We seek to develop techniques for high-resolution imaging of the tree shrew retina for visualizing and parameterizing retinal ganglion cell (RGC) axon bundles in vivo. We applied visible-light optical coherence tomography fibergraphy (vis-OCTF) and temporal speckle averaging (TSA) to visualize individual RGC axon bundles in the tree shrew retina. For the first time, we quantified individual RGC bundle width, height, and cross-sectional area and applied vis-OCT angiography (vis-OCTA) to visualize the retinal microvasculature in tree shrews. Throughout the retina, as the distance from the optic nerve head (ONH) increased from 0.5 mm to 2.5 mm, bundle width increased by 30%, height decreased by 67%, and cross-sectional area decreased by 36%. We also showed that axon bundles become vertically elongated as they converge toward the ONH. Ex vivo confocal microscopy of retinal flat-mounts immunostained with Tuj1 confirmed our in vivo vis-OCTF findings.

Cerebellar granule cells (GCs) making up majority of all the neurons in the vertebrate brain, but heterogeneities among GCs and potential functional consequences are poorly understood. Here, we identified unexpected gradients in the biophysical properties of GCs. GCs closer to the white matter (inner-zone GCs) had higher firing thresholds and could sustain firing with larger current inputs. Dynamic clamp experiments showed that inner- and outer-zone GCs preferentially respond to high- and low-frequency mossy fiber inputs, respectively, enabling to disperse the mossy fiber input into its frequency components as performed by a Fourier transformation. Furthermore, inner-zone GCs have faster axonal conduction velocity and elicit faster synaptic potentials in Purkinje cells. Neuronal network modeling revealed that these gradients improve spike-timing precision of Purkinje cells and decrease the number of GCs required to learn spike-sequences. Thus, our study uncovers biophysical gradients in the cerebellar cortex enabling a Fourier-like transformation of mossy fiber inputs.

Abstract We previously identified and modelled a principle of visual maps alignment in the midbrain involving the mapping of the retinal projections and concurrent transposition of retinal guidance cues into the superior colliculus providing positional information for the organization of cortical V1 projections onto the retinal map (Savier et al., 2017). This principle relies on mechanisms involving Epha/Efna signaling, correlated neuronal activity and axon competition. Here, using the 3-step map alignment computational model, we predict and validate in vivo the visual mapping defects in a well-characterized mouse model. Our results challenge previous hypotheses and provide an alternative, although complementary, explanation for the phenotype observed. In addition, we propose a new quantification method to assess the degree of alignment and organization between maps, allowing inter-model comparisons. This work generalizes the validity and robustness of the 3-step map alignment algorithm as a predictive tool and confirms the basic mechanisms of visual maps organization.