Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Ortelius classification: Neurobiology
Panel
Neurosciences
Department or equivalent
Institute of Physiology (University of Pécs)
Participants
Kóbor, Péter Lénárd, László Petykó, Zoltán Szél, Ágoston Telkes, Ildikó
Starting date
2009-04-01
Closing date
2013-01-31
Funding (in million HUF)
23.780
FTE (full time equivalent)
6.36
state
closed project
Summary in Hungarian
A jelen beadványunkban kis módosításokkal és csökkentett költségvetéssel újra pályázunk a korábban K72335 sz. alatt beadott tervvel, melyet a Zsűri támogatásra javasolt, de az OTKA forrás hiányában nem tudta támogatni. A pályázat a dikromatikus színlátás biológiai alapjait kívánja kutatni emlősökben a macska, mint modell felhasználásával. Fő hipotézisünk, hogy a dikromatikus emlősök rendelkeznek egy speciális látórendszeri pályával, amely a "kék"(S-) csap fotoreceptorok aktivitását dolgozza fel és a színlátás alapjául szolgálhat. Ennek a pályának a létezését elektrofiziológiai egysejt-elvezetésekkel kívánjuk vizsgálni a corpus geniculatum laterale-ban, ahol a párhuzamos vizuális feldolgozórendszerek funkcionális-anatómiai elkülönülése a legnyilvánvalóbb. A vizuális neuronokat érő, S- és ML ("zöld") csapokból jövő funkcionális bemenetet csap-specifikus vizuális stimulusokkal fogjuk mérni. Mindezt kiegészítjük anatómiai és komputációs technikákkal. Ezt a megközelítést szisztematikusan még soha nem alkalmazták macskákban. Azt várjuk, hogy az eredmények a macska látórendszerét (mely a legjobban tanulmányozott szenzoros rendszerek egyike) új megvilágításba helyezik. Továbbá az eredmények hozzájárulhatnak az emlős látórendszer evolúciójának jobb megértéséhez is. Egy kék-sárga színlátásért felelős pálya létezésének bizonyítása további érv lenne amellett, hogy hogy a kétféle csapból álló, ősi emlös retina fő evolúciós előnye a színlátásban rejlik. A projekt alapkutatási jellegű, de eredményei potenciálisan alkalmazhatók a vizuális rendellenességek és betegségek klinikai kutatásában. A javasolt infrastrukturális beruházások megerősítenék a Pécsi Egyetemen a vizuális idegélettani kutatásokat, miközben a meglevő műszerparkra és szakértelemre is alapozunk. Szeretnénk egy kutatócsoportot létrehozni, amelyhez egy tudományos segédmunkatársat is alkalmaznánk és a hallgatói kutatómunkának is tág teret adnánk. Elismert hazai (Szél Ágoston) és külföldi (Paul R. Martin) kutatókkal is együttműködnénk.
Summary
The current proposal is a re-submission of our grant application K72335 with minor changes and decreased financial request. The previous proposal was suggested for support by the Panel but OTKA could not support it due to limited funds. This proposal studies the biological basis for dichromatic colour vision in mammals using the cat as a model. Our main hypothesis is that dichromatic mammals possess a specialised visual pathway for processing the signals of ''blue'' (S-) cone photoreceptors, which may subserve colour vision. We will test the existence of such a pathway using electrophysiological single cell recordings from the lateral geniculate nucleus, where the functional-anatomical separation of parallel visual pathways is most obvious. We will use cone-isolating visual stimuli to measure functional input from S- and ML- (''green'') cones to visual neurones. We will supplement our study with anatomical and computational techniques. This approach has never been used systematically in cats. We anticipate that the results will illuminate the cat visual system, one of the best studied models of sensory physiology, from a new aspect. They will also contribute to a better understanding of the evolution of mammalian visual system in general. The existence of a blue-yellow colour vision pathway in cats would lend further support to the idea that the evolutionary benefit of the ancient, two-cone mammalian retina lies in colour vision. The project will pursue basic research with potential application in clinical research of visual impairment and disease. The proposed investment in research infrastructure would strengthen visual neurophysiology at the University of Pécs while building on existing facilities and know-how. We seek to establish a new research group including a full time research fellow and encourage students' involvement in research. We will also draw on collaboration with renowned national (Ágoston Szél) and overseas (Paul R. Martin) groups.
Final report
Results in Hungarian
A projekt témája a színlátás ősi, főemlős alatti emlősökben meglévő mechanizmusának vizsgálata volt elsősorban elektrofiziológiai módszerekkel. Kísérleteinkben csap-specifikus ingerek által kiváltott egysejt-válaszokat mértünk altatott házimacskák corpus geniculatum laterale magjában. Felfedeztünk egy színlátásra optimalizált sejtpopulációt, mely a retinális kék csapoktól ON, a zöld csapoktól OFF típusú bemenetet kap. Receptív mezőik kb. háromszor nagyobbak, mint az akromatikus sejtekéi és a kék- és zöld-csap eredetű komponensek kiterjedése és súlya hasonló. E sejtek számos funkcionális és anatómiai sajátsága a főemlősök kék-ON sejtjeivel fennálló evolúciós homológiára utal, ami alapján feltehető, hogy főemlősök kék-sárga színopponens csatornája az általunk jellemzetthez hasonló, ősi színlátó rendszerből fejlődött ki. További elektrofiziológiai vizsgálatainkhoz kifejlesztettünk és sikeresen teszteltünk egy új, 7-csatornás mélyagyi mikroelektródát, amellyel hatékonyan növelhető az egyszerre jellemezhető neuronok száma. Végül morfometriai tanulmányt végeztünk macska retina fotoreceptor mozaikján annak vizsgálatára, hogy a kék-ON sejtek receptív mezői létrejöhetnek-e a csapok és potenciális szinaptikus partnereik közti véletlen huzalozással. Számításaink szerint a macska retinában léteznie kell egy specifikus kék-csap bipoláris sejttípusnak, valamint a kék-csapok szinaptikus súlya valószínűleg jóval nagyobb, mint az sűrűségükből következne.
Results in English
We studied the ancient mechanism of colour vision found in non-primate mammals using mainly electrophysiological methods. We measured single-cell responses to cone-isolating visual stimuli in the lateral geniculate nucleus of anaesthetised cats. We discovered a cell population optimised for colour vision, which receives ON-type input from retinal blue-cones and OFF-type input from green-cones. The receptive fields are about 3 times larger than those of achromatic cells and the blue- and green-cone components are matched in size and weight. Several functional and anatomical properties of these cells point to evolutionary homology with blue-ON cells of primates suggesting that the blue-yellow chromatic opponent channel of primates developed from an ancient colour vision system similar to the one characterised by us. To promote our on-going electrophysiological studies, we developed and successfully tested a novel 7-channel deep brain microelectrode allowing a significant increase in the number of simultaneously characterised neurones. Finally, we performed a morphometric study of the cat photoreceptor mosaic to find out if the receptive fields of blue-ON cells can emerge as a result of random wiring between cones and their potential synaptic partners. Our calculations suggest that a specific blue-cone bipolar cell type must exist in the cat retina. Furthermore, the synaptic weight of S-cones is probably considerably higher than expected from their density.
