Un spectacle lumineux hors du commun
Il s’avère extrêmement ardu de comprendre le flux d’informations à travers les circuits complexes des cellules cérébrales interconnectées. Les avancées technologiques ont permis de réaliser des progrès considérables au fil des ans. Grâce au soutien du programme de bourses de recherche individuelles des Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA-IF), le projet CORVISDEC a adopté une approche à haut débit afin de suivre des milliers de neurones dans de nombreuses régions cérébrales de souris en état d’alerte. Les analyses ont révélé des aspects perceptifs, cognitifs et moteurs essentiels mobilisés dans le comportement de prise de décision.
Deux photons valent mieux qu’un
Le calcium est un médiateur de signal important du cerveau, qui circule dans les neurones pendant l’activation neuronale. Il est possible de mieux visualiser le signal et de le capturer par le biais d’une imagerie bi-photonique en introduisant une protéine dans les neurones, qui devient fluorescente en présence de calcium. Lauren Wool, affiliée au Queen Square Institute of Neurology du University College de Londres et boursière MSCA, explique: «Contrairement à la microscopie conventionnelle qui emploie un photon à courte longueur d’onde pour exciter une molécule fluorescente, l’imagerie bi-photonique permet d’utiliser deux photons à longue longueur d’onde (dans le proche infrarouge ou spectre PIR). Les photons PIR ne se dispersent pas, ne photoblanchissent pas les protéines, ou n’endommagent pas autant les tissus, permettant de révéler l’activité cérébrale en haute résolution et en trois dimensions, et cela durablement et de manière stable.» Cette technique non invasive permet aux scientifiques de réaliser une imagerie de l’activité cérébrale d’une souris lorsque celle-ci réalise une tâche comportementale. Les données ont été analysées et visualisées grâce au logiciel SuiteP en libre accès, créé par Carsen Stringer et Marius Pachitariu, anciens étudiants du laboratoire.
Ensemble mais séparés, vraiment?
Le projet CORVISDEC s’est focalisé sur le cortex moteur lors d’une tâche comportementale. Les souris ont observé des repères visuels sur des écrans d’ordinateur, et devaient se souvenir des conséquences de leurs précédentes actions pour réaliser des mouvements décisifs associés à une récompense. Envisagés ensemble, les suivis d’activité neuronale de cette tâche à multiples facettes peuvent fournir de premiers éléments concernant la manière dont ces informations s’associent afin de servir à la prise de décision et au mouvement ultérieur de la souris. Ils peuvent également révéler si, ou comment l’activité corticale varie lorsque la souris réalise sa tâche avec succès, ou lorsqu’elle n’y parvient pas. Les recherches menées au fil des années ont suggéré que des régions distinctes comme les cortex visuel et moteur traitent leurs propres informations séparément, puis les transmettent à d’autres régions où les modalités se rassemblent pour générer des fonctions cérébrales d’ordre supérieur. Lauren Wool indique: «L’une des découvertes les plus stimulantes et inattendues de CORVISDEC a été d’identifier que des aires cérébrales que l’on pensait distinctes d’un point de vue de leur fonctionnalité, sont en réalité extrêmement hétérogènes et complexes. Le cortex moteur dispose d’une population importante de neurones qui répondent à des stimuli visuels, et nous observons de nombreuses réponses associées au mouvement au sein du cortex visuel. Notre compréhension de ces phénomènes en est encore à ses balbutiements, mais la très grande quantité de données recueillie à partir de plusieurs milliers de neurones simultanément actifs nous fournit une opportunité d’étude unique.»
L’interconnectivité va au-delà du cerveau
En s’associant à 21 autres laboratoires, Lauren Wool et son laboratoire ont fondé l’International Brain Laboratory, une initiative collaborative mondiale dans le domaine des neurosciences, dédiée à la compréhension des circuits cérébraux régissant des comportements complexes. Cette collaboration a notamment pour objectif la normalisation des méthodes neuroscientifiques ainsi que le partage des données collectées. «J’ai pu, dans le cadre du projet CORVISDEC, développer une politique et une gouvernance visant à soutenir cette collaboration. Mon article concernant notre structure organisationnelle en tant que feuille de route pour de futures collaborations dans le champ des neurosciences et au-delà sera publié dans l’édition de décembre 2020 du journal Current Opinion in Neurobiology.» À mesure que l’équipe poursuit la publication de ses résultats, les scientifiques partagent publiquement toutes les données, les analyses ainsi que les codes pour exploiter plus avant le potentiel de la collaboration mondiale visant à révéler les mystères du cerveau.
Mots‑clés
CORVISDEC, cerveau, neurones, cortex, comportement, calcium, imagerie bi-photonique, prise de décision, activité corticale, International Brain Laboratory
