III-La physiologie rétinienne

Pour citer ce document

Florence Rigaudière et Jean-François Le Gargasson, «III-2 : LA NEURORETINE : ASPECTS FONCTIONNELS», Oeil et physiologie de la vision [En ligne], III-La physiologie rétinienne, publié le 29/11/2010, mis à jour le 18/06/2013, URL : http://lodel.irevues.inist.fr/oeiletphysiologiedelavision/index.php?id=215, https://doi.org/10.4267/oeiletphysiologiedelavision.215

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III-2 : LA NEURORETINE : ASPECTS FONCTIONNELS

Texte intégral

1« … ou la rencontre entre photons et photorécepteurs… »

2Le fonctionnement de la neurorétine est déclenché par l’absorption des photons lumineux par les photopigments des photorécepteurs. Il s’en suit une cascade, comme un jeu de domino qui modifie l’état de l’épithélium pigmentaire en amont et du deuxième et troisième étage rétinien, en aval…

3Le signal rétinien initial correspond, au niveau des deux premiers étages, à des propagations de variations de différences de potentiels, pour devenir, au troisième étage, un influx visuel formé de potentiels d’action qui se propagent le long des voies visuelles, jusqu’aux nombreuses aires visuelles corticales.

4Seules sont décrites les principales étapes fonctionnelles qui introduisent à la compréhension de la genèse des signaux électrophysiologiques utilisés en exploration clinique. Elles mettent en lumière les propriétés fonctionnelles différentielles des systèmes scotopique et photopique en soulignant leur comportement spécifique vis-à-vis des caractéristiques de la stimulation.

5Ces propriétés sont mises à profit dans le cadre de l’exploration fonctionnelle clinique pour isoler de façon indirecte la réponse et le mode de fonctionnement de chacun de ces deux systèmes.

6Le fonctionnement de l’épithélium pigmentaire est exposé au chapitre suivant. Il ne sera cependant pas oublié ici que son niveau de potentiel se modifie au cours de différents états d’adaptation de la neurorétine à la lumière ou à l’obscurité avec de possibles retentissements sur l’état fonctionnel rétinien.

La neurorétine à l’obscurité

7A l’obscurité, la neurorétine n’est pas stimulée ; elle est cependant dans un état fonctionnel spécifique en comparaison des autres cellules neurologiques de l’organisme. A la lumière, cet état se modifie pour déclencher les phénomènes qui aboutissent à la vision.

La membrane externe des photorécepteurs

8Les photorécepteurs sont séparés de l’espace extracellulaire par une membrane externe. Pour le cône, la membrane sépare le milieu extra et intracellulaire ; elle porte directement les photopigments. Pour le bâtonnet, elle sépare le milieu extra et intracellulaire qui contient les disques sur lesquels se trouvent les photopigments (figure III-1-7).

9Les caractéristiques et les propriétés membranaires des bâtonnets résumées ci-dessous, sont mieux connues que celles des cônes.

Canaux ioniques membranaires du bâtonnet

Situation

10La membrane plasmatique du segment externe du bâtonnet est le siège de canaux transmembranaires luminodépendants spécifiques des ions sodium et calcium (figure III-2-1). Ces canaux sont situés uniquement sur la membrane externe et ne sont pas retrouvés sur la membrane des disques. Ils représentent environ 7% des protéines transmembranaires [Molday, 1998].

Les autres protéines transmembranaires de la membrane plasmique se composent d’environ 60% de molécules de rhodopsine, 7% d’échangeur d’ions Na+/Ca2+-K+. 4% de transporteurs du glucose et les 22% restant étant de natures diverses [Molday, 1998].

Composition

11Ces canaux transmembranaires sodium et calcium de la membrane plasmique se composent de deux sous unités différentes alpha et béta. La sous unité alpha peut être ouverte par le GMPc (Guanosine monophosphate cyclique) tandis que la sous unité béta permet la modulation du canal par la calmoduline via le taux de calcium intracellulaire [Ebrey, Koutalos, 2001].

Etat à l’obscurité

12A l’obscurité, ces canaux sodium et calcium sont maintenus ouverts grâce à trois molécules de GMPc lorsque la concentration de GMPc est forte. Ces canaux ouverts permettent l’entrée en permanence d’un flux d’ions sodium (80%) et calcium (20%) [Korenbrot, Rebrik, 2002].

13L’équilibre ionique de ces ions sodium et calcium entre le milieu intra et extracellulaire est maintenu par deux mécanismes (figure III-2-1) :

141- un contre-transport insensible à la lumière, situé sur le segment externe et assuré par un échangeur d’ions Na+/Ca2+-K+. Il permet la sortie d’un ion calcium et d’un ion potassium, contre l’entrée de quatre ions sodium. Son effet permanent est cependant limité à un flux sortant d’environ 500 ions calcium par seconde [Doly, 1997] ;

152- un mécanisme actif de pompes ATP-dépendantes, situées au niveau du segment interne du bâtonnet. Elles permettent la sortie de trois ions sodium contre l’entrée de deux ions potassium. Ce mécanisme actif ne joue pas de rôle direct sur les flux des ions calcium.

Dépolarisation du bâtonnet

16Cet équilibre ionique à l’obscurité correspond à un excès de sodium intracellulaire par rapport à l’état d’équilibre observé pour toutes les autres cellules de l’organisme ; en l’absence de stimulation, la cellule est dépolarisée.

Diminution de la barrière de potentiel : dépolarisation du bâtonnet

17En l’absence de stimulation, la barrière de potentiel (ou différence de potentiel) transmembranaire est de -40 mV ± 10 mV alors qu’elle est de -70 mV ± 10 mV pour toutes les autres cellules de l’organisme. Cette valeur ne correspond pas à une différence de potentiel spécifique en l’absence de stimulation, mais bien à une véritable diminution de la barrière de potentiel par rapport à ce qui est normalement observé en l’absence de stimulation. Cette valeur correspond à un état de dépolarisation du bâtonnet.

18En effet, au niveau de sa synapse avec les cellules horizontales et bipolaires sous-jacentes, on observe une libération continue de son neurotransmetteur, le glutamate [Barnes, 1995]. 

19Abaissement de la barrière de potentiel transmembranaire (par rapport aux valeurs habituellement observées en l’absence de stimulation) associé °à des ouvertures de canaux sodium en nombre important et °à la libération du neurotransmetteur au niveau des synapses avec les cellules sous-jacentes sont caractéristiques de l’état de dépolarisation d’une cellule.

Courant d’obscurité

20Cet état de dépolarisation permet l’ouverture de canaux sodium-calcium ; on observe alors une circulation d’ions ou courant d’obscurité, constitué essentiellement d’un flux d’ions sodium (80% d’ions sodium et 20% d’ions calcium)

21°il est entrant au niveau du segment externe du bâtonnet, par les canaux sodium et calcium maintenus ouverts par trois molécules de GMPc [Doly, 1997], [McIlwain, 1996], puis

22°il se dirige vers le segment interne de la cellule pour

23°ressortir vers le milieu externe, grâce à des mécanismes actifs de pompes et de contre-transports ioniques, fermant ainsi le circuit (figure III-2-1).

24L’intensité de ce courant d’obscurité est maximale à l’obscurité.

Canaux ioniques membranaires des cônes

Situation

25Pour les cônes, les canaux ioniques sodium-calcium sensibles à la lumière, sont situés tout le long des replis de la membrane plasmique et contigus aux molécules de photopigments.

26Bien que la surface de membrane repliée soit supérieure à celle de la membrane externe des bâtonnets, le nombre de canaux ioniques sodium-calcium situés sur les cônes est semblable à celui des bâtonnets car leur densité par cône est inférieure à celle par bâtonnet [Yau, 1994].

Composition

27Ces canaux ioniques sodium-calcium ont des sites de fixations différents de ceux des bâtonnets [Picones, Korenbrot, 1992] ; ils sont également codés par des gènes différents [Bonigk et al., 1993].

Etat à l’obscurité

28A l’obscurité, ces canaux sodium-calcium sont maintenus ouverts grâce une forte concentration de molécules de GMPc. Ces canaux sodium-calcium ouverts permettent l’entrée en permanence d’un flux d’ions sodium (65%) et calcium (35%) avec une régulation par un échangeur d’ions calcium-sodium-potassium où la clairance des ions calcium est beaucoup plus rapide que pour le bâtonnet [Korenbrot, Rebrik, 2002].

Dépolarisation du cône

29En l’absence de stimulation, les cônes comme les bâtonnets sont dépolarisés. Il s’agit bien d’une véritable dépolarisation. En effet, on observe une libération en continu de leur neurotransmetteur, le glutamate, au niveau de leurs synapses avec leurs cellules sous-jacentes : les cellules bipolaires de cônes.

Les photopigments des bâtonnets et des cônes

30Chez l’homme, il a été mis en évidence quatre types de photopigments : la rhodopsine portée pour les bâtonnets et trois pigments, L, M et S portés chacun par un groupe de cônes. Leurs compositions en acides aminés sont différentes et en grande partie responsables de leurs propriétés qui les différencient.

Localisation des photopigments

Des bâtonnets

31La rhodopsine constitue 85% des protéines transmembranaires des disques [Molday, 1998], [Menon et al., 2001] ; on la trouve également au niveau de la membrane plasmique où elle constitue 60% des protéines transmembranaires [Molday, 1998]. Elle est donc principalement mais non pas uniquement localisée sur les disques.

Des cônes

32Les photopigmentsdes cônes sont également des protéines transmembranaires situées sur les replis de la membrane plasmique.

Structure et composition des photopigments

Structure tertiaire

33Les quatre photopigments sont composés de façon similaire par °une opsine ou chaîne protéique, associée à °un chromophore, le rétinal, sous sa forme 11-cis dans l’état inactivé (figure III-2-2).

Figure III-2-2 : schéma de la structure spatiale d’une molécule de rhodopsine. Le chromophore est au centre de la poche dans sa configuration 11-cis.

34Ces protéines transmembranaires présentent :

35°une partie membranaire, composée de sept hélices alpha dont l’inclinaison, les unes par rapport aux autres, varie selon la profondeur dans la membrane [Hargrave, 2001]

36°pour les cônes : une partie extracellulaire et une partie intracellulaire et

37 °pour les bâtonnets : une partie cytoplasmique et une partie intradiscale(figure III-2-3).

Figure III-2-3. La partie extracellulaire pour les cônes et cytoplasmique pour les bâtonnets comporte quatre boucles (polypeptides- B1 à B4). B4 est ancrée dans la membrane par des palmytoyle-cystéines (P) reliée à l’extrémité C terminale où se trouvent les sites de phosphorylation (Ph) aussi bien pour les cônes [Lolley, Lee, 1990] que pour les bâtonnets [Gordon, Bazan, 1997].

Le rectangle rouge situé à la base de B2 est la zone de fixation de la protéine G.

Les sept hélices alpha sont transmembranaires [Gordon, Bazan, 1997]. Elles forment une poche [Das et al., 1999] à l’intérieur de laquelle se situe le chromophore qui est accroché à deux hélices en des positions différentes pour la rhodopsine et les photopigments L et M [Jacobs, 1998]. Le chromophore est parallèle à la surface membranaire.

La partie intradiscale pour le bâtonnet et intracellulaire pour le cône, comprend trois boucles B5 à B7 et une extrémité N terminale avec ses deux sites de glycosylation (G).

38Si la structure tertiaire de la rhodopsine et celle des photopigments des cônes sont similaires, les séquences et le nombre d’acides aminés sont différents. La partie membranaire est la plus importante pour la sélectivité spectrale.

Structure primaire

39La séquence des opsines des quatre photopigments a pu être établie précisément lorsque les gènes codant ont été connus [Nathans, 1990].

Rhodopsine

40La rhodopsine est codée par un gène porté par le chromosome 3 ; elle comporte 348 acides aminés [Nathans, Hogness, 1984] dont la numérotation de 1 à 348 sert de repère.

Photopigments L et M

41Les photopigments L et M sont codés par plusieurs gènes portés par le chromosome X [Sjoberg et al., 1998]. Ils comportent 364 acides aminés, identiques à 96% ; ils ne diffèrent que par 15 acides aminés (figure III-2-4).

Parmi ces quinze, seuls les sept acides aminés localisés aux positions 116, 180, 230, 233, 277, 285 et 309, sont impliqués dans le changement de sélectivité spectrale du pigment L par rapport au pigment M.

Dans le cadre d’erreur de codage pour une photopigment donné, la substitution d’un acide aminé par un autre aux cinq sites 116, 180, 230, 233 et 309 n’entraîne qu’une variation de sélectivité spectrale mineure allant de 1 à 2 nm voire de 4 nm pour la substitution Sérine/Alanine fréquemment observée au site 180 [Kraft et al., 1998].

Par contre, lorsque les substitutions se produisent aux sites 277 et 285, elles entraînent une variation de sélectivité spectrale plus importante, allant de 16 à 24 nm [Neitz, Neitz, 1998] par modifications significatives de répartitions de charges électroniques à l’intérieur de la poche. Ces deux sites jouent donc un rôle majeur dans la variation de sélectivité spectrale du photopigment concerné lorsqu’ils sont le siège de substitutions, à l’origine de dyschromatopsies (déficiences de la vision des couleurs) [Leid, 2008].

