The impact of short-wavelength light from visible range upon the neuronal activity in the rat olivary pretectal nucleus - in vivo electrophysiology studies

The retina is specialized to detect light information. Three groups of cells receive and process light information in the retina and next, send it to the brain. The first group are classic photoreceptors: cones and rods, located in the photoreceptor layer mainly responsible for image formation. Cones are involved in the photopic vision, providing the perception of color, while rods are specialized in the scotopic vision, allowing vision in the dark. Photodetection is enabled by photosensitive membrane receptors coupled with a G protein called opsins. Rods are light-sensitive thanks to the rodopsin. Rodents possess two classes of cone opsins: SWS, sensitive to short wavelengths of light in the UV spectrum and MWS, sensitive to medium wavelengths. Opposite to humane, rodents do not have LWS cones sensitive to long wavelengths of light. The third group of photosensitive cells are intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs), located in the ganglion cell layer of the retina. Their ability to detect light information is due to the presence of melanopsin. ipRGCs play an important role in non-image-forming visual responses to light such as pupillary light reflex and synchronization of circadian rhythms. It has also been proven that melanopsin participates in classic vision. The olivary pretectal nucleus is one of the non-image forming visual structures which receive dense melanopsin innervation. It is mainly responsible for pupillary light reflex. The aim of the current study was to verify whether neurons within the OPN respond to light stimuli in the range of ultraviolet and blue light. The experiments were carried out on Long Evans rats subjected to in vivo extracellular recording under urethane anesthesia. The results of this study confirm that within the OPN there are cells that are sensitive to light stimuli in the range of ultraviolet and blue light. Interestingly, the analysis of the UV – blue index light (UVBi) suggest that OPN neurons preferred the wavelength at 380 nm in the spectrum of UV light. In addition, the sustained - transient index (STi) analysis showed that a larger number of cells were characterized by sustained responses to 380 nm stimuli. The conclusion is that rodents’ SWS cones play an important role in visual and non-visual responses to light. The sustained responses at 380 nm suggest that SWS cones, like melanopsin cells, contribute to encoding information about light intensity.

Siatkówka jest wyspecjalizowaną tkanką, która przystosowana jest do detekcji informacji świetlnej. W jej warstwowej budowie wyróżnić można komórki, które uczestniczą w odbiorze i przetworzeniu informacji świetlnej na sygnał elektrochemiczny przesyłany do mózgu. Pierwszą grupą komórek odpowiedzialnych za tworzenie obrazu są klasyczne fotoreceptory: czopki i pręciki znajdujące się w warstwie fotoreceptorowej siatkówki. Czopki wyspecjalizowane są w widzeniu fotopowym, umożliwiającym odbiór wrażeń barwnych, natomiast pręciki wyspecjalizowane są w widzeniu skotopowym, umożliwiającym widzenie w ciemności. Fotodetekcję umożliwiają im światłoczułe receptory błonowe sprzężone z białkiem G nazywane opsynami. Pręciki zawdzięczają swoją światłoczułość rodopsynie. Siatkówka gryzoni wyróżnia dwie klasy czopkowych opsyn: SWS, wrażliwe na krótkie długości fali w spektrum światła UV oraz MWS, wrażliwe na średnie długości fali z zakresu światła zielonego. W przeciwieństwie do ludzi, gryzonie nie posiadają czopkowych opsyn LWS wrażliwych na długie długości fali w spektrum światła czerwonego. Bezpośrednio wrażliwe na światło komórki zwojowe siatkówki (ipRGCs) reprezentują trzecią grupę komórek zdolnych do odbioru informacji świetlnej. Znajdują się one w warstwie zwojowej siatkówki. Fotodetekcję umożliwia im światłoczuły barwnik z rodziny opsyn nazywany melanopsyną. Odgrywają one istotną rolę przede wszystkim w tzw. niewzrokowych odpowiedziach na światło jak m.in. odruch źreniczny i synchronizacja rytmiki okołodobowej. Dowiedziono również, iż melanopsyna podobnie jak fotoreceptory klasyczne, bierze udział w tworzeniu obrazu. Jedną ze struktur mózgowia otrzymującą projekcję z komórek melanopsynowych jest jądro przedpokrywowe oliwki (OPN), którego główną rolą jest regulacja odruchu źrenicznego. Celem niniejszej pracy było sprawdzenie czy komórki nerwowe w OPN u szczura z pigmentowaną siatkówką oka odpowiadają na stymulacje świetlne w zakresie światła ultrafioletowego i niebieskiego. Eksperymenty przeprowadzono na szczurach szczepu Long Evans, metodą zewnątrzkomórkowej rejestracji aktywności neuronalnej in vivo. Uzyskane w niniejszej pracy wyniki potwierdzają, iż w obrębie OPN znajdują się komórki wykazujące wrażliwość na bodźce świetlne w zakresie światła ultrafioletowego oraz niebieskiego. Ciekawym jest fakt, iż w przypadku analizy indeksu UV – światło niebieskie (UVBi) komórki nerwowe preferowały długość fali 380 nm w zakresie spektrum światła UV (350 nm – 380 nm). Dodatkowo analiza indeksu toniczno – przejściowego (STi) pokazała, iż przy tej długości światła największa liczba komórek charakteryzowała się tonicznymi odpowiedziami na stymulację świetlną. Można zatem stwierdzić, iż czopki SWS u gryzoni pełnią ważną rolę zarówno w wzrokowych jak i niewzrokowych odpowiedziach na światło. Toniczność odpowiedzi komórek przy 380 nm sugeruje, iż czopki SWS podobnie jak komórki melanopsynowe posiadają zdolność do kodowania informacji o natężeniu światła co sprawia, że mogą pełnić one rolę w synchronizacji zegara biologicznego.