La capacité de stimuler les circuits neuronaux avec une lumière de très haute précision pour contrôler les cellules - l'optogénétique - est la clé des avancées passionnantes dans l'étude et la cartographie du cerveau vivant. Dans l'état actuel de la technique, la lumière à motif spatial projetée via une optique en espace libre stimule les petites, organismes transparents et excite les neurones dans les couches superficielles du cortex.

Cependant, la diffusion et l'absorption de la lumière dans le tissu neural rendent la pénétration de la lumière extrêmement courte, rendant impossible l'utilisation de méthodes optiques en espace libre pour sonder des régions cérébrales plus profondes qu'environ 2 mm.

Dans "Photostimulation à motifs via des sondes photoniques à longueur d'onde visible pour l'optogénétique du cerveau profond, " publié aujourd'hui par SPIE, la société internationale d'optique et de photonique, dans la revue Neurophotonique , auteur principal Eran Segev du groupe du professeur Michael Roukes à Caltech, avec les coauteurs de Caltech, Collège de médecine Baylor, et l'Université de Stanford, décrire une solution. L'article est disponible en libre accès.

Leur approche combine la nanophotonique et les systèmes microélectromécaniques (MEMS) dans un système implantable, ultra-étroit, sonde photonique à base de silicium pour fournir de la lumière en profondeur dans les tissus cérébraux. Cette technique mini-invasive permet d'éviter un déplacement tissulaire important lors de l'implantation.

En utilisant les techniques de l'optogénétique, une protéine dans le cerveau sert de photorécepteur sensoriel et peut être contrôlée par des longueurs d'onde spécifiques de la lumière. Ces techniques combinées offrent une nouvelle approche de la stimulation des circuits cérébraux avec une résolution remarquable, permettant l'observation et le contrôle des neurones individuels.

Ces percées présentent des applications répandues et prometteuses pour les communautés de recherche en neurosciences et neuromédicales. De la caractérisation du rôle de neurones spécifiques et de l'identification des circuits neuronaux responsables du comportement à la mise en place de nouvelles méthodes de conditionnement opérant via des activations de circuits induites par la récompense, l'optogénétique est devenue une nouvelle voie pour les neuroscientifiques à la recherche de progrès dans les capacités de recherche.

L'article apparaît dans une section spéciale de Neurophotonique , Cartographie cérébrale et thérapeutique, avec Shouleh Nikzad, Laboratoire de propulsion à réaction, Caltech, en tant que rédacteur en chef invité. La section spéciale fait partie d'un partenariat SPIE avec la Society for Brain Mapping and Therapeutics (SBMT), servir d'approche multidisciplinaire pour utiliser la technologie de pointe pour résoudre les troubles et les maladies neurologiques et pour comprendre les neurosciences. L'effort a été lancé pendant le mandat de Nikzad en tant que président du SBMT en 2015.