42Les photopigments L et M n’ont que 43% d’acides aminés communs avec le photopigment S et environ 40% d’acides aminés commun à la rhodopsine [Lolley, Lee, 1990].

Photopigment S

43Le photopigment S est codé par un gène porté par le chromosome 7 ; il comporte, comme la rhodopsine, 348 acides aminés [Nathans et al., 1986] dont 58 % diffèrent de ceux de la rhodopsine (figure III-2-4).

Propriétés spécifiques des cônes S

44Les cônes S sont particulièrement vulnérables. Dans tous les cas de pathologies rétiniennes débutantes, ils présentent des dysfonctionnements précoces et ce, de façon spécifique, tandis que les cônes L et M continuent à fonctionner normalement [Adams, 1982], [Mollon, 1982], [Haegerstrom-Portnoy, Adams, 1983], [Yamazaki et al., 1988], [Haegerstrom-Portnoy et al., 1989], [Swanson et al., 1993], [Cho et al., 2000].

La neurorétine à la lumière

45Les photons (lumière) qui arrivent sur la neurorétine initient une activité électrophysiologique, transmise le long des voies visuelles jusqu’aux centres cérébraux pour aboutir à la perception.

46La première étape de cette transformation est la transduction. Elleseréalise après capture des photons par les photopigments des bâtonnets et des cônes. Ses mécanismes sont mieux connus pour le bâtonnet que pour le cône.

La transduction

Définition

47C’est un ensemble de phénomènes physiques et biochimiques qui engendrent des modifications de la polarisation membranaire des photorécepteurs par rapport à celles observées à l’obscurité.

Initiateurs de la transduction : les photopigments

48Les photons lumineux sont captés par des molécules de photopigments qui changent de conformation ; ils déclenchent une cascade à l’origine de signaux électrophysiologiques.

49Les propriétés des photopigments sous-tendent celles des photorécepteurs.

Energie seuil des photopigments

Seuil absolu pour les bâtonnets

50La rhodopsine est capable d’absorber des lumières de très faibles énergies correspondant, à la limite, à un ou deux photons arrivant sur un bâtonnet : c’est le seuil lumineux absolu. Le temps de latence de la variation seuil de polarisation du bâtonnet est de l’ordre de 300 ms [Schnapf, Baylor, 1987].

51Cette propriété fait des bâtonnets les détecteurs des très faibles et faibles intensités lumineuses ou niveaux lumineux scotopiques. La sensation est uniquement en nuance de gris.

Seuil mésopique pour les cônes

52Il faut une énergie 1000 fois supérieure à celle du seuil absolu (c'est-à-dire correspondant à des niveaux lumineux mésopiques) pour que les photons soient captés par les photopigments des cônes [Donner, 1992]. Le temps de latence de la variation de polarisation du cône est de l’ordre de 70 ms, beaucoup plus court que celui du bâtonnet.

53Cette différence de seuil est liée aux caractéristiques biochimiques de leur protéine G respective (transducine) qui sont différentes [Lee et al., 1992], [Gordon, Bazan, 1997], [Deng et al., 2009].

54Ce n’est qu’à partir de niveaux énergétiques 107 fois supérieurs au seuil absolu et correspondant à des valeurs proches de 10 cd/m2 (c'est-à-dire à des niveaux lumineux photopiques) que les photons lumineux absorbés par les trois types de cônes sont à l’origine d’une sensation colorée.

Probabilité d’absorption des photopigments

Variation en fonction de la longueur d’onde

55Lorsque l’énergie lumineuse est bien supérieure à celle du seuil de réponse des bâtonnets et des cônes respectivement, la probabilité d’absorption des photons par les photopigments varie en fonction de leurs longueurs d’onde. Cette variation de probabilité d’absorption ou sensibilité spectrale est différente pour les quatre photopigments.

56°Rhodopsine. Figure III-2-5. La probabilité d’absorption des photons de niveaux lumineux scotopique est nulle en deçà de 400 nm et au-delà de 650 nm environ, intervalle en dehors duquel il n’y a donc pas de sensation lumineuse.

57La probabilité d’absorption varie pour les longueurs d’onde comprises dans cet intervalle -400 - 650 nm- avec une probabilité maximale d’absorption pour des longueurs d’ondes situées aux environs de 497 nm [Nathans, Hogness, 1984].

Pour ce groupe de longueurs d’onde, la sensation est la plus claire, en gris.

58°Trois photopigments de cônes. Figure III-2-6. Les photons de niveaux lumineux photopiques sont absorbés par un ou plusieurs photopigments de cônes à l’intérieur d’une gamme de longueurs d’onde comprise entre 400 et 700 nm ; la perception est donc limitée à cette gamme restreinte de longueurs d’onde.

59La probabilité d’absorption du photopigment S est maximale aux environs de 420 nm [Nathans, et al., 1986], celle du photopigment M, aux environs de 530 nm [Nathans, et al., 1986] et celle du pigment L, aux environs de 560 nm [Nathans, et al., 1986].

Probabilité maximale et environnement électronique des 7 hélices alpha

60Ces probabilités d’absorptions maximales pour un groupe de longueurs d’onde données s’expliquent par l’environnement électronique à l’intérieur de la poche formée par les sept hélices alpha, qui favorise la capture d’un groupe précis de longueurs d’ondes [Bailey, Gouras, 1985].

61Les mécanismes d’absorption des photons par les quatre photopigments sont semblables. Ils induisent une série de modifications à l’échelle moléculaire avec variations de polarisation des photorécepteurs qui se transmettent aux cellules rétiniennes sous-jacentes.

62Ces réponses en cascade des cellules rétiniennes sont en partie à l’origine des signaux enregistrés sous forme d’électrorétinogrammes.

Mécanismes de la transduction des bâtonnets

63A l’éclairement, c'est-à-dire en présence d’une stimulation lumineuse, l’absorption transitoire (stimulation de type flash) ou continue (éclairement constant) de photons par la rhodopsine modifie l’équilibre ionique d’obscurité.

Initiation de la cascade

Rhodopsine activée

64L’énergie des photons absorbés par une molécule de rhodopsine R permet l’isomérisation du rétinal qui passe de sa forme 11-cis à sa forme isomère tout-trans rétinal. La rhodopsine change de conformation stéréochimique ; elle est dite activée R* (figure III-2-7).

Protéine G ou transducine

65R* interagit avec une protéine G, la transducine (Gt). Cette protéine est abondante, située sur la face externe de la membrane des disques, très près de la rhodopsine.

66Elle se compose de trois sous unités : alpha-béta-gamma. La sous unité alpha est?liée à une molécule de GDP (guanosine di-phosphate) : Gtalpha-GDP.

67R* catalyse l’échange de GDP en GTP (guanosine tri-phophate) de la sous unité alpha de plusieurs molécules de protéine G. La sous unité alpha est activée Gtalpha* ; elle se détache de ses deux autres sous unités béta-gamma.

Phospho-di-estérase : PDE

68La phospho-di-estérase PDE est formée de trois sous unités : alpha-béta et gamma. PDEgamma inhibe l’activité enzymatique des deux autres sous unités PDEalpha-béta.

69Gtalpha* est capable de se lier à la sous unité inhibitrice PDEgamma pour former un complexe actif Gtalpha-PDE* qui libère l’activité des deux autres sous unités PDEalpha-béta.

70Ces deux sous unités PDEalpha-béta actives sont capables d’hydrolyser le GMPc en 5’GMP inactif, ce qui entraîne une diminution du GMPc.

Fermeture transitoire des canaux sodium

71Il y a donc fermeture transitoire des canaux sodium-calcium ce qui entraîne une diminution de l’intensité du courant d’obscurité et une hyperpolarisation du bâtonnet. La sécrétion du glutamate diminue au niveau de sa synapse avec les cellules sous-jacentes [Pepe, 2001].

Phénomène d’amplification

72[Lolley, Lee, 1990], [Leskov et al., 2000]. L’activation d’une molécule de rhodopsine R* par un seul photon est capable d’activer plusieurs centaines de molécules de protéine G* (transducine), premier stade de l’amplification.

73Gtalpha* peut, à son tour, activer une centaine de molécules de phospho-di-estérase, deuxième stade de l’amplification.

74Chaque molécule de phospho-di-estérase ouvre le cycle d’environ 800 molécules de GMPc… Ainsi, la capture d’un seul photon résulte-t-il en l’hydrolyse d’environ 100.000 molécules de GMPc permettant la fermeture de 300 à 400 canaux sodium-calcium [Stryer, 1986] soit environ 3 à 5% des canaux ouverts à l’obscurité [Tovée, 1996].

Régulation de l’ouverture-fermeture des canaux sodium-calcium

75Lorsque la stimulation se poursuit, des processus de régulation se mettent en place pour régler l’équilibre des taux de GMPc et moduler les ouvertures-fermetures des canaux membranaires. L’absorption des photons et la transduction peuvent se faire ainsi en continu, permettant une vision « sans interruption » !

76Plusieurs mécanismes simultanés interviennent [Burns, 2010], [Burns, Pugh, 2010].

Désactivation de la rhodopsine

77R* reste active jusqu’à la conjugaison de deux actions : sa phosphorylation par une rhodopsine kinase (GRK1) puis fixation de l’arrestine (ARR1) sur ses sites phosphorylés. Le complexe -rhodopsine phosphorylée et arrestine- provoque le passage du chromophore de la forme tout-trans rétinal à la forme 11-cis rétinal ; l’arrestine se sépare alors de la rhodopsine qui est déphosphorylée par une rhodopsine kinase puis rapidement désactivée.

78La rhodpsine peut de nouveau interagir avec un photon (figure III-2-8).

79Ce n’est qu’après un éclairement d’une certaine durée qu’il y a dissociation de la rhodpsine avec séparation du chromophore de l’opsine (voir ci-dessous).

Désactivation du complexe d’hydrolyse du GMPc

80Le complexe actif Gtalpha-PDE* est désactivé par un régulateur RGS9-1 (Regulator of G protein Signalling, 9th family member, first splice variant) spécifique de la protéine G.

81RGS9-1 catalyse l’hydrolyse du GTP de la sous unité Gtalpha, en GDP ; Gtalpha-GDP restitué se sépare de la phospho-di-estérase puis se recombine ensuite à ses deux autres sous unités béta-gamma pour reformer la protéine G.

82A son tour, la sous unité gamma de la phospho-di-estérase se recombine avec ses deux autres sous unités (figure III-2-9).

83Ces molécules redevenues inactives, peuvent être réactivées. La cascade peut donc recommencer et les photons être absorbés de nouveau…

Synthèse du GMPc

84La fermeture des canaux sodium-calcium et la poursuite du fonctionnement des échangeurs d’ions sodium/calcium-potassium concourent à une chute du taux intracellulaire du calcium. Cette baisse de calcium intracellulaire active des guanyles cyclases qui permettent la synthèse de GMPc à partir de GTP cytoplasmique.

85Le taux de GMPc ré-augmente, la réouverture de canaux sodium-calcium est possible (figure III-2-10).

Régénération de la rhodopsine par l'épithélium pigmentaire

86Lorsque le niveau lumineux de la stimulation est élevée et qu’environ 10% du taux de rhodopsine total est activé [Kawamura, 1995], pour une molécule de rhodopsine, le retour du chromophore de la forme tout-trans rétinal à la forme 11-cis n’est plus possible.

87Il y a séparation de l’opsine et du tout-trans rétinal qui est réduit en tout-trans rétinol. La molécule de rhodopsine est dégénérée, il y a « blanchiment » car, macroscopiquement, elle prend un aspect incolore.

88La régénération de la rhodopsine s’effectue selon le cycle visuel initialement décrit par Wald [Wald, 1968]. Après 50 ans de travaux, il est bien établi que ce cycle s’effectue conjointement dans le bâtonnet et l'épithélium pigmentaire [Lamb, Pugh, 2006], [Muniz et al., 2007]. Les différentes séquences en sont simplifiées sur la figure III-2-11.

89Quand la stimulation lumineuse cesse, l’ensemble des processus décrits sont inactivés ; la concentration en calcium intracellulaire reprend son niveau d’obscurité initial et les photorécepteurs retrouvent progressivement leur sensibilité optimale.

90Note. Une belle animation de ces mécanismes d’adaptation présentés par Lamb et Pugh [Lamb, Pugh, 2006] peut être vue sur http://www.iovs.org/cgi/content/full/47/12/5138/DC1.

Mécanisme de la transduction des cônes

Cascade similaire à celle de la rhodopsine

91Les étapes de la transduction des photopigments des cônes sont similaires à celles de la rhodopsine mais leurs mécanismes précis, en particulier ceux de la désactivation, sont encore à venir [Burns, Pugh, 2010].

92La protéine G des cônes (la transducine) a des sous unités [Tachibanaki et al., 2007] et des affinités entre elles différentes de celle de la transducine de la rhodopsine [Lee, et al., 1992]. Cette propriété pourrait en partie, expliquer le seuil à la lumière plus élevé pour le cône que pour le bâtonnet [Gordon, Bazan, 1997].

93La phospho-di-estérase serait aussi spécifique des cônes [Farber, 1995].

