# The Role of Visual Experience in the Maturation of Synaptic and Dendritic Mechanisms for Direction Selectivity

> **NIH NIH F31** · UNIVERSITY OF CALIFORNIA BERKELEY · 2020 · $36,086

## Abstract

-­ Project Summary -­  
 
  The goal of this proposal is to determine the role of activity in the development of the circuits that 
mediate direction selectivity in the retina. Direction selective ganglion cells (DSGCs) fire many action potentials 
in response to light stimuli moving in a preferred direction and few action potentials to light moving in the 
opposite, or null, direction. Our lab has used population calcium imaging of DSGCs, whose preferred directions 
tightly cluster around the four cardinal axes of visual space, to show that depriving animals of visual experience 
reduces the clustering of preferred directions. Dark-­reared adult DSGCs were instead broadly distributed in 
their preferred directions, similar to DSGCs tuning observed at eye opening. However, the mechanism by 
which dark-­rearing prevents clustering remains unknown. This prompts an investigation of the role of visual 
experience in the maturation of mechanisms for the direction-­selective computation. 
 There  are  two  important  circuit  elements  for  direction  selectivity.  First,  asymmetric  release  of  gamma-­
aminobutyric acid (GABA) from starburst amacrine cells dendrites confers direction selective tuning to DSGCs 
through  asymmetric  synaptic  wiring.  Second,  DGSC  dendrites  integrate  inputs  in  a  directional  manner.  This 
second  mechanism  is  revealed  in  a  subtype  of  DSGC,  the  ventral-­preferring  DSGCs,  which  exhibit  inhibitory-­
independent directional tuning, speculated to arise from their asymmetric dendrites.  
 In  this  proposal,  I  explore  the  contribution  of  synaptic  and  dendritic  mechanisms  to  directional  tuning 
across  development.  I  focus  on  these  ventral-­preferring  DSGCs  to  dissect  the  relative  contributions  of 
asymmetric  inhibition  and  asymmetric  dendrites  to  directional  tuning  during  development.  Asymmetric 
inhibitory input from starburst amacrine cells has been shown to establish directional tuning in DSGCs around 
the time of eye-­opening, by forming more synapses on the null side. As a first step towards understanding the 
contribution  of  synaptic  mechanisms  for  establishing  directional  tuning,  in  Aim  1,  I  will  use  electrophysiology, 
pharmacology  and  cellular  reconstructions  to  examine  the  contribution  of  inhibitory  input  on  directional  tuning 
during development (Aim 1.1, 1.2). Next, I will test whether activity, mediated by asymmetric inhibitory input, is 
necessary  for  establishing  directional  tuning  and  asymmetric  dendrites  in  a  mouse  model  where  that  lacks 
functional  GABA  release  in  SACs  (Aim  1.3).  To  understand  the  contribution  of  asymmetric  dendrites  to 
inhibitory-­independent  tuning  of  DSGCs,  in  Aim  2,  I  propose  to  use  simultaneous  2-­photon  calcium  imaging 
and  visual  stimulation  of  dendrites.  I  ask whether  active  conductances  in  the  dendrites  of  DSGCs  exist,  and  if 
so,  I  propose...

## Key facts

- **NIH application ID:** 9973196
- **Project number:** 5F31NS106756-03
- **Recipient organization:** UNIVERSITY OF CALIFORNIA BERKELEY
- **Principal Investigator:** Malak El-Quessny
- **Activity code:** F31 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $36,086
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2018-08-01 → 2021-05-31

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9973196

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9973196, The Role of Visual Experience in the Maturation of Synaptic and Dendritic Mechanisms for Direction Selectivity (5F31NS106756-03). Retrieved via AI Analytics 2026-05-28 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9973196. Licensed CC0.

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*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*