Le cerveau humain compte des milliards de neurones. En travaillant ensemble, ils permettent des fonctions cérébrales d’ordre supérieur telles que la cognition et les comportements complexes.
Pour étudier ces fonctions cérébrales d’ordre supérieur, il est important de comprendre comment l’activité neuronale est coordonnée dans les différentes régions du cerveau.
Bien que des techniques telles que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) soient capables de donner un aperçu de l’activité cérébrale, elles ne peuvent fournir qu’une quantité limitée d’informations pour un temps et une zone donnés.
La microscopie à deux photons impliquant l’utilisation de fenêtres crâniennes est un outil puissant pour produire des images à haute résolution, mais les fenêtres crâniennes conventionnelles sont petites, ce qui rend difficile l’étude simultanée de régions cérébrales éloignées.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs dirigée par le Centre de recherche exploratoire sur la vie et les systèmes vivants (ExCELLS) et l’Institut national des sciences physiologiques (NIPS) a introduit une nouvelle méthode d’imagerie cérébrale in vivo, qui permet d’observer à grande échelle et à long terme les structures et les activités neuronales chez des souris éveillées.
Cette méthode, appelée « nanosheet incorporated into light-curable resin » (NIRE), utilise des nanosheets de fluoropolymère recouverts d’une résine photopolymérisable pour créer des fenêtres crâniennes plus grandes.
« La méthode NIRE est supérieure aux méthodes précédentes car elle permet d’obtenir des fenêtres crâniennes plus larges qu’auparavant, s’étendant du cortex pariétal au cervelet, grâce à l’utilisation d’une feuille nanométrique biocompatible et d’une résine transparente photopolymérisable qui passe de l’état liquide à l’état solide », explique l’auteur principal, Taiga Takahashi, de l’Université des sciences de Tokyo et d’ExCELLS.
Dans la méthode NIRE, une résine photopolymérisable est utilisée pour fixer le CYTOP recouvert d’oxyde d’éthylène (PEO-CYTOP), une feuille nanométrique bioinerte et transparente, sur la surface du cerveau.
Cela crée une « fenêtre » qui s’adapte étroitement à la surface du cerveau, même à la surface très incurvée du cervelet, et maintient sa transparence pendant longtemps avec peu de contraintes mécaniques, ce qui permet aux chercheurs d’observer plusieurs régions cérébrales de souris vivantes.
« En outre, nous avons montré que la combinaison des nanofeuillets PEO-CYTOP et de la résine photopolymérisable permettait de créer des fenêtres crâniennes plus solides et plus transparentes pendant des périodes plus longues que celles obtenues avec notre méthode précédente.
Par conséquent, il y a eu peu d’artefacts de mouvement, c’est-à-dire de distorsions dans les images causées par les mouvements des souris éveillées », explique M. Takahashi.
Les fenêtres crâniennes ont permis une imagerie à haute résolution avec une résolution inférieure au micromètre, ce qui les rend adaptées à l’observation de la morphologie et de l’activité des structures neuronales fines.
« Il est important de noter que la méthode NIRE permet de réaliser des images sur une période plus longue, de plus de six mois, avec un impact minimal sur la transparence. Cela devrait permettre de mener des recherches à plus long terme sur la neuroplasticité à différents niveaux – du réseau au niveau cellulaire – ainsi que pendant la maturation, l’apprentissage et la neurodégénérescence », explique l’auteur correspondant, Tomomi Nemoto, d’ExCELLS et du NIPS.
Cette étude constitue une avancée significative dans le domaine de la neuroimagerie, car cette nouvelle méthode offre aux chercheurs un outil puissant pour étudier des processus neuronaux qu’il était auparavant difficile ou impossible d’observer.
Plus précisément, la capacité de la méthode NIRE à créer de grandes fenêtres crâniennes avec une transparence prolongée et moins d’artefacts de mouvement devrait permettre l’imagerie cérébrale in vivo à grande échelle, à long terme et à plusieurs échelles.
« Cette méthode est prometteuse pour percer les mystères des processus neuronaux associés à la croissance et au développement, à l’apprentissage et aux troubles neurologiques. »
« Les applications potentielles comprennent des études sur le codage des populations neuronales, le remodelage des circuits neuronaux et les fonctions cérébrales d’ordre supérieur qui dépendent d’une activité coordonnée entre des régions largement distribuées », explique M. Nemoto.
En résumé, la méthode NIRE fournit une plateforme pour étudier les changements neuroplastiques à différents niveaux sur des périodes prolongées chez des animaux éveillés et engagés dans divers comportements, ce qui offre de nouvelles opportunités pour améliorer notre compréhension de la complexité et de la fonction du cerveau.
Source: https://neurosciencenews.com/neurodynamics-neuroimaging-25699
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