94La régulation des ouvertures-fermetures des canaux sodium-calcium des cônes est contrôlée, comme pour le bâtonnet, par le taux de GMPc [Rebrick et al., 2000] avec cependant des cinétiques différentes, probablement liées à des processus moléculaires régulés par le taux de calcium cytoplasmique libre [Ebrey, Koutalos, 2001], [Korenbrot, Rebrik, 2002].

95Le mécanisme de désactivation des photopigments de cônes est également beaucoup plus rapide que celui de la rhodopsine [Tachibanaki, et al., 2007].

96La plus grande originalité des photopigments des cônes est leur régénération au cours d’exposition de longue durée à la lumière qui passe par les cellules de Müller et non par l'épithélium pigmentaire comme pour la rhodopsine…

Régénération des photopigments de cônes par les cellules de Müller

97La régénération des photopigments des cônes -c’est-à-dire la ré-isomérisation du chromophore de sa forme tout-trans rétinol en 11-cis rétinal nécessaire pour être ré-associé à l’opsine- passe par les cellules de Müller [Reichenbach, Robinson, 1995], [Gordon, Bazan, 1997].

98Après son détachement de l’opsine, le tout-trans rétinol est fixé par les cellules de Müller qui l’isomérise en 11-cis rétinol.

99Ce dernier est relargué dans le milieu extracellulaire puis capté par les cônes. Les cônes procèdent alors à son oxydation en 11-cis rétinal, qui est ensuite ré-associé à l’opsine. Le 11-cis rétinol peut aussi être oxydé dans la cellule de Müller puis transporté dans le cône.

100Le photopigment de cône est alors reformé [Arshavsky, 2002], [Muniz, et al., 2007] (figure III-2-12).

101Ce mécanisme rétinien explique la régénération rapide des photopigments de cônes et la possibilité de voir en continu dans une ambiance lumineuse photopique [Wang, Kefalov, 2009].

Anomalies dans les étapes de la transduction

102Chez l’homme, des mutations ont été décrites à plusieurs étapes de l’inactivation de la transduction et corrélées à diverses pathologies [Maubaret, Hamel, 2005], [Burns, Pugh, 2010], par exemple :

103° la maladie d’Oguchi serait liée à une mutation de l’arrestine ou de la rhodpsine kinase (figure III-2-8) [Hayashi et al., 2007] ;

104° la bradyopsie : c’est une maladie rare correspondant à des difficultés d’adaptation aux changements de luminosité avec une acuité visuelle normale, une photophobie et un ERG difficilement discernable. Elle serait due à des mutations des gènes RGS9 et/ou R9AP qui participent à la désactivation de la protéine G (figure III-2-9) [Michaelides et al., 2009] ;

105° l’amaurose congénitale de Leber, la cone-dystrophy et la cone-rod dystrophy [Hunt et al., 2010] seraient en rapport avec un déficit en guanyle cyclase et de son activateur (figure III-2-10) [Dizhoor, 2000], [Pepe, 2001] ;

106° le fundus albipunctatus serait lié à une mutation de l’enzyme permettant le passage du 11-cis rétinol au 11-cis rétinal dans l'épithélium pigmentaire (figure III-2-11) [Lamb, Pugh, 2006]

107° l’achromatopsie –absence de fonctionnement de tous les cônes- résulte soit d’une transducine des cônes anormale qui arrête la transduction des cônes, soit de sites anormaux de fixation du GMPc sur les canaux sodium-calcium des cônes [Kohl et al., 2005] [Nishiguchi et al., 2005], pour ne citer que quelques exemples…

Conséquences de la transduction

108En présence d’une stimulation lumineuse, les photorécepteurs répondent par des mécanismes de fermetures et ré-ouvertures transitoires de leurs canaux sodium-calcium. Ils passent de l’état de dépolarisation -qu’ils avaient à l’obscurité- à un certain degré d’hyperpolarisation associé à une diminution du taux du glutamate libéré au niveau de leurs synapses sous-jacentes : les cellules bipolaires et horizontales.

109La latence d’apparition de leur hyperpolarisation ainsi que son amplitude sont variables en fonction °de la durée et de l’intensité de la stimulation ainsi que °de l’ambiance dans laquelle la stimulation est délivrée.

110Ces hyperpolarisations cellulaires sous-tendent directement la réponse électrorétinographique (ERG) évoquée par flash (ERG flash) ou par une stimulation de longue durée (ERG ON-OFF), enregistrée à distance des sources génératrices.

Stimulation brève d’intensité croissante délivrée en…

… ambiance scotopique

Bâtonnets : réponse unitaire

111Les bâtonnets répondent à partir d’une stimulation d’intensité seuil (figure III-2-13).

Réponse graduable

112Lorsque la stimulation brève (flash de quelques ms) augmente en intensité, on observe :

113° une diminution du temps de latence et du temps de culmination de la réponse ;

114° une amplitude de l’hyperpolarisation qui culmine à une valeur maximale puis décroît pour reprendre sa valeur initiale de dépolarisation.

115° une augmentation de l’amplitude maximale d’hyperpolarisation proportionnelle à l’augmentation de l’intensité de la stimulation : la réponse est dite graduable.

116Toutes ces réponses sont d’amplitudes constantes et reproductibles lorsqu’on répète la stimulation.

117Remarque. Le temps de latence de la réponse est supérieur à la durée de la stimulation flash. Alors que la stimulation a déjà cessé, l’hyperpolarisation débute, passe par un maximum, puis reprend sa valeur initiale.

Saturation

118Lorsque la stimulation est intense (de niveaux lumineux photopiques) et toujours croissante, l’amplitude maximale d’hyperpolarisation des bâtonnets garde une valeur constante dite de saturation. Seul le temps de culmination de l’hyperpolarisation continue à diminuer.

Cessation de la stimulation : retour à l’état initial de dépolarisation

119Lorsque la stimulation cesse et que son intensité est de niveau lumineux photopique, le retour à la valeur de dépolarisation initiale n’est pas immédiat ; l’hyperpolarisation se prolonge en plateau, pendant plusieurs centaines de ms, à une valeur cependant inférieure à son maximum (figure III-2-13).

Variation de polarisation des bâtonnets loin du lieu de stimulation

120Si la stimulation des bâtonnets est localisée, les bâtonnets situés à distance de la zone de stimulation présentent une hyperpolarisation d’amplitude moindre.

121Cet effet décrémentiel, c’est-à-dire s’atténuant progressivement en fonction de la distance, s’explique par le couplage entre bâtonnets par des jonctions gap [Barnes, 1995].

122Cet effet de propagation de l’information sur une vaste surface rétinienne sensibilise la détection des photons en différentes zones rétiniennes. Leurs coïncidences temporelles améliorent le rapport signal initié par les photons, sur bruit de fond émis par les décompositions spontanées de rhodopsine. L’influx transmis aux cellules bipolaires sous-jacentes s’en trouve amplifié.

En conséquence. Au cours de stimulations de zones restreintes et localisées de la rétine, il doit être gardé en mémoire, que toute modification initiée en une zone peut modifier l’état de base de la rétine en d’autres zones.

Cônes : réponse unitaire

123Les cônes répondent à partir d’une intensité seuil de niveau lumineux mésopique.

Réponse d’amplitude inconstante puis graduable

124Pour des stimulations d’intensités mésopiques, pour une même valeur de stimulation, l’amplitude d’hyperpolarisation des cônes est inconstante.

125Ce n’est qu’à partir de stimulation de niveaux lumineux photopiques, que l’amplitude d’hyperpolarisation des cônes a une valeur reproductible et graduable.

126Lorsque l’intensité augmente, comme pour les bâtonnets, le temps de latence et de culmination de la réponse diminue et l’amplitude maximale d’hyperpolarisation augmente.

127On n’observe pas de phénomène de saturation, comme pour les bâtonnets, si on reste dans des gammes physiologiques de niveaux lumineux photopiques (inférieurs à 106 cd/m²).

Retour à l’état de dépolarisation initiale

128Pour des stimulations lumineuses intenses et brèves, le retour à l’état initial de dépolarisation passe par un plateau, c’est le phénomène de post-hyperpolarisation qui peut durer 250 ms voire 700 à 800 ms (figure III-2-13).

129Cet effet limite la fréquence temporelle de la stimulation si on souhaite se retrouver dans les conditions initiales avant la stimulation suivante.

Figure III-2-14. Similaire à la figure I-2-7, elle représente la variation de l’hyperpolarisation maximale pour un bâtonnet et un cône (valeurs normées), stimulés en ambiance scotopique (obscurité) en fonction de la luminance visuelle croissante de la stimulation (cd.m-²).

Pour des stimulations de niveaux lumineux scotopiques et mésopiques, la réponse des bâtonnets est reproductible et graduable. Pour des stimulations de niveaux lumineux photopiques, la réponse des bâtonnets est constante, en mode « saturation ».

Pour les cônes, la réponse est non reproductible pour des niveaux lumineux mésopiques ; elle est reproductible et graduable pour des niveaux lumineux photopiques.

… ambiance photopique

130Lorsque les photorécepteurs sont placés dans une ambiance photopique (c'est-à-dire une stimulation lumineuse de longue durée), ils présentent un certain degré d’hyperpolarisation stable.

Degré d’hyperpolarisation des photorécepteurs

131Si le niveau lumineux de l’ambiance est important (supérieur à 30 cd/m²) voire très important (supérieur à 150 cd/m²), les bâtonnets sont dans un état d’hyperpolarisation maximale et de valeur constante (en mode saturation).

132Par contre, (figure III-2-15) les cônes présentent une hyperpolarisation (flèche bleue) de valeur inférieure à celle maximale (flèche rouge) qu’ils auraient eue s’ils avaient été stimulés en ambiance scotopique par une stimulation brève, d’intensité égale à celle de l’ambiance.

Régulation de l’hyperpolarisation des cônes en ambiance photopique

133En effet, il existe une interaction réciproque entre cônes, entre bâtonnets et entre cônes et bâtonnets grâce aux jonctions gap [Vaney, 1994] qui sont d’autant mieux fonctionnelles que le niveau lumineux de l’ambiance est élevé [Wu, 1991]. De plus, il existe un rétrocontrôle des cellules horizontales sur les cônes, qui diminue leur valeur d’hyperpolarisation.

134La rétine à cônes peut ainsi s’adapter à une large gamme de niveaux lumineux photopiques.

Réponse des cônes à une stimulation délivrée en ambiance photopique

135Les cônes peuvent répondre à une stimulation brève d’intensité supérieure à celle de l’ambiance par un supplément d’hyperpolarisation transitoire, avec retour rapide à une amplitude d’hyperpolarisation moindre (figure III-2-16).

136Ce mode de réponse facilite la détection des changements rapides entre le niveau lumineux de l’ambiance et celui de la stimulation.

137La rétine à cônes est un détecteur différentiel de niveaux lumineux, c'est-à-dire de contrastes.

138Figure III-2-16. Ambiance photopique : Situation A : état d’hyperpolarisation stable d’un bâtonnet (flèche bleue) et de celui d’un cône (flèche rouge) dans une ambiance photopique. Situation B : stimulation brève, de niveau lumineux photopique supérieur à celui de l’ambiance, délivrée dans l’ambiance photopique. L’état d’hyperpolarisation du bâtonnet ne change pas (flèche bleue), par contre, le cône est, de façon transitoire, davantage hyperpolarisé (flèche grise).

Conséquences pour l’exploration clinique par ERG flash

139Les modes de réponses d’une part des bâtonnets et d’autres des cônes à une stimulation brève (flash), délivrée en ambiance scotopique (obscurité) ou en ambiance photopique (lumière) sont les bases physiologiques sur lesquelles s’appuient le protocole standard de l’ERG flash pour dissocier la réponse du système des bâtonnets et celle du système des cônes.

140La réponse électrorétinographique (ERG) recueillie en périphérie est initiée par l’hyperpolarisation des photorécepteurs. Elle est conditionnée par l’intensité de la stimulation et schématiquement proportionnelle au nombre de cellules hyperpolarisées. Elle inclut la réponse des cellules bipolaires, aux variations de polarisations des photorécepteurs (figure III-2-17).

Ambiance scotopique

141La rétine est adaptée à l’obscurité. Les photorécepteurs sont initialement dépolarisés.

Rod-response

142Si une stimulation flash, de niveau lumineux scotopique, est délivrée dans cette ambiance scotopique, seuls les bâtonnets répondent ; leur hyperpolarisation est à l’origine de la rod-response de l’ERG flash (figure III-2-17 & figure V-3-12).

Mixed-response

143Si le niveau lumineux de cette stimulation flash est photopique, les bâtonnets et les cônes s’hyperpolarisent conjointement : les bâtonnets répondent en mode saturation et les cônes répondent selon l’intensité de la stimulation.

144L’hyperpolarisation issue des bâtonnets est plus importante que celle issue des cônes puisque les bâtonnets sont les plus nombreux. Leur hyperpolarisation combinée est sous-jacente à l’onde-a de la mixed-response de l’ERG flash (figure III-2-17 & figure V-3-13).

Figure III-2-17. La stimulation est d’intensité croissante sur 5 unités logarithmique. On observe une augmentation de l’amplitude °d’abord de l’onde-b (liée à la dépolarisation des cellules bipolaires de bâtonnets pour les niveaux lumineux faibles), °puis apparaît une onde-a qui est le reflet de l’hyperpolarisation des bâtonnets, dont la participation est prépondérante et de celle des cônes. L’onde-b correspond à la dépolarisation conjointe des cellules bipolaires ON de bâtonnets et de cônes.

