Codage de la surprise par les cellules ganglionnaires rétiniennes

Encoding surprise by retinal ganglion cells

• Auteur / Autrice : Danica Despotović
• Direction : Serge Georges Rosolen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 17/01/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de la vision (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Mora
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florent Meyniel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stephanie E. Palmer, Georg Keller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux neuronaux (physiologie)

Cellules ganglionnaires de la rétine

Mots clés libres

Vision

Rétine

Codage neuronal

Réponse à un Stimulus Omis (RSO)

Codage prédictif

Cellules ganglionnaires de la rétine

Codage de la surprise

Vision

Retina

Neural coding

Omitted Stimulus Response (OSR)

Predictive coding

Retinal ganglion cells

Résumé

L'hypothèse du codage efficace stipule que les neurones sensoriels maximisent l’information transmise sur les stimuli sensoriels, compte tenu de contraintes internes telles que le coût métabolique des potentiels d’action ou le bruit. Cette théorie prédit que les neurones s'adaptent aux statistiques des stimuli et investissent davantage de ressources dans l'encodage des stimuli surprenants. Des résultats antérieurs de Schwartz et de ses collègues ont montré que certaines cellules ganglionnaires de la rétine de l'axolotl répondent à l’omission d’un flash dans une séquence périodique de flashs (appelée réponse au stimulus omis), ce qui suggère que ces cellules codent pour des stimuli inattendus plutôt que pour la luminance. Cependant, il n'existe jusqu'à présent aucune validation quantitative de cette hypothèse. Pour tester cette hypothèse, nous avons fait varier le niveau de surprise du stimulus et enregistré les réponses des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) à des séquences stochastiques de flashs plein champ. Nos résultats suggèrent que, compte tenu d'un modèle interne simple des statistiques du stimulus, les réponses neuronales sont compatibles avec l'idée que les neurones codent la surprise. De plus, la diversité observée dans la population de CGR peut être expliquée par une confiance différente dans le modèle interne des statistiques du stimulus.

The efficient coding hypothesis proposes that early sensory neurons transmit maximal information about sensory stimuli, given internal constraints such as metabolic cost of firing a spike or noise. This theory predicts that neurons should adapt to the stimulus statistics and invest most resources on encoding surprising stimuli. Previous results from Schwartz and colleagues showed that some ganglion cells in the axolotl retina respond to an omitted flash in a periodic sequence of flashes (termed the omitted stimulus response, OSR), suggesting that these cells code for unexpected stimuli rather than for physical luminance. However, so far there was no quantitative validation of this assumption. To test this hypothesis, we varied the level of surprise in the stimulus, and recorded the responses of retinal ganglion cells (RGCs) to stochastic sequences of full-field flashes. Our results suggest that, given a simple internal model of the stimulus statistics, neural responses are consistent with the idea of neurons encoding surprise. Moreover, the observed diversity in the RGC population can be explained by different confidence in the internal model of the stimulus statistics.