L'imagerie de trois jours capture la haute résolution, vue cinématique du cerveau de la mouche (Mise à jour)
Une forêt d'épines dendritiques dépasse des branches des neurones du cortex de la souris. Crédit :Gao et al ./ Science 2019
Un nouveau survol du cerveau de la mouche permet à quiconque de passer devant les neurones et de visiter l'une des 40 millions de synapses où les neurones touchent les neurones. Il s'agit d'une vue en super résolution des connexions réseau complexes dans le cerveau de l'insecte qui sous-tendent des comportements allant de l'alimentation à l'accouplement.
Ce qui est sans précédent, cependant, est que cette carte 3D sur tout le cerveau de la mouche, qui montre des détails aussi petits que 60 nanomètres de diamètre, a été capturé en moins de trois jours.
Alors que le niveau de détail n'est pas aussi bon que celui obtenu avec un microscope électronique, les efforts pour cartographier complètement les neurones et les synapses du cerveau des mouches avec l'EM ont pris 10 ans et les efforts de dizaines de personnes. La nouvelle carte a été obtenue mille fois plus rapidement en combinant deux techniques de pointe, microscopie à expansion et microscopie à nappe de lumière sur réseau.
Une carte à petite échelle du réseau neuronal complet du cerveau - le cerveau humain mais aussi celui de la souris et de la mouche - est un rêve des neuroscientifiques depuis des décennies. Avec ça, ils pourraient retracer les connexions entre les neurones pour comprendre comment le cerveau prend des décisions. Et en comptant les synapses, les neuroscientifiques pourraient juger de la force des connexions neuronales, comme les responsables de la mémoire.
La nouvelle technique d'imagerie du cerveau entier, plus rapide, aidera les scientifiques à découvrir les circuits neuronaux des mouches qui, en fin de compte, sous-tendent également le fonctionnement du cerveau humain. Et cela fonctionne aussi bien pour cartographier les circuits neuronaux dans de petits morceaux du cerveau de la souris, et potentiellement le cerveau humain.
"Vous pouvez passer des années et des années à obtenir une image EM d'un cerveau de mouche, " a déclaré le lauréat du prix Nobel Eric Betzig, qui a inventé le microscope à nappe de lumière en treillis alors qu'il était au Janelia Research Campus du Howard Hughes Medical Institute et est maintenant professeur de biologie moléculaire et cellulaire et de physique à l'Université de Californie, Berkeley. "Je peux nous voir arriver au point d'imager au moins 10 cerveaux de mouches par jour."
Les chercheurs du MIT ont développé une méthode pour effectuer à grande échelle, Imagerie 3D du tissu cérébral. Ici, ils imaginent l'ensemble du cerveau de la mouche des fruits. Crédit :Massachusetts Institute of Technology
Une telle vitesse et résolution permettront aux scientifiques de poser de nouvelles questions, il a dit, comme la différence entre les cerveaux des hommes et des femmes, ou comment les circuits cérébraux varient entre les mouches du même type.
« Nous avons franchi un seuil en termes de performances d'imagerie, " a déclaré Edward Boyden du Massachusetts Institute of Technology, qui a inventé la microscopie à expansion il y a cinq ans. "C'est pourquoi nous sommes si excités. Nous ne scannons pas seulement de plus en plus de tissus cérébraux, nous scannons des cerveaux entiers."
Betzig, Boyden et leurs équipes publieront leurs découvertes cette semaine dans la revue Science .
Un sous-ensemble de neurones pyramidaux (orange) dans le cortex somatosensoriel primaire de la souris. Les épines dendritiques associées à la protéine postsynaptique Homer1 sont surlignées en jaune. Crédit :Massachusetts Institute of Technology
Combinaison de la microscopie à expansion et à feuille de lumière
La nouvelle technique de balayage cérébral est apparue après que Boyden a demandé l'aide de Betzig pour combiner la microscopie à expansion avec la dernière technique d'imagerie à grande vitesse de Betzig, microscopie à feuille de lumière sur réseau. La microscopie à expansion (ExM) consiste à fixer le tissu puis à l'étendre comme un ballon tout en conservant les positions relatives des structures internes inchangées. Il utilise un gel de polyacrylamide comme celui des couches, qui gonfle lorsqu'on passe de l'eau salée à l'eau pure. La microscopie à feuille de lumière sur réseau (LLSM) utilise des faisceaux lumineux hautement focalisés pour assembler rapidement une image 3D d'un échantillon, une fine tranche à la fois.
"Quand ils sont venus me voir pour la première fois en 2016, J'étais encore sceptique; J'étais inquiet, premier, si vous pouviez étendre quelque chose comme ça et ne pas le faire déformer comme un fou, " dit Betzig. " Et puis j'ai eu peur que, tandis que les échantillons sont transparents, ils déformeraient toujours la lumière comme un sac de billes."