Ambiance photopique

145La rétine est adaptée à la lumière. L’hyperpolarisation des photorécepteurs atteint une valeur stable au bout de dix minutes environ. Cet état d’hyperpolarisation est illustré sur la figure III-2-16 : état A. Cette durée est à moduler en fonction du temps préalable passé en ambiance photopique pour que l’épithélium pigmentaire soit lui aussi, dans un état de potentiel stable.

Cone-response

146Si une stimulation flash est d’intensité supérieure à celle de l’ambiance lumineuse, le différentiel d’énergie entre l’ambiance et la stimulation peut entraîner une variation d’hyperpolarisation uniquement des cônes.

147En effet, lorsque l’ambiance lumineuse est d’un niveau supérieur à 10 cd/m², (en pratique de l’ordre de 30 cd/m²) :

148°l’hyperpolarisation des bâtonnets se fait en mode saturation, leur hyperpolarisation est maximale : elle reste identique quelle que soit l’intensité de la stimulation délivrée (figure III-2-16 état B)

149°l’hyperpolarisation des cônes augmente de façon graduable (figure III-2-16 état A pour l’hyperpolarisation des cônes dans l’ambiance photopique, puis figure III-2-16 état B pour l’hyperpolarisation des cônes obtenues lors de la stimulation flash surajoutée).

150Si on fait la différence entre les deux états d’hyperpolarisation A et B, on extrait, de façon spécifique, le différentiel de réponse initié uniquement par les cônes.

Figure III-2-18. Etats A et B représentent l’amplitude d’hyperpolarisation en ambiance photopique (A) et sous une stimulation flash (B). En faisant la différence entre les deux états d’hyperpolarisation, il est possible d’extraire l’excédent d’hyperpolarisation initié uniquement par les cônes, à l’origine de l’onde-a de la cone-response (figure V-3-14).

151L’onde-a de la cone-response est le reflet non seulement de l’hyperpolarisation des cônes, mais aussi de celle des cellules bipolaires de cônes OFF. Son origine est donc double, réceptorale et postréceptorale [Bush, Sieving, 1994], [Gouras, MacKay, 2000].

Fonctionnement des cellules du 2ième étage

152Les cellules du deuxième étage rétinien sont en communication avec les photorécepteurs grâce à la variation du taux de glutamate libéré °au niveau des synapses invaginantes, pour les cellules horizontales et les cellules bipolaires ON et °au niveau des synapses par contacts superficiels, pour les cellules bipolaires de cônes OFF.

Cellules horizontales

153Elles ont un pôle récepteur (réception de l’information) et un pôle effecteur (transmission de l’information). Ce dernier peut être soit des dendrites différentes des réceptrices, soit l’axone pour les cellules HI et HII.

154Pour les cellules HI, le pôle axonal fonctionne de façon pratiquement indépendante de son pôle somatodendritique [Nelson et al., 1975] ; il est le site d’actions-rétroactions entre bâtonnets [Kolb, Lipetz, 1991].

De l’obscurité à la lumière

A l’obscurité

155A l’obscurité, les cellules horizontales sont dépolarisées. Le neurotransmetteur libéré au niveau de leur pôle effecteur est du GABA, inhibiteur [Yang, 2004]. Les cellules réceptrices reçoivent ainsi un signal inhibiteur qui modifie leur polarisation dans le sens d’une hyperpolarisation.

GABA : Acide-Gamma-Amino-Butirique

A la lumière

156Au cours d’un éclairement de longue durée, le taux de glutamate libéré par les photorécepteurs sus-jacents diminue. Les cellules horizontales s’hyperpolarisent de façon graduable, c'est-à-dire de façon sensiblement proportionnelle à l’intensité de la stimulation, jusqu’à une valeur de saturation qui peut atteindre environ -60 mV [Dowling, 1987].

157Le taux de leur neurotransmetteur libéré diminue ; il y a accumulation de GABAdans la cellule [Thoreson, Witkovsky, 1999]. Les cellules reliées à leur pôle effecteur sont donc progressivement moins inhibées. Leur polarisation va dans le sens d’une diminution de l’hyperpolarisation, c'est-à-dire dans le sens d’une dépolarisation.

 Champ récepteur

158Rappel. Si la notion de champ dendritique d’une cellule a une base histologique identifiable, la notion de champ récepteur d’une cellule a une base uniquement fonctionnelle. Le champ récepteur d’une cellule correspond à toute surface de rétine qui, lorsqu’elle est stimulée, aboutit à une modification d’activité de la cellule considérée, que ce soit une modification de son état de polarisation ou de son rythme de décharge des potentiels d'action.

La plupart du temps, le champ récepteur d’une cellule est beaucoup plus large que son champ dendritique ; cela signifie que le fonctionnement de cellules sus-jacentes proches ou éloignées de la cellule considérée peut en modifier le fonctionnement.

159Ce sont les propriétés du champ récepteur d’une cellule qui en détermine les caractéristiques fonctionnelles.

160La taille du champ récepteur des cellules horizontales HI est inférieure à celle des cellules HII [Kaplan et al., 1990], plus large cependant que celle de leurs arborisations dendritiques.

Ceci est dû à la présence de nombreuses jonctions gap entre les corps cellulaires des cellules horizontales, entre leurs arborisations dendritiques ou entre leurs terminaisons axonales [Vaney, 1994]. La faible résistivité électrique de ces jonctions gap autorise une propagation très rapide du changement de potentiel d’une cellule à l’autre, à l’origine de l’extension de la taille de leur champ récepteur.

161Lors d’un éclairement continu, la taille des champs récepteurs des cellules horizontales tend à diminuer °par fermeture des jonctions gap sous le contrôle possible de la dopamine secrétée par les cellules amacrines de la couche plexiforme interne, mais aussi °par d’autres mécanismes complexes [Murakami et al., 1995].

Interaction entre bâtonnets, cônes et bâtonnets 

Interaction bâtonnets-cônes aux niveaux lumineux mésopiques

162A partir des niveaux lumineux mésopiques [Verweij et al., 1999], l’information reçue par les bâtonnets n’emprunte pas uniquement la voie directe vers les cellules ganglionnaires c'est-à-dire la voie °bâtonnets, cellules bipolaires de bâtonnets et cellules AII, mais également une voie indirecte. L’information transite alors par les jonctions gap entre cônes et bâtonnets [Krizaj, 2000] puis par les cellules bipolaires de cônes [Scholl et al., 2001] .

163Ces jonctions gap cônes-bâtonnets deviennent fonctionnelles grâce à l’augmentation des résistivités entre bâtonnets et cellules horizontales ce qui empêche le transit des influx issus des bâtonnets par la voie directe [Verweij, et al., 1999].

164Ce mode de fonctionnement est un moyen pour étendre la gamme d’hyperpolarisation des bâtonnets [van de Grind et al., 1996].

Interaction bâtonnets-cônes et survie des cônes

165Dans les cas de rétinopathies avec dégénérescence des bâtonnets, il a été constaté que les cônes, initialement normaux, meurent secondairement à la disparition des bâtonnets. Les bâtonnets participent à la survie des cônes par l’intermédiaire d’apport de facteurs trophiques [Mohand-Said et al., 2001]. Ce sont des protéines diffusibles dénommées RdCVF (Rod-derived Cone Viability Factor). Apporter à la rétine ces facteurs trophiques est une voie prometteuse pour ralentir la mort des cônes et donc l’évolution vers la cécité [Sahel et al., 2005].

Interaction entre cônes L et M : cellules HI et HIII

166Les pôles somatodendritiques des deux types de cellules horizontales (HI et HIII) interconnectent des cônes L et M, mettant en relation horizontale les deux types de cônes (figure III-1-20).

167Il a été vu qu’au cours d’un éclairement de longue durée, l’hyperpolarisation des cônes ne garde pas sa valeur maximale, mais va dans le sens d’une diminution de l’hyperpolarisation, c'est-à-dire d’une repolarisation (figure III-2-15). Ce phénomène est lié à l’action des cellules horizontales.

168En effet, lorsque les cônes sont stimulés donc hyperpolarisés, les cellules horizontales sous-jacentes sont à leur tour hyperpolarisées. Il y a diminution de libération de leur neurotransmetteur inhibiteur. L’action des cellules horizontales entre cônes voisins ou contigus est moins inhibitrice. Les cônes sont ainsi moins hyperpolarisés qu’à l’initiation de la stimulation.

169Ce mécanisme de rétrocontrôle positif entre cônes par les cellules horizontales permet le codage d’une large gamme de niveaux lumineux croissants.

Interaction entre cônes L et M et cônes S : cellules HII

170La connexion des cellules horizontales HII aux trois types de cônes (figure III-1-20 et figure III-1-24) est à l’origine du fonctionnement spécifique des cônes S.

171Le pôle somatodentritique des cellules HII est le lieu d’échange entre cônes L et M avec transmission d’une rétroaction GABAergique –inhibitrice- sur les cônes S [Kamermans, Spekreijse, 1995], [Blanco et al., 1996] par leur pôle somato-axonal [Piccolino, 1995].

Fonctionnement à l’obscurité

172Les cônes sont tous dépolarisés. Les cellules horizontales HII reçoivent des cônes L et M du glutamate excitateur (++) ; la valeur de leur dépolarisation est D0 (figure III-2-19-A). Les cellules horizontales HII transmettent aux cônes S un signal inhibiteur (--) qui diminue l’état de dépolarisation de base des cônes S dans le sens d’une hyperpolarisation : la valeur de la dépolarisation de base des cônes S est alors D1. Ainsi à l’obscurité, les cônes S sont-ils moins dépolarisés que les cônes L et M (figure III-2-19- A : D1 <D0).

Fonctionnement à la lumière

173Une stimulation achromatique (perçue blanche) ou de moyennes longueurs d’onde (perçue jaune) stimule spécifiquement les cônes L et M et peu les cônes S dont la probabilité d’absorption pour l’ensemble de ces longueurs d’onde est faible (figure III-2-6). Le pôle récepteur des cellules HII reçoit moins de glutamate des cônes L et M, son pôle effecteur libère donc moins de GABA vers les cônes S.

174De ce fait, les cônes S sont moins inhibés. Si la stimulation spécifique des cônes L et M est très intense et de longue durée, les cônes S peuvent se repolariser et atteindre la dépolarisation de base D0 (figure III-2-19-B).

175Cet état de polarisation de base des cônes S à l’obscurité (D1)età un éclairement de composition spectrale donnée (D0), est la base physiologique de la procédure à mettre en œuvre pour extraire la réponse électrorétinographique initiée préférentiellement par les cônes S (S-cone ERG).

Cellules bipolaires

De l’obscurité à la lumière

176°A l’obscurité, les cellules bipolaires °de bâtonnets et les cellules bipolaires °de cônes L – M naines à l’origine de la voie P et diffuses à l’origine de la voie M et de cônes S à l’origine de la voie K,reçoivent du glutamate de leurs photorécepteurs respectifs.

177°A la lumière, les photorécepteurs s’hyperpolarisent, le taux de glutamate libéré vers les cellules bipolaires diminue proportionnellement à l’intensité de la stimulation [Kolb, 1994].

Bipolaires ON : réponse ON

Rappel anatomo-fonctionnel

178Les cellules bipolaires ON sont en relation avec les photorécepteurs par des synapses invaginantes au niveau soit des sphérules des bâtonnets, soit des pédicules des cônes L, M ou S. Elles se terminent à la sous couche-b de la plexiforme interne.

179Lorsque le(s) photorécepteur(s) avec le(s)quel(s) elles font directement synapse est stimulé –c'est-à-dire s’hyperpolarise avec diminution de libération du glutamate-, les cellules bipolaires ON se dépolarisent. Cette réponse est dite ON ; elle s’associe à une libération de glutamate -qui est aussi leur neurotransmetteur [Tachibana, 1995], [Yang, 2004], à la sous couche-b de la couche plexiforme interne.

180Cette réponse des cellules bipolaires à une diminution de taux de glutamate issu des photorécepteurs, est due à la présence de récepteurs spécifiques au glutamate, de type métabotropique.

Réponse ON à la lumière : récepteurs de type métabotropique

181Les cellules bipolaires ON ont des récepteurs spécifiques au glutamate, métabotropiques principalement de type mGluR6 [Gerber, 2003]. Ces récepteurs fonctionnent schématiquement selon l’enchaînement suivant [Snellman et al., 2008](figure III-2-20).

182A l’obscurité, le glutamate libéré par les photorécepteurs, (1)- se fixe sur les récepteurs au glutamate des cellules bipolaires ON, (2)- ce qui permet l’activation d’une protéine G membranaire, (3)- qui entraîne la séparation de sa sous unité G?-GTP, qui, à son tour, (4) active une phospho-di-estérase (PDE). Cette PDE activée, (5) ouvre le cycle du GMPc intracellulaire à la bipolaire ON. En conséquence (6), il y a diminution de la concentration intracellulaire du GMPc ce qui entraîne la fermeture des canaux sodium membranaires de la cellule bipolaire ON (7). Les cellules bipolaires ON sont ainsi hyperpolarisées. Le taux de GMPc intracellulaire est régulé par une cyclase qui permet la restauration partielle de la concentration en GMPc, avec ré-ouverture puis nouvelle fermeture des canaux sodium des cellules bipolaires ON.

