Cerquera Soacha, Edwin Alexander (2010) Fast reconstruction of motion from multielectrode records of retinal ganglion cells. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

Bewegung ist eine der Eigenschaften visueller Szenen, welche von der Retina kodiert werden müssen. Dieser Kode ist in den Aktionspotentialfolgen (Spike Trains) retinaler Ganglienzellpopulationen repräsentiert und wird über den optischen Nerv an das Gehirn übertragen. Die hohe Geschwindigkeit dieses Prozesses spiegelt die Herausforderung durch die Natur wider, welcher das visuelle System durch schnelle und effiziente Kodierung nachkommt. Die dieser Arbeit zugrunde liegenden Untersuchungen wurden anhand extrazellulärer Ganglienzell-Populationsantworten durchgeführt, die aus der isolierten Retina der Schildkröte Pseudemys scripta elegans gewonnen wurden. Die Retina wurde hierbei durch ein bewegtes Lichtmuster stimuliert. Ein Ziel der Arbeit war es zu prüfen, ob eine Subpopulation systematisch ausgewählter Zellen einer zufällig ausgewählten signifikant überlegen ist. Ausserdem wurden verschiedene schnelle Kodierungsstrategien unterschiedlicher Komplexität vergleichend bewertet. Alle diese Kodierungsstrategien bezogen nicht mehr als drei Aktionspotentiale pro Zelle ein, welche innerhalb eines Zeitfensters von 150 ms nach einer internen Referenz ausgelöst wurden. Diese frühen Spikes der gesamten Population wurden im Rahmen einer linearen Diskriminanzanalyse zur Rekonstruktion der Bewegungsreize verwandt. Die Resultate der Analysen weisen deutlich die Überlegenheit ausgewählter Subpopulationen nach. Darüber hinaus resultiert nur eine geringfügige Verbesserung aus der Hinzunahme weiterer Spikes im Anschluss an den jeweils ersten, welcher die Latenzkodierung definiert. Schliesslich erlaubt eine Kombination beider Teilergebnisse die Bestimmung einer optimalen Zellanzahl für die schnelle und effiziente Stimulusrekonstruktion.

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Motion is one of the properties of visual scenes that must be encoded by the retina. This code is represented by spike trains produced by populations of retinal ganglion cells and transmitted via the optical nerve to the brain. This is a quick process that represents a natural challenge for the visual system to encode and decode visual information in a fast and efficient way. The analyses of this thesis were carried out on extracellular responses of a population of retinal ganglion cells from the isolated retina of a turtle Pseudemys scripta elegans. The retina was stimulated using a moving light pattern. One of the goals of this work was to check if selected cell sub-populations were significantly superior to randomly selected ones. Additionally, a set of fast coding strategies of different complexity were evaluated in a comparative manner. These coding strategies involved no more than the first three spikes per cell fired within a time window of 150 ms following an internal reference. These early spikes of the whole population were employed to reconstruct the stimuli using a classifier based on linear discriminant analysis. Our results indeed prove the superiority of selected sub-populations. Moreover, only a minor improvement results from including spikes following the first one defining the latency code. Finally, the combination of both results allows to determine an optimal number of cells for fast and efficient stimuli reconstruction.

Item Type:	Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords:	Retinal Code , Fast Detection , Motion Stimuli , Population Timing Code , Selection of cells
Controlled Keywords:	Netzhaut . Nervenzelle , Mehrfachelektrode , Bewegung , Codierung
Subjects:	Technology, medicine, applied sciences > Medicine and health
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM)
Date Deposited:	17 Jan 2013 14:25
Last Modified:	08 Jul 2013 13:04
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/1012
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-10840
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