Petit outil implantable pour l’imagerie par couche de lumière de l’activité cérébrale – Technoguide

Les outils qui permettent aux neuroscientifiques d’enregistrer et de quantifier l’activité fonctionnelle dans le cerveau vivant sont très demandés. Traditionnellement, les chercheurs ont utilisé des techniques telles que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, mais cette méthode ne peut pas enregistrer l’activité neuronale avec une résolution spatiale élevée ou chez des sujets en mouvement. Ces dernières années, une technologie appelée optogénétique a montré un succès considérable dans l’enregistrement de l’activité neuronale des animaux en temps réel avec une résolution neuronale unique. Les outils optogénétiques utilisent la lumière pour contrôler les neurones et enregistrer les signaux dans les tissus génétiquement modifiés pour exprimer des protéines sensibles à la lumière et fluorescentes. Cependant, les technologies existantes d’imagerie des signaux lumineux du cerveau présentent des inconvénients de taille, de vitesse d’imagerie ou de contraste qui limitent leurs applications en neurosciences expérimentales.

Une technologie appelée imagerie par fluorescence à couche lumineuse est prometteuse pour l’imagerie de l’activité cérébrale en 3D avec une vitesse et un contraste élevés (surmontant les multiples limitations d’autres technologies d’imagerie). Dans cette technique, une fine feuille de lumière laser (feuille de lumière) est dirigée à travers une région de tissu cérébral d’intérêt, et les reporters d’activité fluorescente dans les tissus cérébraux répondent en émettant des signaux de fluorescence que les microscopes peuvent détecter. La numérisation d’une couche de lumière dans le tissu permet une imagerie volumétrique à haute vitesse et à contraste élevé de l’activité cérébrale.

Actuellement, l’utilisation de l’imagerie cérébrale par fluorescence à couche lumineuse avec des organismes non transparents (comme une souris) est difficile en raison de la taille de l’appareil nécessaire. Pour rendre réalisables des expériences avec des animaux non transparents et, à l’avenir, des animaux se déplaçant librement, les chercheurs devront d’abord miniaturiser de nombreux composants.

Un élément clé de la miniaturisation est le générateur de nappe de lumière lui-même, qui doit être inséré dans le cerveau et doit donc être aussi petit que possible pour éviter de déplacer trop de tissu cérébral. Dans une nouvelle étude publiée dans Neurophotonics, une équipe internationale de chercheurs du California Institute of Technology (États-Unis), de l’Université de Toronto (Canada), du University Health Network (Canada), du Max Planck Institute of Microstructure Physics (Allemagne) et de Advanced Micro Foundry (Singapour) a développé un générateur de feuille de lumière miniature, ou une sonde neurale photonique, qui peut être implantée dans le cerveau d’un animal vivant.

Les chercheurs ont utilisé la technologie nanophotonique pour créer des sondes neuronales photoniques ultrafines à base de silicium qui émettent plusieurs fines couches de lumière adressables avec des épaisseurs <16 micromètres sur des distances de propagation de 300 micromètres dans l'espace libre. Lorsqu'elles ont été testées dans les tissus cérébraux de souris génétiquement modifiées pour exprimer des protéines fluorescentes dans leur cerveau, les sondes ont permis aux chercheurs d'imager des zones aussi grandes que 240 µm × 490 µm. De plus, le niveau de contraste de l'image était supérieur à celui d'une autre méthode d'imagerie appelée microscopie à épifluorescence.

Décrivant l’importance du travail de son équipe, l’auteur principal de l’étude, Wesley Sacher, déclare: «Cette nouvelle technologie de sonde neuronale photonique implantable pour générer des nappes lumineuses dans le cerveau contourne bon nombre des contraintes qui ont limité l’utilisation de l’imagerie par fluorescence en nappe neurosciences expérimentales. Nous prévoyons que cette technologie conduira à de nouvelles variantes de microscopie à feuille de lumière pour l’imagerie cérébrale profonde et les expériences de comportement avec des animaux en mouvement libre. “

De telles variantes seraient une aubaine pour les neuroscientifiques cherchant à comprendre le fonctionnement du cerveau.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par SPIE – International Society for Optics and Photonics. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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