183Cette cascade est très proche de celle décrite pour les mécanismes d’hyperpolarisation des bâtonnets. Pour leur description détaillée voir [Shiells R, Falk G, 1995].

184A la lumière, les photorécepteurs sont progressivement hyperpolarisés, la concentration de glutamate disponible dans l’espace synaptique diminue. La chaîne décrite précédemment est désactivée ; il y a augmentation de la concentration en GMPc intracellulaire et maintien de l’ouverture des canaux sodium. Les cellules bipolaires ON sont ainsi dépolarisées : leur réponse est de type ON (figure III-2-21).

Remarque. Cette ouverture d’un plus grand nombre de canaux sodium à la lumière est à l’origine de l’augmentation de l’intensité du courant sodique circulant et de l’augmentation de la dépolarisation de la cellule bipolaire. Si la valeur seuil de dépolarisation de la cellule est atteinte, l’apparition de potentiels d’action est concevable ; c’est ce qui a été observé au niveau de cellules bipolaires de cônes de mammifères cependant dans des conditions d’environnements biochimiques spécifiques, soulignant ainsi le rôle important des courants sodiques pour le fonctionnement des cellules bipolaires [Pan, Hu, 2000].

Bipolaires OFF : réponse OFF

Rappel anatomo-fonctionnel

185Les cellules bipolaires OFF sont en relation uniquement avec les pédicules des cônes L et M par des contacts superficiels. Elles se terminent à la sous couche-a de la plexiforme interne.

186Seuls les cônes L et M font synapse avec des cellules bipolaires OFF. Ce sont soit les cellules bipolaires naines qui reçoivent les informations provenant d'un seul type de cônes -à la limite d'un seul cône-, L ou M, soit °les cellules bipolaires diffuses qui recueillent les informations issues de plusieurs cônes L et M sans distinction.

Réponse OFF à la lumière : récepteurs de type ionotropique

187Les cellules bipolaires OFF possèdent des récepteurs au glutamate ionotropiques probablement de deux types différents [De Vries, 2000] qui règlent directement la perméabilité ionique de leurs canaux sodium.

188A l’obscurité, le glutamate libéré par les photorécepteurs, est abondant. Localement, un nombre important de canaux sodium sont ouverts, la cellule bipolaire est dépolarisée.

189A la lumière, le taux de glutamate libéré par les photorécepteurs diminue. Un certain nombre de canaux sodium se ferment, les cellules bipolaires s’hyperpolarisent : leur réponse est dite OFF.

Intérêt des bipolaires ON et OFF de cônes L et M 

190Le couplage des cônes L et M à ces deux types de cellules bipolaires qui présentent des réponses opposées ON et OFF lors de la stimulation des cônes, permet le codage des différences relatives d’éclairement sur la rétine, c'est-à-dire du contraste et de la fréquence spatiale d’une stimulation.

Conséquences du fonctionnement des cellules du 2ième étage

Rôle des bipolaires ON & OFF pour le codage du contraste

191Le codage du contraste repose sur le fonctionnement en parallèle des voies ON et OFF initiées par les bipolaires ON et OFF de cônes, en lien avec les cônes L et M et leurs cellules horizontales. Il se poursuit au niveau des cellules ganglionnaires ON et OFF.

192Ce fonctionnement est dit en push-pull. Il a l’avantage de coder de façon beaucoup plus rapide les incréments et décréments de lumière répartis sur la rétine que si cette dernière devait coder les variations absolues. Il permet l’analyse des contrastes rétiniens et de la fréquence spatiale de la stimulation [Piccolino, 1986], [Piccolino, 1995].

193Il s’agit d’un détail ou d’une ligne sur un fond de niveau lumineux opposé (blanc sur fond noir ou noir sur fond blanc). Leur codage peut se faire selon les modalités schématiques exposées ci-après.

Contraste positif

194Prenons le cas d’un centre clair sur un fond sombre ou d’une ligne claire entourée de lignes sombres et considérons que le cône central est éclairé et que les cônes adjacents sont à l’obscurité (figure III-2-22, figure III-2-23 et figure III-2-24).

Figure III-2-22. Schéma fonctionnel théorique, de trois cônes L ou M supposés ne faire synapse qu’avec leur couple de bipolaires ON et OFF. Le cône central (a) est éclairé, les cônes adjacents (b) et (c) sont à l’obscurité. Le cône central est ainsi hyperpolarisé (--), sa bipolaire ON (a) est dépolarisée (D0), sa bipolaire OFF (a) est hyperpolarisée (H). Les 2 cônes adjacents (b) et (c) sont dépolarisés (++). Leurs bipolaires ON (b) et (c) sont hyperpolarisées (H) et leurs bipolaires OFF (b) et (c) sont dépolarisées (D0).

Figure III-2-23. Or le cône central (a) est relié aux cônes adjacents (b) et (c) par les dendrites de cellules horizontales (HI-HII-HIII). Elles reçoivent des cônes adjacents (b) et (c) qui sont à l’obscurité, un influx excitateur (++) et transmettent au cône central éclairé (a), un influx inhibiteur (- -). Le cône central reçoit donc un supplément d’inhibition par les cellules horizontales : il est davantage hyperpolarisé que s’il n’avait aucun lien avec les cônes voisins. En conséquence, sa cellule bipolaire ON présente un supplément de dépolarisation et sa bipolaire OFF présente un supplément d’hyperpolarisation (flèches rouges).

195La cellule bipolaire ON signale un centre clair sur un fond sombre par un supplément de dépolarisation qui se traduit, au niveau de la cellule ganglionnaire ON avec laquelle elle fait synapse, par une augmentation de fréquence temporelle des potentiels d'action (figure III-2-24).

196La cellule bipolaire ON code donc un incrément de lumière -c'est-à-dire un contraste positif.

Figure III-2-24. La cellule ganglionnaire ON reliée à la cellule bipolaire ON du cône (a) présente une augmentation de la fréquence de ses potentiels d’action par rapport à sa fréquence temporelle de base.

De même, la cellule ganglionnaire OFF reliée directement à la cellule bipolaire OFF du cône (a) présente une diminution de la fréquence des potentiels d’action.

Ces modifications de fréquence de potentiels d’action se transmettent respectivement le long de la voie ON et OFF, jusqu’aux centres visuels correspondants. L’augmentation de fréquence temporelle des potentiels d’action étant toujours plus significative qu’une diminution de fréquence, les centres nerveux sont ainsi informés de la localisation du contraste grâce aux cellules horizontales.

197Le contraste positif est ainsi codé par la voie ON.

Contraste négatif

198Il se fait en miroir du précédent. Pour asseoir l’exemple, prenons maintenant le cas d’un centre sombre sur un fond clair ou d’une ligne sombre entourée de lignes claires. Considérons comme précédemment, le cône central (a) entourée cette fois à l’obscurité par des cônes adjacents éclairés (b) et (c).

Figure III-2-25. Schéma fonctionnel théorique de trois cônes reliés par leurs cellules horizontales. Le cône central (a) est à l’obscurité, il est dépolarisé. Les cônes adjacents (b) et (c) sont éclairés ; ils sont hyperpolarisés. Ils exercent sur le cône central (a), une rétroaction excitatrice (++) par l’intermédiaire des cellules horizontales. La bipolaire ON du cône central (a) présente un supplément d’hyperpolarisation, tandis que sa bipolaire OFF un supplément de dépolarisation (flèches rouges).

199La cellule bipolaire OFF signale un centre sombre sur un fond clair par un supplément de dépolarisation qui se traduit, au niveau de la cellule ganglionnaire OFF avec laquelle elle fait synapse, par une augmentation de fréquence temporelle de ses potentiels d'action (figure III-2-26).

200La cellule bipolaire OFF code donc un décrément de lumière c'est-à-dire un contraste négatif.

Figure III-2-26. La cellule ganglionnaire OFF reliée à la cellule bipolaire OFF du cône (a) présente une augmentation de la fréquence de ses potentiels d’action, transmise le long de la voie OFF jusqu’aux centres visuels.

201Le codage du contraste lumineux s’élabore ainsi dès le deuxième étage rétinien grâce aux couples ON et OFF des cellules bipolaires de cônes L et M et la médiation des leurs cellules horizontales : le contraste positif est codé par la voie ON et le contraste négatif par la voie OFF.

Sensibilité au contraste

202Son évaluation se fait par une méthode subjective. Elle évalue le constraste juste perçu d’une mire (en ordonné le contraste est décroissant de 1 à 0) en fonction de la fréquence spatiale de la mire (en abscisse en cycle/degrés en valeur croissante) (figure III-2-27).

203Si les milieux antérieurs sont bien transparents, des modifications par rapport à la normale peuvent suggérer des dysfonctionnements du système photopique dont le niveau réceptoral et/ou postréceptoral sont à rechercher puisqu’ils sont le lieu d’élaboration du contraste.

Acuité visuelle : tests à contraste 1

204Classiquement, c’est la capacité à distinguer des lettres de tailles variables, noires sur un fond blanc à une distance donnée. C’est un contraste négatif. Les lettres sont choisies, leur taille varie selon une décroissance de progression arithmétique (type optotype « Monoyer ») ou selon une décroissance physiologique de progression géométrique (type échelle ETDRS Early Treatment Diabetic Retinopathy Study) (figure III-2-28). La ou les plus petites lettres « lues » permettent une évaluation de « l’acuité visuelle ».

205Cette méthode repose 1- sur la perception d’un contraste négatif de valeur 1 ; 2- sur l’évaluation de la capacité de discrimination d’une zone très restreinte de la rétine (fovéola) ; 3- sur la compréhension du test et 4- sur la capacité du sujet à répondre.

206A la lumière des mécanismes du codage du contraste présentés ci-dessus, on mesure combien cette évaluation de l’acuité visuelle est restrictive et repose sur un codage effectué par une infime partie de la neurorétine.

Rôle des bipolaires ON & OFF pour l’onde-b de l’ERG flash

Onde-b de la rod & mixed-response

207Lorsque toute la rétine est stimulée en ambiance scotopique par un flash d’intensité faible, les bipolaires de bâtonnets ON se dépolarisent. L’onde-b de la rod-response est le reflet de leur dépolarisation (figure V-3-12).

208Si, dans les mêmes conditions, la stimulation flash est de niveau lumineux photopique, les bipolaires de bâtonnets et de cônes (L, M, S) ON se dépolarisent, tandis que les bipolaires de cônes (L et M) OFF s’hyperpolarisent. L’onde-b de la mixed-response correspond essentiellement à la dépolarisation de toutes les bipolaires ON [Hare, Ton, 2002] dont le nombre est supérieur à celui des bipolaires de cônes OFF avec une probable rétroaction des cellules amacrines [Dong, Hare, 2002] (figure V-3-13).

209La dépolarisation des cellules de Müller n’a qu’un rôle mineur dans la genèse de cette onde-b de la mixed-response, sa contribution se limite à sa partie tardive [Robson, Frishman, 1998], [Lei, Perlman, 1999] (figure III-2-29).

Onde-b de la cone-response

210Lorsque toute la rétine est stimulée en ambiance photopique par un flash, les cellules bipolaires de cônes ON sont dépolarisées et les cellules bipolaires de cônes OFF sont hyperpolarisées avec des temps de latence légèrement différents [Sieving et al., 1994].

211Ce fonctionnement combiné des cellules bipolaires de cônes ON et OFF sont à l’origine de la genèse de l’onde-b du système des cônes (cone-response ) [Sieving, et al., 1994] (figure V-3-14).

212Une modification de morphologie ou d’amplitude de l’onde-b s’interprète en tenant toujours compte du signal en amont : l’onde-a. Si l’onde-a est normale, une modification de l’onde-b suggère un dysfonctionnement du 2ième étage rétinien. Si l’onde-a -liée à l’hyperpolarisation des cônes et des bipolaires de cônes OFF [Bush, Sieving, 1994], [Gouras, MacKay, 2000]- est anormale, l’anomalie de l’onde-b peut en être la conséquence.

Onde de la flicker-response

213Là aussi, à condition que la réponse de l’ensemble des cônes soit normale (onde-a), la flicker-response représente la combinaison de la réponse des bipolaires ON et OFF essentiellement des cônes L et M [Bush, Sieving, 1996], [Kondo, Sieving, 2001]. En effet, les bipolaires ON des cônes S ont une cinétique beaucoup plus lente que celle des cônes L et M ; leur participation à cette réponse est mineure.

214Cette combinaison est intéressante à considérer. Lorsque les deux voies ON et OFF sont normales, le résultat est une réponse d’aspect pseudo-périodique (figure V-3-15).

215Certaines pathologies rétiniennes portent sur l'atteinte spécifique d’une voie ou le dysfonctionnement des deux. L’exemple bien connu est celui de l’héméralopie congénitale essentielle (Congenital Stationnary Night Blindness : CSNB). La CSNB de type I correspond à une absence de fonctionnement de la voie ON des cônes et des bâtonnets et celle de type II à un dysfonctionnement des deux voies : voie ON des cônes et des bâtonnets et voie OFF des cônes L et M.

