Le cerveau humain possède des milliards de neurones. En travaillant ensemble, ils activent des fonctions cérébrales d’ordre supérieur telles que la cognition et les comportements complexes. Pour étudier ces fonctions cérébrales d'ordre supérieur, il est important de comprendre comment l'activité neuronale est coordonnée dans diverses régions du cerveau.
Bien que des techniques telles que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) soient capables de fournir des informations sur l’activité cérébrale, elles ne peuvent montrer qu’un nombre limité d’informations pour une période et une zone données. La microscopie à deux photons impliquant l'utilisation de fenêtres crâniennes est un outil puissant pour produire des images haute résolution, mais les fenêtres crâniennes conventionnelles sont petites, ce qui rend difficile l'étude simultanée de régions cérébrales distantes.
Aujourd'hui, une équipe de chercheurs dirigée par le Centre de recherche exploratoire sur la vie et les systèmes vivants (ExCELLS) et l'Institut national des sciences physiologiques (NIPS) a introduit une nouvelle méthode d'imagerie cérébrale in vivo, permettant une observation à grande échelle et à long terme. des structures et activités neuronales chez la souris éveillée.
Cette méthode est appelée méthode « nanofeuille incorporée dans une résine photopolymérisable » (NIRE) et utilise des nanofeuilles de fluoropolymère recouvertes de résine photopolymérisable pour créer de plus grandes fenêtres crâniennes.
"La méthode NIRE est supérieure aux méthodes précédentes car elle produit des fenêtres crâniennes plus grandes que ce qui était auparavant possible, s'étendant du cortex pariétal au cervelet, en utilisant la nanofeuille biocompatible et la résine transparente photopolymérisable qui change de forme liquide à solide", explique auteur principal Taiga Takahashi de l'Université des sciences de Tokyo et ExCELLS.
Dans la méthode NIRE, une résine photopolymérisable est utilisée pour fixer le CYTOP recouvert d'oxyde de polyéthylène (PEO-CYTOP), une nanofeuille bioinerte et transparente, sur la surface du cerveau. Cela crée une « fenêtre » qui s'adapte étroitement à la surface du cerveau, même à la surface très incurvée du cervelet, et conserve sa transparence pendant longtemps avec peu de contrainte mécanique, permettant aux chercheurs d'observer plusieurs régions cérébrales de souris vivantes.
"De plus, nous avons montré que la combinaison de nanofeuilles PEO-CYTOP et de résine photopolymérisable permettait la création de fenêtres crâniennes plus solides avec une plus grande transparence pendant des périodes plus longues par rapport à notre méthode précédente. En conséquence, il y avait peu d'artefacts de mouvement, qui c'est-à-dire des distorsions dans les images causées par les mouvements de souris éveillées", explique Takahashi.
Les fenêtres crâniennes ont permis une imagerie haute résolution avec une résolution inférieure au micromètre, ce qui les rend adaptées à l'observation de la morphologie et de l'activité des structures neuronales fines.
"Il est important de noter que la méthode NIRE permet de réaliser l'imagerie sur une période plus longue, de plus de 6 mois, avec un impact minimal sur la transparence. Cela devrait permettre de mener des recherches à plus long terme sur la neuroplasticité à différents niveaux, du niveau du réseau au niveau cellulaire. niveau, ainsi que pendant la maturation, l'apprentissage et la neurodégénérescence", explique l'auteur correspondant Tomomi Nemoto chez ExCELLS et NIPS.
Cette étude constitue une réalisation importante dans le domaine de la neuroimagerie, car cette nouvelle méthode fournit aux chercheurs un outil puissant pour étudier les processus neuronaux qui étaient auparavant difficiles, voire impossibles, à observer. Plus précisément, la capacité de la méthode NIRE à créer de grandes fenêtres crâniennes avec une transparence prolongée et moins d'artefacts de mouvement devrait permettre une imagerie cérébrale in vivo à grande échelle, à long terme et à plusieurs échelles.
"La méthode est prometteuse pour percer les mystères des processus neuronaux associés à la croissance et au développement, à l'apprentissage et aux troubles neurologiques. Les applications potentielles comprennent des recherches sur le codage de la population neuronale, le remodelage des circuits neuronaux et les fonctions cérébrales d'ordre supérieur qui dépendent d'une activité coordonnée à grande échelle. régions distribuées", explique Nemoto.
En résumé, la méthode NIRE fournit une plateforme pour étudier les changements neuroplastiques à différents niveaux sur des périodes prolongées chez des animaux éveillés et engagés dans divers comportements, ce qui présente de nouvelles opportunités pour améliorer notre compréhension de la complexité et du fonctionnement du cerveau.
Plus d'informations : Taiga Takahashi et al, Fenêtre crânienne à grande échelle pour l'imagerie cérébrale in vivo de souris utilisant une nanofeuille de fluoropolymère et une résine photopolymérisable, Biologie des communications (2024).
Informations sur le journal : Biologie des communications
Fourni par les Instituts nationaux des sciences naturelles
