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Posté par Adrien le Jeudi 18/12/2014 à 00:00
Neurones: un fibroscope pour contrôler leur activité chez la souris
En permettant de manipuler l'activité des neurones avec un faisceau lumineux, l'optogénétique ouvre la voie à l'établissement de liens causaux entre l'activité cérébrale et les comportements animaux. Les chercheurs de l'équipe de Valentina Emiliani au Laboratoire de neurophotonique ont récemment mis au point (Graphie) un fibroscope permettant, chez la souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus,...) éveillée et libre de ses mouvements, de manipuler l'activité de chaque neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de...) d'une région cérébrale en les ciblant sélectivement à l'aide de faisceaux lumineux sculptés à l'échelle micrométrique. Ces résultats, publiés dans la revue Neuron, permettent d'envisager l'étude approfondie de microcircuits neuronaux au cours de comportements animaux.


Figure: Le fibroscope est composé de deux parties, un microscope et un guide d'image. Le microscope contient, d'une part, un laser émettant à 473 nm et un LC-SLM (liquid crystal spatial light modulator) sculptant le faisceau servant à photoactiver les neurones, et d'autre part, un laser émettant à 491nm, un DMD (digital micromirror device) et une camera sCMOS tous trois dédiés au système d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...) de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un...) permettant de localiser et d'enregistrer l'activité des neu-rones. Le guide d'image transmet les intensités lumineuses entre l'objectif du microscope et le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions...) de la souris, par le biais d'un micro-objectif fixé au crâne de l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe,...). Ce système a per-mis de contrôler sélectivement l'activité de neurones chez la souris éveillée et libre de ses mou-vements.
© Valentina Emiliani

L'établissement de liens causaux entre l'activité de neurones au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui englobe...) du cerveau et les comportements animaux est un but majeur des neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant...). En permettant de « photoactiver » les neurones, c'est à dire de manipuler leur activité en les éclairant avec un faisceau lumineux, l'optogénétique ouvre une voie prometteuse vers cet objectif. Cependant, jusqu'à présent, les expériences de photoactivation dans le système nerveux de rongeurs libres de leurs mouvements ont consisté à illuminer uniformément une large région du cerveau au moyen d'une fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions terrestres et océaniques de...) unique, et n'ont donc pas permis de manipuler de manière indépendante l'activité de différents neurones.

Dans ce travail, un groupe interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de chercheurs comprenant des physiciens, Valentina Emiliani et Cathie Ventalon, un doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de thèse, dans un projet de recherche sur une durée...),Vivien Szabo, un neurobiologiste, Jonathan Bradley du Laboratoire de Physiologie Cérébrale UMR8118, et un ingénieur roboticien, Vincent de Sars, a conçu un fibroscope qui permet de cibler précisément un ou plusieurs neurones du cerveau d'une souris. Ce fibroscope est composé de deux parties: un microscope qui permet, en utilisant le principe de l'holographie (L'holographie du visible est un procédé de photographie en trois dimensions utilisant les propriétés de la lumière cohérente issue des lasers. Le mot...), de sculpter à une échelle micrométrique des motifs de lumière adaptés à la forme et à la position des cellules à activer ; et un guide d'image, ou faisceau de fibres optiques très compact, qui permet de transmettre ces motifs lumineux vers le cerveau de la souris. A l'une des extrémités du guide d'image est attaché un micro-objectif, lui-même fixé à la tête de la souris. Le fibroscope contient aussi un système d'imagerie sophistiqué qui permet de repérer la position des cellules et de mesurer leur activité. Grâce à ce nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la...), il a été possible de photoactiver sélectivement, et avec une résolution proche de la taille d'une cellule, des neurones au sein du cerveau d'une souris éveillée et libre de ses mouvements.

Étape importante de développement technologique, ce travail apporte un outil nouveau permet-tant d'étudier les implications causales de l'activité de réseaux locaux de neurones dans les comportements animaux.

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Source: CNRS-INSB