216La figure VII-2-46 illustre une CSNB de type I. La flicker-response semble pratiquement normale. Elle est le reflet de la réponse normale uniquement de la voie OFF. L’absence de réponse de la voie ON est bien visible sur les autres séquences de l’ERG flash.

217La figure VII-2-44 correspond à une CSNB de type II (dite incomplète c'est-à-dire avec dysfonctionnement des deux voies). La flicker-response est d’amplitude réduite. C’est le résultat de la réponse déficiente combinée des deux voies ON et OFF.

218En pratique, l’aspect normal de la flicker-response, associée à des ondes-b des autres séquences modifiées, doit bien être repensée comme le résultat de ses deux composantes…

Genèse du S-cone ERG

219Pour que la réponse initiée par l’ensemble des cônes S soit enregistrable, il faut lever, au moins partiellement, l’inhibition provenant des cônes L et M.

Procédure spécifique : indispensable fond adaptant

220Pour ce faire, on stimule les cônes L et M par un fond adaptant (figure III-2-19-B). C’est une ambiance photopique de moyennes longueurs d’onde (perçu jaune) ou achromatique (perçue blanche) et de luminance supérieure à 500 cd/m2 si le diamètre pupillaire est de l’ordre de 2,5 mm [Rabin, Adams, 1992]).

221Les cônes L et M sont stimulés par ce fond adaptant ; ils répondent par une hyperpolarisation. Le taux de glutamate libérés par les cônes L et M vers les cellules horizontales, diminue (--). Les cellules HII sont donc moins dépolarisées ; elles transmettent ainsi vers les cônes S un signal qui est moins inhibiteur (++). Il y a ainsi levée partielle de l’inhibition des cônes L et M sur les cônes S dont l’état de dépolarisation augmente par rapport à l’état de base (figure III-2-19-B ou III-2-30-B la valeur de leur dépolarisation peut être D0).

222Dans ces conditions, on peut utiliser une stimulation flash de courtes longueurs d’onde (450 nm) intense -supérieure au fond adaptant- qui stimule spécifiquement les cônes S. Leur amplitude maximale d’hyperpolarisation (H) atteint alors une valeur transitoire suffisante pour être enregistrable ; la réponse spécifique des cônes S peut ainsi être extraite [Zrenner, 1982] (figure III-2-30-C).

223Figure III-2-31. Comparaison de la réponse de l’ensemble des cônes –cone-response- évoquée avec une stimulation achromatique sur un fond adaptant achromatique et de celle issue des cônes S dite S-cone ERG. Elle est enregistrée selon la procédure donnée ci-dessus.

Le S-cone ERG est une réponse bien discernable même si le nombre de cônes S est inférieur à celui des cônes L et M. L’amplitude de l’onde-a est faible voire non discernable, celle de l’onde-b est bien discernable ; son temps de culmination est plus tardif que celui correspondant à la réponse de l’ensemble des cônes -cone-response- car la cinétique des cônes S est plus lente que celle des cônes L et M.

Intérêt d’enregistrer la réponse spécifique des cônes S

224L’enregistrement du S-cone ERG ne fait pas partie du protocole ERG de routine [Chiti et al., 2003], [Marmor et al., 2004] ; il permet d’apporter bien des précisions sur l’état de ces photorécepteurs. En effet, toute rétinopathie à minima ou débutante est à l’origine d’un dysfonctionnement des cônes S d’où l’intérêt de contrôler leur fonctionnement.

225Le S-cone ERG est souvent pratiqué par exemple, en cas d’hyperpression intraoculaire [Maeda et al., 2001], d’héméralopie congénitale [Yamamoto et al., 1997], [Kamiyama et al., 1996]. Il est utile pour le diagnostic du syndrome des cônes S majorés (Enhanced S-cone syndrome). C’est une rétinopathie avec schisis maculaire due à une anomalie de la différenciation au cours du développement des photorécepteurs. Les seules cellules rétiniennes présentes sont de nombreux cônes S, sans cônes L ou M, ni bâtonnets [Maubaret, Hamel, 2005], [Audo et al., 2008].

Réponse des voies ON et OFF des cônes : ERG ON-OFF

226L’idée est de séparer les réponses du système photopique issues d’une part de la voie ON et d’autre part de la voie OFF essentiellement sous la dépendance des cônes L et M.

227En ambiance photopique d’intensité suffisante pour que les bâtonnets fonctionnent en mode saturation, on délivre une stimulation en échelon, d’une durée de 150 à 200 ms, dite de longue durée. Sa luminance doit être supérieure à 100 cd/m2 [Sustar et al., 2006] (figure V-3-20).

228A l’installation de l’échelon, les cônes s’hyperpolarisent, les cellules bipolaires de cônes OFF également et les cellules bipolaires de cônes ON se dépolarisent. On observe donc une réponse avec une onde-a qui est de composition identique à celle de l’onde-a de la cone-response (où la stimulation est un flash). L’onde-b qui suit, est dite onde-b-ON ; elle est dominée par la dépolarisation des cellules bipolaires de cônes ON. Alors que la stimulation dure, on observe une phase de repolarisation, dite plateau dont l’origine n’est pas précisée. A la cessation de la stimulation, les cellules bipolaires de cônes ON s’hyperpolarisent et les cellules bipolaires de cônes OFF se dépolarisent et ce de façon transitoire. On enregistre deux ondes dites d1 et d; la première serait le reflet de la dépolarisation des cellules bipolaires OFF [Quigley et al., 1996] mais l’origine de la seconde est encore controversée [Ueno et al., 2006].

229Malgré une étude approfondie des réponses de ces deux voies y compris dans le cadre de divers pathologies [Sieving, 1993], l’ERG ON-OFF n’a pas encore trouvé sa pertinence discriminative dans l’exploration des dysfonctionnements rétiniens en dehors de la classification de la CSNB (figure VII-2-47)…

Cellules amacrines

230Les cellules amacrines sont les cellules d’association entre le 2ième et le 3ième étage rétinien. Elles présentent plus d’une vingtaine de variétés morphologiques et sont sensiblement également réparties entre cellules glycinergiques [Wassle et al., 2009] et GABAergiques [Yang, 2004]. Certaines cellules GABAergiques pourraient également libérer d’autres substances actives ou neuromodulateurs comme la dopamine [Witkovsky, Dearry, 1992]. Seules quelques unes de leurs fonctions sont présentées.

De l’obscurité à la lumière

231A l’obscurité, Les cellules amacrines sont hyperpolarisées. En présence d’une stimulation lumineuse, elles répondent schématiquement

232°par une dépolarisation soutenue c'est-à-dire qui dure pendant toute la stimulation avec des oscillations surajoutées (figure III-2-32) ou par une dépolarisation transitoire brève à l’installation et à la disparition de la stimulation (figure III-2-32). Cette réponse est de type ON, les cellules amacrines sont dites ON et stratifient le plus souvent à la sous couche-b de la couche plexiforme interne.

233°par une hyperpolarisation soutenue qui dure pendant toute la stimulation avec une dépolarisation à la cessation de la stimulation. Cette réponse est de type OFF, ces cellules amacrines stratifient le plus souvent dans la sous couche-a de la couche plexiforme interne.

Rôle des cellules amacrines

Multiple et divers

234Il est loin d’être totalement connu, mais semble multiple. Les cellules amacrines ont un rôle trophique et de régulation dans la croissance et la différenciation rétinienne, avec un rôle de neuromodulation qui favorise l’organisation des champs récepteurs des cellules ganglionnaires [Masland, 2001].

235Les cellules dopaminergiques régulent la taille des champs récepteurs des cellules horizontales en particulier dans des conditions de niveaux lumineux mésopiques ou photopiques élevés en facilitant le passage ionique par les jonctions gap et ainsi, la transmission de l’information visuelle [Morgan, 1992].

Cellules amacrines et potentiels oscillatoires

236Il a été initialement suggéré que les cellules amacrines pourraient participer à la genèse des potentiels oscillatoires (OPs) [Karwoski C, Kawasaki K, 1991]. Elles semblent n’avoir qu’un rôle très secondaire [Wachtmeister, 1998] même si les potentiels oscillatoires sont modifiées par des désordres pouvant atteindre la couche plexiforme interne (troubles vasculaires, glaucome, diabète [Speros, Price, 1981]…).

237L’origine des potentiels oscillatoires est complexe [Lachapelle P, 2006].

Cellules amacrines AII : un cas particulier

238[Bloomfield, Dacheux, 2001]. Ce sont les intermédiaires entre les cellules bipolaires de bâtonnets ON et les cellules ganglionnaires naines ON et OFF. Elles participent à la voie directe des bâtonnets vers les cellules ganglionnaires.

Réponse unitaire des cellules AII

239Elles répondent par une dépolarisation transitoire qui culmine juste après le début de la stimulation. Si la stimulation dure, la dépolarisation garde une valeur stable, inférieure à celle initialement observée. Après cessation de la stimulation, on observe une hyperpolarisation transitoire avec retour au potentiel de base (figure III-2-33).

Couplage entre cellules AII

240Elles sont reliées entre elles par des jonctions gap dont le couplage dépend du niveau lumineux de la stimulation [Vaney, 1997].

241Si le niveau lumineux est scotopique, le couplage est faible, permettant la transmission du signal issu d’un seul bâtonnet.

242Si le niveau lumineux est mésopique, le couplage entre cellules amacrines est élevé. Il est contrôlé par le taux croissant de dopamine secrété par d’autres cellules amacrines. L’information issue des bâtonnets se transmet aux autres cellules amacrines, ce qui permet la détection des photons arrivant de façon synchrone sur différents bâtonnets [Vardi, Smith, 1996].

Amacrines AII : voie ON et OFF des bâtonnets au 3ième étage rétinien

243Au cours d’une stimulation de faible niveau lumineux, plus de la moitié des cellules bipolaires de bâtonnets libèrent leur glutamate dont le taux est régulé par les cellules amacrines A 17 [Bloomfield et al., 1997] vers les expansions réceptrices des cellules amacrines AII. Les cellules amacrines AII sont dépolarisées. Elles transmettent leur information aux deux sous couches de la couche plexiforme interne.

244°A la sous couche-b, leurs expansions font des jonctions gap avec les cellules bipolaires naines de cônes ON, elles-mêmes faisant synapse avec leurs cellules ganglionnaires naines ON. La transmission de l’information est de même signe que celle reçue, c'est-à-dire excitatrice.

245°A la sous couche-a, leurs expansions font des synapses chimiques à côté des cellules bipolaires naines de cônes OFF reliées aux cellules ganglionnaires naines OFF. Elles libèrent leur neurotransmetteur, glycinergique, inhibiteur : l’information transmise est inhibitrice.

246Grâce à leur dépolarisation transitoire importante, l’information issue des bâtonnets est transmise très rapidement aux cellules sous-jacentes et répartie sur deux voies, l’une ON et l’autre OFF. Il s’établit ainsi une réponse en push-pull au niveau du 3ième étage rétinien pour les influx provenant des bâtonnets.

Niveaux lumineux scotopiques

247Grâce aux cellules amacrines AII et pour des niveaux lumineux faibles, le signal issu des bâtonnets utilise le circuit laissé libre par les cônes encore non fonctionnels [Verweij, et al., 1999].

248Il y a excitation des cellules ganglionnaires naines ON lors d’un incrément de lumière reçu par les bâtonnets et excitation des cellules ganglionnaires naines OFF lors d’un décrément de lumière [Schiller, 1996].

Niveaux lumineux mésopiques

249Lorsque le niveau lumineux est mésopique, les bâtonnets et les cônes sont fonctionnels. L’information issue des bâtonnets est transférée aux cônes par des jonctions gap puis aux bipolaires de cônes, au détriment de la voie directe des bâtonnets.

Niveaux lumineux photopiques

250Pour des niveaux lumineux photopiques [Vaney, 1997], les bâtonnets fonctionnent en mode saturation. On peut se demander si les informations issues des cônes et véhiculées par la voie des bipolaires naines de cônes ON, ne vont pas être en partie, dérivées vers les cellules amacrines AII par les jonctions gap qui, habituellement, fonctionnent de façon réciproque…

251Dans les conditions de niveaux lumineux photopiques, on a remarqué que les cellules amacrines ne sont que très faiblement dépolarisées. Ceci pourrait indiquer que les jonctions gap entre cellules bipolaires naines de cônes ON et cellules amacrines AII ne fonctionnent pas de façon réciproque, c'est-à-dire des cellules bipolaires vers les cellules amacrines.

252Il est probable que ces jonctions gap sont découplées par la dopamine dont le taux est élevé dans les conditions photopiques. Les informations issues des cônes ne peuvent ainsi pas diverger (éventuellement de façon rétrograde) vers la voie des bâtonnets…

Fonctionnement des cellules du 3ième étage

253Les cellules ganglionnaires du 3ième étage rétinien sont le lieu d’apparition des potentiels d’action. C’est un mode de réponse par impulsions, de transmission rapide jusqu’au cortex visuel. Les variations de leurs fréquences temporelles et leurs coïncidences temporelles sont importantes pour le codage des caractéristiques de la stimulation selon trois voies.

Agencement en trois voies P, M et K

Voie P

254Elle est formée par les cellules ganglionnaires naines ON et OFF qui font relais aux couches parvocellulaires des corps géniculés latéraux.

