Studying the L- and M-cone ratios by the multifocal visual evoked potential

Abstract

Based upon evidence from a variety of techniques, the relative number of long-wavelength sensitive (L) and middle-wavelength sensitive (M) cones differs widely among normal, human trichromats. The L-cones outnumber the M-cones on average. However, various behavioral data suggested equal number of L- and M-cones in the central fovea. The purpose of this study was to examine the L/M-cone ratios in the central fovea as compared to the peripheral retina by the multifocal visual evoked potential (mfVEP) and to determine their effects on cone signal processing. Monocular mfVEPs were obtained from six color-normal subjects to a pattern-reversing display with cone-isolating stimuli, which modulated only the L-cones or only the M-cones. In the peripheral retina (>5.8° in radius), the ratio of the amplitudes of the mfVEP responses to L- and M-cone modulation varied across the six subjects, ranging from 1.1 to 1.7, with an average ratio of 1.34. The waveforms from the peripheral responses to L- versus M-cone modulation differed in most subjects. In the central 1° (radius), the ratio of the amplitudes had a smaller variation between 0.8 to 1.1, with an average ratio of 0.9. The waveforms from the central responses to L- versus M-cone modulation were similar among all subjects. The variation among individuals in the peripheral responses is likely to be attributed to the differences in the ratio of the L/M-cone input to both the magnocellular (MC) and parvocellular (PC) pathways. The substantially lower ratios for the central responses is consistent with an L/M cone ratio closer to 1.0 in the central 1° and/or an adjustment in the gain of the L- versus M-cone contributions to the central PC pathways. Evidence from other techniques suggested the latter. It appears that a gain adjustment in the central PC pathway takes place before the mfVEP is generated.

Eine Vielzahl von technischen Methoden zeigten, daß sich die relative Anzahl der “long-wavelength sensitive” (L-) und “middle-wavelength sensitive” (M-) Zapfen bei normalen Trichomaten stark unterscheidet. Die Zahl der L-Zapfen übersteigt im Durchschnitt die der M-Zapfen. Jedoch deuteten verschiedene verhaltenswissenschaftliche Daten auf eine gleiche Anzahl von L- und M-Zapfen in der zentralen Fovea hin. Die Absicht dieser Arbeit war es, die L- zu M-Zapfenverhältnisse in der zentralen Fovea im Vergleich zur peripheren Retina durch die Ableitung von multifokalen evozierten Potentialen (mfVEPs) zu untersuchen, und deren Auswirkungen auf die Verarbeitung der zapfengenerierten Signale zu bestimmen. Monokuläre mfVEPs von sechs normal farbensichtigen Probanden wurden mit Hilfe von sich im Muster wechselnden zapfenisolierenden Stimuli abgeleitet, welche entweder nur die L-Zapfen oder nur die M-Zapfen modulierten. In der peripheren Retina (>5.8° im Radius des visuellen Feldes) schwankten die Amplitudenverhältnisse der mfVEP Antworten auf die L-Zapfen und M-Zapfen modulierenden Bedingungen zwischen 1,1 und 1,7 - mit einen Durchschnittswert von 1,34 – unter den sechs Probanden. Die Wellenformen der peripheren Antworten auf die L- versus M-Zapfen modulierenden Bedingungen unterschieden sich bei den meisten Probanden. Im zentralen 1° (Radius des visuellen Feldes) variierten die Amplitudenverhältnisse geringgradig zwischen 0,8 bis 1,1 mit einem Durchschnittswert von 0,9. Die Wellenformen der zentralen Antworten auf die L- versus M-Zapfen modulierenden Bedingungen waren unter allen Probanden ähnlich. Die Variationen in den peripheren Antworten zwischen einzelnen Personen lassen sich wahrscheinlich durch die unterschiedlichen Verhältnisse der L- zu M-Zapfenbeiträge zum magnozellulären (MC) und parvozellulären (PC) Signalverarbeitungspfad erklären. Die deutlich geringeren Verhältnisse der zentralen Antworten entsprechen einem L- zu M-Zapfenverhältnis von etwa 1,0 im zentralen 1° (Radius des visuellen Feldes) und/oder einer Änderung in der Verstärkung der L- versus M-Zapfenbeiträge zu den zentralen PC Signalverarbeitungspfäden. Die Ergebnisse aus anderen technischen Methoden ließen eher das letztere vermuten. Es scheint, daß eine Änderung in der Verstärkung im zentralen PC Signalverarbeitungspfad stattfindet, bevor das mfVEP im visuellen Kortex erzeugt wird.