Impact of the ultraviolet light on neuronal activity of the rat lateral geniculate nucleus

Grzbietowe ciało kolankowate boczne (dLGN) szczura to struktura zlokalizowana we wzgórzu, która otrzymuje informację od trzech rodzajów fotoreceptorów siatkówki: pręcików, czopków i komórek melanopsynowych. Z trzech typów czopków, tylko jeden - SWS, warunkuje wrażliwość siatkówki gryzoni na światło UV, a tym samym umożliwia wykorzystanie krótkich fal świetlnych do funkcji wzrokowych oraz niewzrokowych, związanych z synchronizacją rytmów okołodobowych. Czopki SWS są najbardziej wrażliwe na światło UV o długości 358 nm, nie wiadomo jednak, czy neurony zlokalizowane w obrębie dLGN charakteryzują się podobną czułością. Aby to sprawdzić, przeprowadzono zewnątrzkomórkowe, wielokanałowe rejestracje in-vivo na 5 dorosłych samcach szczura szczepu Long Evans, który wybrano ze względu na pełną pigmentację siatkówki oka. Eksperymenty prowadzono pod gazową anestezją izofluranową. Oko zwierzęcia było adaptowane do ciemności przez około 30 minut przed rozpoczęciem stymulacji świetlnych, na które składały się pulsy światła w zakresie UV (3s, 490-340 nm, zmiana długości światła co 10 nm). Odpowiedzi neuronalne rejestrowane były z przeciwstronnie położonego dLGN. Zarejestrowane neurony odpowiadały na światło białe w sposób ciągły lub przejściowy. 42% światłoczułych komórek (n=38) w obrębie dLGN charakteryzowało się wrażliwością na światło UV. Komórki te były najbardziej wrażliwe na światło o długości fali 380 nm. Wśród rejestrowanych typów odpowiedzi na światło UV, obserwowano więcej odpowiedzi przejściowych niż ciągłych. Nie zaobserwowano zależności pomiędzy lokalizacją komórek a ich wrażliwością na światło. Uzyskane wyniki potwierdzają pobudzający wpływ światła UV na aktywność neuronów zlokalizowanych w grzbietowej części ciała kolankowatego bocznego oraz, że odgrywają one istotną rolę w funkcjach związanych z tworzeniem obrazu. Jednak w przeciwieństwie do komórek siatkówki, neurony dLGN są najsilniej pobudzane przez fale świetlne o długości 380 nm.

The dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) of the rat thalamus is a relay structure, which receives light signals from three types of retinal photoreceptors: rods, cones and melanopsin cells. From three types of cones, only SWS-cones allow rodents to see light in the ultraviolet range and further use it to image and non-image forming visual functions, including classic vision during the night. SWS-cones are maximally sensitive to UV light peaking at 358 nm, however an unanswered question is whether dLGN cells share similar wavelength characteristic. Thus, we performed in vivo extracellular multi-electrode recordings in 5 fully pigmented adult male Long Evans rats under isoflurane anaesthesia combined with monochromatic light stimulations. Animals were dark adapted for 30 min and then different light stimuli in the UV range (3s, 490-340 nm, 10 nm interval) were presented to the rat’s contralateral eye, while recording neuronal activity of LGN cells. High-irradiance light in the UV range elicited responses in 42% (n=38) of light-sensitive neurons within the dLGN. Recorded neurons were the most sensitive to 380 nm wavelength of light and responded mostly in transient manner in terms of the shape of evoked photoresponse. Moreover, they did not show any spatial distributions across the LGN. Our study confirms that light in the UV range activates the dLGN and can play an important role in image forming functions. In contrast to previous retinal studies, we found out that dLGN cells are most effectively excited by 380 nm.