255Pour les niveaux lumineux scotopiques, elles reçoivent les influx provenant des bâtonnets par leurs cellules bipolaires de bâtonnets et les cellules amacrines AII. Pour les niveaux lumineux photopiques, elles véhiculent les influx issus séparément des cônes L ou M.

Voie M

256Elle est composée par les cellules ganglionnaires parasols ON et OFF qui font relais aux couches magnocellulaires des corps géniculés latéraux.

257Pour les niveaux lumineux photopiques, elles reçoivent les influx issus conjointement des cônes L et M, sans en faire la distinction.

Voie K

258Elle reçoit les influx issus des cônes S par leurs cellules bipolaires de cônes S puis les cellules ganglionnaires bistratifiées qui font synapse aux deux sous couches de la couche plexiforme interne. Elles répondent sur un mode mixte ON/OFF.

259Ces voies ON et OFF restent séparées jusqu’à l’aire striée du cortex visuel où les informations convergent sur les cellules corticales. Les déphasages temporels d’arrivée des influx sont la traduction des informations véhiculées sur le mode ON ou OFF.

Mode de fonctionnement des cellules ganglionnaires

Les potentiels d’action 

Lieu d’intégration des neurotransmetteurs

260Les cellules ganglionnaires sont le lieu d’intégration d’excitations et d’inhibitions résultant des nombreux neurotransmetteurs émis au niveau de la couche plexiforme interne : glutamate des cellules bipolaires [Boycott, Wassle, 1999] et neurotransmetteurs des cellules amacrines, entre autres.

Réponses par potentiel d’action

261Les cellules ganglionnaires répondent par l’émission de potentiels d’action. Ce mode de réponse est bien adapté à la propagation de l’information le long des voies visuelles jusqu’aux relais géniculés.

262Seules leurs fréquences temporelles varient, permettant le codage des caractéristiques de la stimulation. Les potentiels d’action se propagent ensuite plus ou moins rapidement, le long des voies visuelles.

Organisation des potentiels d’action

Réponses ON ou OFF

263Lors de l’établissement d’une stimulation, une cellule ganglionnaire a une réponse de type ON s’il y a augmentation de la fréquence temporelle de ses potentiels d’action -par rapport à leur fréquence de base- et une réponse de type OFF s’il y a diminution de la fréquence temporelle des potentiels d'action.

264La corrélation anatomo-fonctionnelle a déjà été précisée.

265Les cellules ganglionnaires ON dont les dendrites font directement synapse avec les cellules sus-jacentes à la sous couche-b de la couche plexiforme interne ont bien comme réponse, une augmentation de fréquence temporelle de leurs potentiels d’action -réponse de type ON- à l’installation d’une stimulation lumineuse au centre de leur champ récepteur de la cellule ganglionnaire considérée.

266De même, les cellules ganglionnaires OFF dont les dendrites font directement synapse avec les cellules sus-jacentes à la sous couche-a de la couche plexiforme interne ont comme réponse une diminution de fréquence temporelle de leurs potentiels d’action à l’installation d’une stimulation lumineuse au centre de leur champ récepteur.

Champ récepteur antagoniste

267Pour illustrer la notion de champ récepteur antagoniste, on reprend la figure III-2-24, à la figure III-2-34. La cellule ganglionnaire ON reçoit une information directe de son cône sus-jacent alors qu’il est stimulé. Sa réponse est de type ON.

268Cette même cellule ganglionnaire ON réagit à la stimulation des cônes adjacents ; elle présente une réponse de type OFF (Figure III-2-35). Cette cellule ganglionnaire ON est dite à antagonisme centre ON-périphérie OFF.

269Sa partenaire, la cellule ganglionnaire OFF figurée en grisé sur les figure III-2-34 et III-2-35 répond à la stimulation du centre du champ récepteur par une réponse OFF et à la périphérie du champ récepteur par une réponse ON. Elle est dite cellule ganglionnaire OFF, avec antagonisme centre OFF-périphérie ON.

Remarque. Il ne s’agit que d’un schéma simpliste et didactique, qui ne tient pas compte du rôle des cellules amacrines qui sont probablement là pour renforcer ces effets [Bloomfield, et al., 1997].

 Réponses toniques

270Si la variation de fréquence temporelle des potentiels d'action d’une cellule ganglionnaire -qu’elle soit de type ON ou OFF- dure pendant toute la stimulation, la réponse est dite tonique.

271Elle permet de coder la durée de la stimulation. C’est le mode de réponse des cellules ganglionnaires naines ou bistratifiées donc de la voie P et K.

Réponses phasiques

272Par contre, si la variation de fréquence temporelle des potentiels d'action ne se produit qu’à l’installation et à la disparition de la stimulation, la réponse est dite phasique.

273Ce type de réponse permet de signaler de façon rapide toutes variations de niveaux lumineux survenant dans son champ récepteur. C’est le mode de réponse des cellules ganglionnaires parasols donc de la voie M.

Intérêt de l’organisation en champ récepteur

Pour le codage des paramètres de la stimulation

274Les cellules ganglionnaires naines, parasols et bistratifiées des voies P, M et K présentent des champs récepteurs sensiblement circulaires avec un antagonisme spatial -réponse opposée entre la stimulation du centre et de la périphérie du champ récepteur. Il est marqué pour les cellules ganglionnaires naines et parasols et moins net pour les cellules ganglionnaires bistratifiées.

275Seules les cellules ganglionnaires naines et bistratifiées des voies P et K présentent un antagonisme spectral c'est-à-dire des réponses opposées, si la stimulation du centre et de la périphérie sont de compositions spectrales différentes c'est-à-dire de « couleurs » différentes.

Les aspects d’antagonisme spectral sont importants pour comprendre les modes de codages des différentes longueurs d’onde qui stimulent la rétine et la « vision des couleurs » avec son antagonisme rouge-vert et bleu-jaune [Leid, 2008]. Les stimulations chromatiques n’étant pas utilisées en exploration fonctionnelle visuelle, cet aspect sort du cadre de l’ouvrage et n’est pas développé [Dacey, 1999], [Dacey, 2000].

276L’organisation en champ récepteur des cellules ganglionnaires permet de préciser le codage du contraste lumineux ou spectral, du sens du mouvement de la cible ou de la fréquence temporelle de la stimulation amorcés au 2ième étage rétinien.

Les cellules ganglionnaires naines (voie P) sont sensibles aux stimulations lumineuses stationnaires, aux hautes fréquences spatiales achromatiques. Elles affinent l’analyse de la composition spectrale de la stimulation (« couleur »), permettent la résolution d’un réseau chromatique ou achromatique (base de l’acuité visuelle) et la localisation de toute frontière séparant deux plages d’un contenu spectral différent (c'est-à-dire de « couleurs » différentes). Elles sont peu sensibles au mouvement.

Les cellules ganglionnaires parasols (voie M) sont capables de réagir aux stimulations de faibles contrastes lumineux ainsi qu’aux variations rapides de luminance dans leurs champs récepteurs que ce soit au cours du temps (hautes fréquences temporelles) ou de leur surface (mouvements rapides).

Pour l’exploration fonctionnelle visuelle : P-ERG

277Les travaux d’Hubel et Wiesel –prix Nobel de médecine 1981- ont largement contribué à asseoir les notions de champs récepteurs circulaires des cellules ganglionnaires, ainsi que celles des cellules du cortex visuel chez le chat [Hubel, Wiesel, 1979]. Ces travaux ont amplifié l’intérêt de l’utilisation de stimulations spécifiques à l’aide de « damiers alternants noir et blanc » pour évoquer un électrorétinogramme qui fait désormais partie du bilan clinique de routine.

Il s’agit en réalité d’un damier dont les cases « noires » et « blanches » alternent.

278Les expériences menées par l’équipe de Maffei [Maffei et al., 1985] ont montré qu’il était possible de recueillir un électrorétinogramme d’amplitude faible, mais bien discernable lorsque ce type de stimulation est délivrée sur la rétine.

279Le P-ERG est composé essentiellement d’une onde positive dite P50 et d’une onde négative dite N95. Il est actuellement établi qu’il est le résultat des réponses des trois étages rétiniens à la stimulation par un damier alternant dont la taille des cases présente une bonne congruence avec celle des champs récepteurs antagonistes des cellules ganglionnaires.

280L’onde P50 reflète le fonctionnement des deux premiers étages rétiniens du système des cônes de la zone maculaire [Holder, 1987] alors que l’onde N 95 est essentiellement liée au fonctionnementdes corps des cellules ganglionnaires situés dans cette zone [Froehlich, Kaufman, 1993 ; Hull, Thompson, 1989]. Comme leur nombre et leur densité sont importants en zone maculaire, le P-ERG est un test maculaire important pour connaître le fonctionnement des corps des cellules ganglionnaires, lieu de l’élaboration des potentiels d’action, conduits ensuite le long des voies visuelles.

281Toute altération des corps des cellules ganglionnaires (donc des potentiels d’action générés) est à l’origine de potentiels évoqués visuels anormaux. Dans ce cas, les voies visuelles peuvent être normales et les potentiels évoqués visuels recueillis anormaux…

282L’enregistrement de ce signal conjointement aux autres ERG et PEV est donc indispensable pour l’évaluation raisonnée du fonctionnement des voies visuelles.

Les cellules de Müller

283Les cellules de Müller ne font pas vraiment partie de la neurorétine, pourtant leur rôle comme cellules gliales est majeur pour son bon fonctionnement et prometteur en thérapeutique [Bringmann et al., 2006].

284Historiquement, la responsabilité de la genèse de l’onde-b de l’ERG flash leur a été attribué [Miller, Dowling, 1970]. Elle est effective, mais réduite à sa partie tardive comme il a déjà été dit [Robson, Frishman, 1998], [Lei, Perlman, 1999] (figure III-2-29).

Rôle dans la structure rétinienne

Maintien de l’architecture

285Au cours du développement rétinien, les cellules de Müller servent de guide à la migration des bâtonnets en leur permettant d’effectuer leurs connexions synaptiques appropriées [Sharma, Johnson, 2000].

286Elles se comportent également comme des guides d’ondes depuis la surface rétinienne jusqu’aux photorécepteurs, pour éviter la dispersion de la lumière [Franze et al., 2007].

Régulation des photorécepteurs

287Au cours de différentes pathologies [Fischer, Reh, 2003], [Bringmann, et al., 2006] ou après phototoxicité [Thummel et al., 2008], les cellules de Müller peuvent se dédifférencier, entrer dans le cycle cellulaire pour produire des progéniteurs neuronaux aptes à se différencier en cônes ou bâtonnets. La régénération des photorécepteurs déficients devient alors possible [Bernardos et al., 2007], [Thummel, et al., 2008], [Jadhav et al., 2009] que l’atteinte soit centrale [Fischer, 2005] ou périphérique.

288Les cellules de Müller prolifèrent dans l’espace sous-rétinien après décollement rétinien, empêchant en particulier la restauration des segments externes des cônes [Lewis, Fisher, 2000]. Après recollement rétinien, leur prolifération se fait à la surface vitréorétinienne avec remaniement des axones des bâtonnets qui croissent en direction des couches internes de la neurorétine [Fisher, Lewis, 2003]…

Métabolisme

pH–angiogenèse

289Elles contribuent au maintien du pH par régulation des taux de dioxyde de carbone, au contrôle de l’angiogenèse et à la régulation des flux sanguins rétiniens [Bringmann, et al., 2006].

Glucose

290Elles prennent part au métabolisme du glucose qu’elles puisent dans la circulation sanguine, stockent sous forme de glycogène et relarguent au fur et à mesure des besoins, les éléments nécessaires à alimenter le cycle de Krebs (pyruvate et/ou lactate) [Reichenbach et al., 1998].

291Elles sont résistantes à l’absence de glucose ou à l’anoxie ce qui explique qu’elles sont moins sensibles que les cellules de la neurorétine à l’hypoglycémie ou à l’ischémie [Winkler et al., 2000].

Glutamate

292Elles régulent le taux des neurotransmetteurs présents au niveau des synapses aux couches plexiformes externe et interne et, en particulier, celui du glutamate [Bringmann et al., 2009] et du GABA.

293Ces neurotransmetteurs ont une grande affinité pour les cellules de Müller ; ils s’y fixent rapidement, ce qui en limite la durée d’effet. Ils sont alors transformés en molécules inactives et recyclés vers les zones présynaptiques.

Phagocytoses

294Elles contribuent à la phagocytose des articles externes des photorécepteurs avec l’épithélium pigmentaire et à celle d’autres cellules de la couche plexiforme externe, de la couche plexiforme interne et des cellules ganglionnaires, lors de leurs apoptoses.

295Elles assurent le maintien de la transparence du vitré par élimination des particules étrangères y flottant.

Recyclage des pigments visuels

296Les cellules de Müller participent au recyclage des photopigments des cônes comme il a été vu ci-dessus (figure III-2-12) [Bringmann, et al., 2006], [Muniz, et al., 2007].

Courants potassiques

297Le potassium est un élément important de l’excitabilité rétinienne [Kofuji et al., 2002].

298Les cellules de Müller possèdent essentiellement des canaux potassium membranaires. 80% des canaux sont localisés au pied de la cellule, le reste au niveau de la couche plexiforme externe et de la couche plexiforme interne où leur densité est particulièrement élevée [Reichenbach, Robinson, 1995], [Reichenbach, et al., 1998].

