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Science. Cartographier les micro-circuits dans le cerveau

Dans le cerveau des mammifères, il est difficile avec les techniques actuelles d'identifier des neurones isolés. Ce l'est aussi concernant ce que l'on nomme les micro-circuits.

Au sein du cerveau vivant, les groupes de neurones qui se connectent pour former des micro-circuits sont indispensables pour permettre au cerveau de traiter, notamment, les informations sensorielles. Connaître la façon dont se forment et fonctionnent ces micro-circuits est un premier pas essentiel à la compréhension du fonctionnement global du cerveau.

Mais observer le cerveau vivant avec les techniques de la neuro-imagerie ne suffit pas. Il faut introduire des électrodes captant les échanges électriques entre neurones dans les couches plus profondes de la matière cérébrale, en traversant la boite crânienne. Chez l'homme ceci est inenvisageable, pour des raisons éthiques. Cela ne peut se faire éventuellement qu'à l'occasion d'une opération à cerveau ouvert, comme l'excision d'une tumeur. Chez l'animal, l'opération n'est pas non plus facile. Les électrodes risquent de détruire les neurones cérébraux que l'on veut observer.

Aujourd'hui cependant les progrès de la connectique permettent de réaliser des micro-électrodes moins invasives. Des neuro-scientifiques du Francis Crick Institute viennent d'annoncer, dans l'article référencé ci-dessous, qu'ils ont développé une technique qu'ils ont ont nommé "nanoengineered electroporation microelectrodes” (NEMs).

A cette fin, ils ont créé une série de micro-trous à l'extrémité d'une nanoélectrode. Ils ont utilisé pour cela les techniques en plein développement aujourd'hui de ce que l'on nomme la nano-ingénierie.

Avec cette microsonde, introduite dans le cerveau d'une souris, ils ont pu distribuer le courant électrique dans un rayon correspondant à un micro-circuit neural. La sonde a été placée dans une tranche horizontale du bulbe olfactif du cerveau, avec un dommage minimum pour la zône. Ils ont pu ainsi identifier l'ensemble des neurones du micro-circuit examiné, ce qui n'avait jamais pu être fait auparavant. Le travail a été fait en utilisant un microscope.

Faut-il souligner l'exploit technologique que ceci représente. Le cerveau entier d'une souris ne dépasse pas 1 ou 2 cm de long. La zone observée est de quelques centaines de microns.

Pour les chercheurs, comme le cerveau est constitué d'unités semblables, que l'on pourrait comparer à des octets dans un ordinateur, comprendre le fonctionnement d'une de ces unités pourrait aider à comprendre le fonctionnement du cerveau entier, notamment dans la compréhension des entrées sensorielles et du contrôle du comportement.
 

Abstract of Architecture of a mammalian glomerular domain revealed by novel volume electroporation using nanoengineered microelectrodes

Dense microcircuit reconstruction techniques have begun to provide ultrafine insight into the architecture of small-scale networks. However, identifying the totality of cells belonging to such neuronal modules, the “inputs” and “outputs,” remains a major challenge. Here, we present the development of nanoengineered electroporation microelectrodes (NEMs) for comprehensive manipulation of a substantial volume of neuronal tissue. Combining finite element modeling and focused ion beam milling, NEMs permit substantially higher stimulation intensities compared to conventional glass capillaries, allowing for larger volumes configurable to the geometry of the target circuit. We apply NEMs to achieve near-complete labeling of the neuronal network associated with a genetically identified olfactory glomerulus. This allows us to detect sparse higher-order features of the wiring architecture that are inaccessible to statistical labeling approaches. Thus, NEM labeling provides crucial complementary information to dense circuit reconstruction techniques. Relying solely on targeting an electrode to the region of interest and passive biophysical properties largely common across cell types, this can easily be employed anywhere in the CNS.

Référence:

D. Schwarz et al. Architecture of a mammalian glomerular domain revealed by novel volume electroporation using nanoengineered microelectrodes.

https://www.nature.com/articles/s41467-017-02560-7

 

16/01/2018

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