Les chercheurs ont développé un microscope miniature monté sur la tête qui peut être utilisé pour imager l'activité de toute la partie externe du cerveau, ou corticale, chez les souris se comportant librement. Lorsqu'il est combiné avec des crânes transparents implantables, le nouveau microscope peut capturer l'activité cérébrale de souris pendant plus de 300 jours.
Les souris sont souvent utilisées pour étudier le cerveau parce qu'elles ont bon nombre des mêmes structures cérébrales et de la même connectivité que les humains. Le nouveau microscope, connu sous le nom de mini-mScope, offre un nouvel outil important pour étudier comment l'activité neuronale de plusieurs régions du cortex contribue au comportement, cognition et perception.
Mathew L. Rynes de l'Université du Minnesota, Villes jumelles, Les États-Unis présenteront la recherche lors du congrès OSA Biophotonics 2021 entièrement virtuel :l'optique dans les sciences de la vie qui se tiendra du 12 au 16 avril. Daniel Surinach a co-dirigé l'étude. La présentation est prévue jeudi, 15 avril à 10h00 PDT (UTC-07h00).
Bien que les scientifiques aient fait beaucoup de progrès pour comprendre comment l'activité neuronale dans des régions spécifiques du cortex cérébral contribue au comportement, il a été difficile d'étudier l'activité de plusieurs régions corticales à la fois. Pour les souris, même la simple tâche de déplacer une seule moustache en réponse à un stimulus implique le traitement d'informations dans plusieurs zones corticales.
"Le mini-mScope permet d'imager la majeure partie du cortex dorsal lors de comportements libres et effrénés, " a déclaré Rynes. " Cela pourrait permettre aux neuroscientifiques d'étudier le cerveau au cours de comportements complexes de manière holistique, ou pour comprendre comment les régions corticales interagissent au cours des comportements. Cela ouvre la voie à la recherche pour comprendre comment la connectivité change dans les états malades, traumatisme crânien ou toxicomanie."
Le nouveau mini-mScope est un microscope à fluorescence qui peut être utilisé pour l'imagerie du calcium, une technique couramment utilisée pour surveiller l'activité électrique du cerveau. L'appareil monté sur la tête capture des images à un niveau proche de la cellule, permettant d'étudier les connexions entre les régions à travers le cortex.
Les chercheurs ont créé le microscope miniaturisé utilisant des LED pour l'éclairage, lentilles miniatures pour la mise au point et une caméra sCMOS pour la capture d'images. Il comprend des aimants imbriqués qui lui permettent d'être facilement apposé sur une morphologie réaliste, Crânes en polymère transparent imprimés en 3D connus sous le nom de See-Shells que les chercheurs ont développés précédemment. Lorsqu'il est implanté dans des souris, les See-Shells créent une fenêtre à travers laquelle la microscopie à long terme peut être effectuée. Dans les expériences précédentes, les souris ont vécu avec des See-Shells implantés jusqu'à un an.
Ils ont démontré le mini-mScope en l'utilisant pour imager l'activité cérébrale de la souris en réponse à un stimulus visuel à l'œil droit, un stimulus vibrationnel au membre postérieur droit et un stimulus somatosensoriel présenté à la moustache droite. Ils ont également créé des cartes de connectivité fonctionnelle du cerveau lorsqu'une souris portant le microscope monté sur la tête interagissait avec une autre souris. Ils ont vu que la connectivité intracorticale augmentait lorsque la souris s'engageait dans des comportements sociaux.
"Notre équipe est en train de créer une suite d'outils qui nous permettra d'accéder et d'interfacer avec de grandes parties du cortex à haute résolution spatiale et temporelle, " a déclaré Rynes. " Cette étude montre que le mini-mScope peut être utilisé pour étudier la connectivité fonctionnelle chez des souris se comportant librement, ce qui en fait une contribution importante à cette boîte à outils."
Les chercheurs utilisent maintenant le mini-mScope pour étudier comment la connectivité corticale change dans une variété de paradigmes comportementaux, comme explorer un nouvel espace. Ils travaillent également avec des collaborateurs pour utiliser le mini-mScope afin d'étudier comment l'activité corticale est altérée lorsque les souris apprennent des tâches motrices difficiles.