299A l'installation d’un éclairement, les photorécepteurs s'hyperpolarisent, les cellules bipolaires ON et les cellules amacrines ON se dépolarisent. Il y a augmentation locale de la concentration du potassium extracellulaire, au niveau des couches plexiformes externe et interne, en regard des zones de fortes densités de canaux potassium.

300L’activité enzymatique de la cellule de Müller augmente, elle pompe les ions potassium qui entrent dans la cellule et qui sont relargués dans le vitré au niveau du pied de la cellule.

301Cette circulation d’ions potassium créée par les ions entrant -couche plexiforme externe et couche plexiforme interne- et sortant -au pied de la cellule de Müller- se referme en boucle par un courant potassique extra-cellulaire (Figure III-2-36).

302Le courant potassique intracellulaire induit une dépolarisation de la cellule de Müller qui peut apparaître sur la partie tardive de l’onde-b de l’électrorétinogramme flash (mixed-response)(figure III-2-29) [Robson, Frishman, 1998], [Lei, Perlman, 1999].

Conclusion

303Seuls les principaux aspects du fonctionnement de la neurorétine ont été soulignés et largement simplifiés, dans une perspective didactique d’aide à la compréhension des électrorétinogrammes.

304Depuis les photons émis et reçus par la rétine jusqu’à leur perception, toute une chaîne de codage s’interpose. La première étape essentielle, la transduction, conditionne toutes les autres. Que les photons n’atteignent que partiellement la rétine par troubles des milieux antérieurs ou que les cellules visuelles ne répondent pas correctement, il s’ensuit un déficit de cette chaîne.

305Les signaux ERG enregistrés doivent toujours être analysés à la lumière de la physiologie complexe de la neurorétine. Ils sont alors une aide au diagnostic, complémentaire de l’imagerie qui, si elle est précieuse pour « visualiser » les structures, ne permet pas d’en approcher leur fonctionnement.

Petit glossaire…

306Il s’agit de définitions d’électrophysiologie générale, très simplifiées, comme bref mémo pour faciliter la compréhension du texte

Barrière de potentiel

307C’est la différence de potentiel qui existe de part et d’autre de la membrane plasmique d’une cellule. Elle se mesure entre le potentiel de l’intérieur de la cellule dit Vi et de l’extérieur de la cellule dit Ve. A l’état de base –c'est-à-dire en l’absence de stimulation- la barrière de potentiel de toutes les cellules nerveuses (Vi-Ve) est de l’ordre de -70 à -50 mV, associé à une faible libération de leur neurotransmetteur à leur pôle axonal. Pour les photorécepteurs, à l’état de base, la barrière de potentiel est de l’ordre de -40 mV ; cette valeur correspond à un état de dépolarisation avec ouverture de leurs canaux sodium et augmentation du taux de leur neurotransmetteur libéré à leur pôle « axonal ».

Canal transmembranaire

308Les membranes plasmiques cellulaires sont constituées d’une bicouche lipidique imperméable aux ions, aux neurotransmetteurs… Les échanges de ces éléments de part et d’autre de la membrane, se font grâce à des canaux transmembranaires qui leur sont spécifiques. Ces canaux sont le plus souvent constitués d’un ensemble de protéines, incluses de part et d’autre de la membrane –ou protéines transmembranaires- qui forment un canal. Les échanges se font grâce à des mécanismes d’ouverture et de fermeture de ces canaux, sous l’influence °d’une variation de différence de potentiel, °d’un ligand (c'est-à-dire d’un messager ou d’un neurotransmetteur) qui se fixe sur un site récepteur ou °d’une protéine G qui déclenche une cascade qui va aboutir à des modifications d’ouverture-fermeture de ces canaux (voir l’exemple détaillé initié par la rhodopsine).

Chromophore

309C’est une structure capable d’être modifiée après absorption de photons du spectre visible. Le chromophore des photopigments est l’aldéhyde de la vitamine A ou le rétinal. Il est associé à quatre protéines différentes ou opsines qui forment les quatre photopigments des photorécepteurs.

Dépolarisation

310Elle correspond à une diminution de la barrière de potentiel de la cellule considérée ; pour les cellules nerveuses, elle est associée à un nombre des canaux sodium ouverts statistiquement plus important que de canaux fermés et à une augmentation du taux de libération de leur neurotransmetteur à leur pôle axonal.

Hyperpolarisation

311Elle correspond à une augmentation de la barrière de potentiel de la cellule considérée ; pour les cellules nerveuses, elle est associée à un nombre de canaux sodium fermés statistiquement plus important que de canaux ouverts et à une diminution importante du taux de libération de leur neurotransmetteur à leur pôle axonal.

Potentiel d’action

312Pour une fibre nerveuse, la stimulation peut être d’un niveau tel qu’on observe localement une diminution de la barrière de potentiel (c'est-à-dire une dépolarisation). Il y a initialement, une ouverture massive des canaux sodium avec entrée d’ions sodium puis, secondairement, une ouverture des canaux potassium avec sortie d’ions potassium. Il s’en suit des phénomènes de repolarisation. L’ensemble de ces phénomènes correspondent à un potentiel d’action unitaire. Ce potentiel d’action unitaire initialement local, se propage rapidement le long de la fibre nerveuse et encore plus rapidement si cette dernière est myélinisée. Un nerf étant formé d’un ensemble de fibres nerveuses, l’ensemble des potentiels d’action unitaires générés sur chaque fibre, forme l’influx nerveux.

Protéine transmembranaire

313C’est une protéine qui est incluse dans la membrane plasmique ; elle présente une partie extracellulaire, une partie membranaire et une partie intracellulaire.

Récepteur ionotropique

314Ces récepteurs reçoivent un ligand (c'est-à-dire un messager ou un neurotransmetteur) qui entraîne l’ouverture de leur canal transmembranaire. On les trouve sur les cellules bipolaires OFF. A l’obscurité, le glutamate issu des photorécepteurs se fixe sur les sites spécifiques des canaux et provoque l’ouverture de ces canaux : la cellule bipolaire OFF est dépolarisée. A la lumière, le taux de glutamate diminue, les récepteurs ionotropiques ne reçoivent plus de glutamate, les canaux correspondant se ferment, les cellules bipolaires OFF sont hyperpolarisées.

Récepteur métabotropique

315Ce sont des protéines transmembranaires qui s’associent à d’autres protéines. Il se constitue un système en cascade qui aboutit à la fermeture ou à l’ouverture de canaux. L’exemple en est la transduction où après l’absorption de photons, une protéine G déclenche une chaîne qui aboutit à la fermeture des canaux sodium-calcium des photorécepteurs donc à leur hyperpolarisation. Les cellules bipolaires ON ont également des récepteurs métabotropiques. A la lumière, l’absence de glutamate aboutit à l’ouverture de leurs canaux sodium-calcium et donc à leur dépolarisation.

Figures

Figure III-2-1. Bâtonnet. Canaux ioniques sodium-calcium et mécanismes d’équilibre ionique à l’obscurité (D’après J McIlwain. An Introduction to the biology of vision. Cambridge Press Univ. 1996. p. 66).

Figure III-2-2. Structure spatiale schématique d’une molécule de rhodopsine (D’après Hargrave P.A., McDowell J.H. Rhodopsin and phototransduction: a model system for G-protein-linked receptors. FASEB J. 1992. 6: 2323-2331).

Figure III-2-3. Structure schématique d’une molécule de rhodopsine (D’après Archer S. Molecular biology of visual pigments. In Neurobiology and clinical aspects of the outer retina. Ed. Djamgoz MBA, Archer S., Vallerga S. Chapman & Hall. 1995. Chap 4 p. 82).

Figure III-2-4. Structure primaire des photopigments : comparaison photopigments L et M : 15 acides aminés différents en rouge- et rhodopsine-photopigment S : 202 acides aminés différents en bleu (D’après J Nathans. Les mécanismes de la Vision. Pour la Science. Belin. 1990. Chap. 4. p. 63).

Figure III-2-5. Variation de la probabilité d’absorption des photons de niveaux lumineux scotopiques par la rhodopsine, en fonction de leurs longueurs d’onde.

Figure III-2-6. Variation de la probabilité d’absorption des photons de niveaux lumineux photopiques par les trois photopigments de cônes S, M et L, en fonction de leurs longueurs d’onde.

Figure III-2-7. Etapes schématiques d’initiation de la transduction.

Figure III-2-8. Fonctionnement de la rhodopsine à la lumière, dans le bâtonnet.

Figure III-2-9. Désactivation de la protéine G (transducine) et de la PDE, à la lumière.

Figure III-2-10. Mécanismes d’équilibre du taux de GMPc, à la lumière.

Figure III-2-11. Cycle visuel de la rhodpsine (D’après Muniz A et al. 2007. A novel cone visual cycle in the cone-dominated retina. Exp Eye Res., 85 (2), 175-184).

Figure III-2-12. Cycle de régénération des photopigments des cônes, à la lumière (D’après Muniz A et al. 2007. A novel cone visual cycle in the cone-dominated retina. Exp Eye Res., 85 (2), 175-184).

Figure III-2-13. Variation de l’hyperpolarisation d’un photorécepteur au cours du temps, en ambiance scotopique après une stimulation flash d’intensité croissante (D’après Cervetto L Piccolino M. 1982. Processing of visual signals in vertebrate photoreceptors. Arch It Biol 1982 12: 242-70).

Figure III-2-14. Valeur normée de l’amplitude maximale d’hyperpolarisation d’un bâtonnet et d’un cône à l’obscurité, en fonction de l’intensité croissante d’une stimulation brève.

Figure III-2-15. Ambiance photopique ou stimulation photopique de longue durée et hyperpolarisation correspondante d’un cône.

Figure III-2-16. Etat de polarisation d’un bâtonnet et d’un cône en ambiance photopique (A) et au cours d’une stimulation de niveau lumineux photopique, délivrée dans cette ambiance photopique (B).

Figure III-2-17. Evolution de la morphologie de l’ERG flash en fonction de l’intensité croissante de la stimulation (D’après Rufiance M, Dumont M, Lachapelle P. Invest Ophthalmol Vis Sci 2002, 43/7 :2491-9).

Figure III-2-18. Ambiance photopique – stimulation flash photopique : réponse initiée par les cônes.

Figure III-2-19. Schéma fonctionnel de la variation de polarisation des cônes S par rétrocontrôle des cônes L et M.

Figure III-2-20. Mécanisme schématique d’hyperpolarisation des cellules bipolaires ON à l’obscurité.

Figure III-2-21. Mécanisme schématique de dépolarisation des cellules bipolaires ON à la lumière.

Figure III-2-22. Schéma théorique d’un contraste positif. Etat de polarisation des cellules bipolaires ON et OFF si les cônes étaient indépendants.

Figure III-2-23. Schéma théorique d’un contraste positif. Etat de polarisation des cellules bipolaires ON et OFF, les cônes étant reliés par des cellules horizontales.

Figure III-2-24. Schéma théorique d’un contraste positif par la voie ON. Etat de polarisation des cellules bipolaires et ganglionnaires ON et OFF.

Figure III-2-25. Schéma théorique d’un contraste négatif. Etat de polarisation des cellules bipolaires ON et OFF.

Figure III-2-26. Schéma théorique d’un contraste négatif par la voie OFF. Etat de polarisation des cellules bipolaires et ganglionnaires ON et OFF.

Figure III-2-27. Courbe dite de sensibilité aux contrastes : Contraste limite entre les fréquences spatiales perçues et non perçues.

Figure III-2-28. Optotype Monoyer -progression arithmétique : acuité visuelle évaluée en en dizième et ETDRS -progression géométrique : acuité visuelle évaluée en log MAR.

Figure III-2-29. Mixed-response de l’ERG flash chez 4 sujets adultes normaux. Ressaut observable dans la partie tardive de l’onde-b : probable reflet de la dépolarisation des cellules de Müller.

Figure III-2-30. Support physiologique de la procédure pour recueillir la réponse issue des cônes S.

Figure III-2-31. ERG flash : Cone-response (protocole strandard) et S-cone response (protocole spécifique) chez un sujet normal.

Figure III-2-32. Réponses de cellules amacrines (D’après Dowling JE. The Retina. An approchable part of the brain. The Belknap Press of Harvard University Press. Cambridge. 1987).

Figure III-2-33. Réponse d’une cellule amacrine AII (D’après Nelson R. AII amacrine cells quicken time course of rod signals in the cat retina. J Neurophysiol. 1982. 47/5: 928-947).

Figure III-2-34. Cellule ganglionnaire ON avec champ récepteur à antagonisme centre ON-périphérie OFF. Schéma possible de la réponse ON du centre.

Figure III-2-35. Cellule ganglionnaire ON avec champ récepteur à antagonisme centre ON-périphérie OFF. Schéma possible de la réponse OFF de la périphérie.

Figure III-2-36. Dépolaristion des cellules de Müller : courants potassiques entrant et sortant (D’après Fort PE et al. 2008. Kir4.1 and AQP4 associate with Dp71-and utrophin-DAPs complexes in specific and defined microdomaines of Muller retinal glial cell membrane. Glia 56(6), 597-610. Kofuji P, et al. 2002. Kir potassium channel subunit expression in retinal glial cells: implications for spatial potassium buffering. Glia, 39 (3), 292-303).

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