Summary Animal eyes evolve to process behaviourally important visual information, but how retinas deal with statistical asymmetries in visual space remains poorly understood. Using hyperspectral imaging in the field, in-vivo 2-photon imaging of retinal neurons and anatomy, here we show that larval zebrafish use a highly anisotropic retina to asymmetrically survey their natural visual world. First, different neurons dominate different parts of the eye, and are linked to a systematic shift in inner retinal function: Above the animal, there is little colour in nature and retinal circuits are largely achromatic. Conversely, the lower visual field and horizon are colour-rich, and are predominately surveyed by chromatic and colour-opponent circuits that are spectrally matched to the dominant chromatic axes in nature. Second, above the frontal horizon, a high-gain ultraviolet-system piggy-backs onto retinal circuits, likely to support prey-capture. Our results demonstrate high functional diversity among single genetically and morphologically defined types of neurons.

Understanding of how neurons encode and compute information is fundamental to our study of the brain, but opportunities for hands-on experience with neurophysiological techniques on live neurons are scarce in science education. Here, we present Spikeling, an open source 25 GBP in silico implementation of a spiking neuron that mimics a wide range of neuronal behaviours for classroom education and public neuroscience outreach. Spikeling is based on an Arduino microcontroller running the computationally efficient Izhikevich model of a spiking neuron. The microcontroller is connected to input ports that simulate synaptic excitation or inhibition, dials controlling current injection and noise levels, a photodiode that makes Spikeling light-sensitive and an LED and speaker that allows spikes to be seen and heard. Output ports provide access to variables such as membrane potential for recording in experiments or digital signals that can be used to excite other connected Spikelings. These features allow for the intuitive exploration of the function of neurons and networks. We also report our experience of using Spikeling as a teaching tool for undergraduate and graduate neuroscience education in Nigeria and the UK.

Two-photon (2P) microscopy is a cornerstone technique in neuroscience research. However, combining 2P imaging with spectrally arbitrary light stimulation can be challenging due to crosstalk between stimulation light and fluorescence detection. To overcome this limitation, we present a simple and low-cost electronic solution based on an ESP32 microcontroller and a TLC5947 LED driver to rapidly time-interleave stimulation and detection epochs during scans. Implemented for less than $100, our design can independently drive up to 24 arbitrary spectrum LEDs to meet user requirements. We demonstrate the utility of our stimulator for colour vision experiments on the in vivo tetrachromatic zebrafish retina and for optogenetic circuit mapping in Drosophila.

Visual neuroscientists require accurate control of visual stimulation. However, few stimulator solutions simultaneously offer high spatio-temporal resolution and free control over the spectra of the light sources, because they rely on off-the-shelf technology developed for human trichromatic vision. Importantly, consumer displays fail to drive UV-shifted short wavelength-sensitive photoreceptors, which strongly contribute to visual behaviour in many animals, including mice, zebrafish and fruit flies. Moreover, many non-mammalian species feature more than three spectral photoreceptor types. Here, we present a flexible, spatial visual stimulator with up to 6 arbitrary spectrum chromatic channels. It combines a standard digital light processing engine with open source hard- and software that can be easily adapted to the experimentalist's needs. We demonstrate the capability of this general visual stimulator experimentally in the in vitro mouse retinal whole-mount and the in vivo zebrafish. Hereby, we intend starting a community effort of sharing and developing a common stimulator design.