Les chercheurs ont «lu et écris» des signaux cérébrales à l'aide de flashs de lumière


Les chercheurs ont «lu et écris» des signaux cérébrales à l'aide de flashs de lumière

À l'aide de deux technologies de pointe, les chercheurs ont trouvé une nouvelle façon de comprendre comment fonctionne le cerveau. dans le Méthodes de la nature Journal, ils rapportent comment ils ont utilisé des éclairs de lumière, à la fois "lire" et "écrire" les signaux électriques envoyés par des neurones individuels.

L'équipe a activé six neurones en forme de visage souriant. La réponse codée par couleur - en vert - prouve la méthode utilisée pour activer le modèle des travaux des neurones.

Crédit d'image: Lloyd Russell, Hausser lab, UCL.

L'équipe de l'University College London (UCL) affirme que l'approche qu'ils ont développée «étend la trousse d'outils opto-génétique».

Les techniques de lecture et d'écriture leur permettent d'activer des cellules cérébrales sélectionnées dans différents modèles et de mesurer la façon dont le circuit répond - ce qui leur permet essentiellement d'«interroger» un circuit cérébral d'une manière particulière.

L'auteur principal Michael Hausser, professeur de neuroscience dans l'Institut Wolfson de recherche biomédicale de l'UCL, espère utiliser la technique pour poser des questions au cerveau et, d'après les réponses qu'il donne, mieux comprendre comment cela fonctionne:

"Combiner la lecture et l'écriture d'activité dans les mêmes neurones dans le cerveau intact pourrait révolutionner comment les neurologues peuvent interagir et comprendre l'activité du cerveau".

C'est comme avoir une conversation avec le cerveau. Le Professeur Hausser explique qu'avec le temps, les réponses que vous obtenez vous donnent une idée des questions clés à poser:

"Tout comme nous combinons des mots spécifiques en phrases qui suscitent une réponse de quelqu'un à qui nous parlons, nous avons utilisé la lumière pour activer des combinaisons spécifiques de cellules nerveuses dans le cerveau intact et enregistrer comment les autres cellules répondent".

Dans leur mémoire, le Professeur Hausser et ses collègues décrivent comment ils ont conçu des cellules nerveuses dans le cerveau de la souris afin qu'ils puissent lire et écrire des signaux cérébrales.

Pour lire les signaux cérébrales, ils génèrent des capteurs d'activité codés génétiquement dans les cellules nerveuses pour s'allumer lorsque les cellules sont actives. Et pour écrire des signaux cérébrales, ils ont conçu les mêmes cellules nerveuses pour exprimer des protéines sensibles à la lumière qui peuvent être activées avec des éclairs de lumière.

La combinaison des techniques permettait à l'équipe d'observer et de contrôler l'activité cérébrale chez les souris.

Ils ont activé des cellules cérébrales sélectionnées dans différents modèles et des réponses mesurées

Le document décrit également comment l'équipe a trouvé un moyen d'activer plusieurs cellules du cerveau en même temps. En utilisant une technique holographique, ils ont divisé un faisceau de lumière en faisceaux plus petits qu'ils ont dirigé vers des cellules du cerveau sélectionnées individuellement.

Ils ont testé l'approche sur un groupe de cellules du cerveau du cerveau qui répondent au toucher. Lorsqu'ils ont activé les neurones choisis avec les faisceaux de faisceau, ils ont vu des éclats d'activité non seulement dans les neurones activés, mais aussi dans des centaines de leurs voisins.

Ils ont activé des cellules cérébrales sélectionnées dans différents modèles et ont mesuré comment le circuit a répondu - démontrant comment la technique offrait un moyen d'interroger le circuit cérébral choisi.

Ils ont répété les expériences dans le même groupe de neurones chez les mêmes souris pendant des jours et des semaines, leur permettant d'avoir une «conversation» prolongée avec le circuit du cerveau.

Le premier auteur, le docteur Adam Packer, de l'Institut Wolfson de recherche biomédicale de l'UCL, affirme que leur travail fournit aux neurocientens les moyens d'avoir «une conversation à long terme avec le cortex cérébral dans le cerveau d'une souris».

"Crucialement", ajoute-t-il, "car les méthodes d'enregistrement et d'activation s'appuient sur la lumière, cette technique est flexible et non invasive".

L'objectif est de briser le «code neuronal» de la perception sensorielle

L'équipe espère finalement craquer le «code neuronal» de la perception sensorielle - la langue que nos cellules du cerveau utilisent pour se dire sur l'information que nos sens recueillent de notre environnement. Ce serait un changement de jeu pour les neurosciences.

Les idées acquises pourraient également s'étendre au-delà de la compréhension du code neuronal - ils pourraient révéler comment l'activité cérébrale se détériore dans des troubles comme l'autisme et la démence.

Le Dr John Isaac, responsable de la Neuroscience et de la Santé mentale chez Wellcome Trust - un sponsor de l'étude - dit:

Cette nouvelle approche nous aide à comprendre comment un comportement complexe est produit par le système nerveux. Le travail est une étape vers la réalisation d'un des défis ultimes de la science moderne: comprendre comment le cerveau traite l'information pour produire des actions appropriées ".

Les fonds pour l'étude proviennent de la Commission européenne, de l'European Molecular Biology Organization, du European Research Council, du Medical Research Council, de Gatsby Charitable Foundation et de Wellcome Trust.

En juillet 2014, Medical-Diag.com Ont rapporté une étude où les neurologues inhibaient les contractions musculaires avec optogenèse. Une équipe du MIT a montré pour la première fois comment ils pouvaient contrôler les mouvements musculaires en allumant la lumière sur les cordes épinaux des animaux alors qu'ils étaient éveillés et vigilants.

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