, mais pourrait aussi être utile pour la médecine. Au fur et à mesure que l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle se développent, les maladies oculaires seront bientôt décrites en termes de perturbations des calculs effectués par la rétine.

Un modèle nouvellement développé de la rétine permet de prédire avec une grande précision le résultat d’une perturbation définie.

Une équipe internationale de scientifiques a abordé cette question dans un ensemble d’expériences combinant la génétique, les outils viraux et moléculaires, les réseaux de microélectrodes à haute densité et les modèles informatiques. Leurs recherches montrent que leur nouveau modèle de la rétine peut prédire avec une grande précision le résultat d’une perturbation définie.

La vision commence dans la rétine, où les cellules photoréceptrices capturent la lumière qui tombe sur l’œil et la transforment en activité neuronale. Les cellules ganglionnaires, les neurones de sortie de la rétine, envoient ensuite les signaux visuels au cerveau. Cependant, la rétine est beaucoup plus qu’une simple caméra et un câble: entre les photorécepteurs et les cellules ganglionnaires, la rétine contient des circuits neuronaux complexes, qui sont assemblés à partir de nombreux types de cellules neuronales différentes. Ces circuits traitent les signaux entrants d’une manière complexe et extraient des caractéristiques importantes de la scène visuelle. Au niveau de sortie de la rétine, les calculs des circuits rétiniens aboutissent à ~ 30 représentations neuronales différentes de la scène visuelle: celles-ci sont ensuite transmises en parallèle au cerveau. Ainsi, la rétine agit comme un appareil informatique puissant, façonnant profondément la représentation visuelle.

Pour comprendre les mécanismes de la vision et prédire les conséquences des maladies visuelles, il est essentiel de comprendre comment les 30 canaux de sortie rétiniens représentent le monde visuel et comment leurs différentes propriétés fonctionnelles découlent de l’architecture des circuits rétiniens.

L’équipe de scientifiques de l’Institut Friedrich Miescher (FMI), de l’Institut d’Ophtalmologie Moléculaire et Clinique de Bâle (IOB), de l’ETH Zurich et de l’Ecole Normale Supérieure a perturbé un élément du circuit rétinien spécifiquetout en étudiant comment cette perturbation modifie les propriétés fonctionnelles des différents canaux de sortie rétinienne.

Selon l’article parut dans le science daily, la chercheuse Antonia Drinnenberg, a développé une méthode pour contrôler l’activité des cellules horizontales. Les cellules horizontales sont un élément du circuit rétinien qui fournit une inhibition de rétroaction à la première synapse visuelle entre les photorécepteurs et les cellules bipolaires. La méthode, qui impliquait un ensemble spécifique de virus, de souris transgéniques et de canaux ioniques ligand-dépendants, lui a permis d’activer et de désactiver la rétroaction à la première synapse visuelle. Pour mesurer les effets de cette perturbation dans la sortie rétinienne, elle a utilisé des réseaux de micro-électrodes à haute densité développés dans le groupe d’Andreas Hierlemann et enregistré simultanément les signaux électriques de centaines de cellules ganglionnaires.

Étonnamment, la perturbation a causé un grand nombre de changements différents dans la sortie de la rétine. Après avoir mesuré les signaux dans des milliers de cellules ganglionnaires et dans des canaux de sortie rétiniens définis, il est devenu clair que la variété des contributions des cellules horizontales qui ont été mesurées doit provenir de l’architecture spécifique du circuit rétinien.

Felix Frankeet Rava A. da Silveira, auteur principal de la recherche, ont construit un modèle informatique de la rétine. Le modèle a simulé les différentes voies que le signal peut emprunter à travers la rétine et a permis à l’équipe d’étudier si notre compréhension actuelle des circuits rétiniens pouvait expliquer les effets observés pendant les expériences.
En étudiant le comportement du modèle, les chercheurs ont constaté que le modèle pouvait reproduire l’ensemble des changements qu’ils avaient mesurés expérimentalement.
En outre, l’équipe a trouvé que le modèle a fait cinq autres prédictions sur le rôle des cellules horizontales, qu’ils n’avaient pas vu auparavant dans les données.

L’étape suivante consiste à utiliser le modèle pour prédire l’issue des maladies oculaires.

Source : Institute of Molecular and Clinical Ophthalmology Basel. « Important step towards a computer model that predicts the outcome of eye diseases. » ScienceDaily