Un microscope d'un gramme permet aux scientifiques d'observer 8 500 neurones à la fois
Comprendre comment le cerveau transforme des milliards de neurones qui s’activent ensemble en une seule décision, un souvenir ou un mouvement soudain est l’un des problèmes les plus difficiles de la science. Une grande partie de la difficulté consiste simplement à le voir se produire : la plupart des outils d’imagerie sont volumineux, reliés par des câbles ou ne peuvent observer qu’une petite zone de tissu cérébral à la fois. Une équipe de chercheurs chinois affirme avoir désormais construit le microscope sans fil le plus léger de son genre, un dispositif pesant à peine un gramme qui peut enregistrer l’activité de milliers de neurones chez un animal en mouvement libre.
L’instrument est un mésoscope, une catégorie de microscope conçue pour imager des zones de tissu relativement grandes plutôt qu’une seule cellule. Selon CCTV, le dispositif de l’équipe fonctionne sur un champ de vision de six millimètres de large et peut résoudre des cellules individuelles. Lors de tests sur des souris, il a capturé l’activité de plus de 8 500 neurones dans le cortex cérébral à la fois — environ 25 fois le nombre que les équipements existants comparables peuvent enregistrer simultanément. Les résultats ont été publiés en ligne le 19 octobre dans Nature, l’une des principales revues scientifiques mondiales.
La percée est autant une prouesse d’ingénierie que biologique. Un microscope de paillasse conventionnel ne peut pas être porté sur la tête d’une souris, et un câble relié à un support fixe attacherait l’animal et déformerait précisément le comportement que les scientifiques veulent observer. Compacter l’optique, les capteurs, l’alimentation et la transmission sans fil dans un objet qu’un animal peut porter sans contrainte évidente a nécessité de nouvelles approches de miniaturisation et de traitement des données. À un gramme, le dispositif est suffisamment léger pour que les chercheurs estiment qu’il n’interférera pas de manière significative avec les mouvements naturels.
Cela importe car c’est dans le comportement que l’activité cérébrale prend son sens. Observer les neurones s’activer pendant qu’un animal explore, socialise, apprend une tâche ou réagit à une menace est essentiel pour comprendre comment les circuits neuronaux régulent les comportements complexes. Jusqu’à présent, les laboratoires devaient souvent choisir entre un enregistrement à haute résolution chez un animal à tête fixe et une observation plus large chez un animal libre de ses mouvements. Un dispositif sans fil qui capture des milliers de cellules à la fois promet de réduire considérablement ce compromis.
La publication dans Nature donne à ces travaux une visibilité internationale et indique que les résultats ont survécu à une évaluation rigoureuse par les pairs. Elle place également les groupes de recherche chinois fermement parmi les leaders du matériel de neurotechnologie, un domaine où la fabrication d’outils a historiquement été dominée par des laboratoires aux États-Unis et en Europe. L’équipe n’a pas détaillé de lancement commercial, mais des dispositifs comme celui-ci ont tendance à se diffuser rapidement dans la communauté des neurosciences, car une meilleure fenêtre sur le cerveau est utile à presque tous les laboratoires qui l’étudient.
Pour le grand public, le bénéfice pratique sera probablement indirect mais réel. Cartographier la manière dont de grandes populations de neurones se coordonnent est fondamental pour les travaux sur l’apprentissage, la mémoire, le sommeil et les maladies neurologiques. De meilleurs outils ne produisent pas automatiquement des traitements, mais ils changent les questions auxquelles on peut répondre. Un microscope capable de suivre des milliers de neurones à travers le comportement quotidien transforme certaines expériences auparavant hypothétiques en expériences de routine.
Il convient de noter certaines limites. Les travaux ont été réalisés sur des souris, et le transfert des résultats entre espèces n’est jamais automatique. Le dispositif enregistre également depuis le cortex, une région superficielle, plutôt que depuis les structures cérébrales profondes. Néanmoins, le chiffre phare — un seul gramme, une vue de six millimètres, plus de 8 500 neurones à la fois — est le genre de jalon qui redéfinit les attentes quant à ce que peut être un capteur cérébral portable.
Pour un domaine longtemps contraint par ses instruments, c’est significatif. La prochaine étape sera de voir dans quelle mesure d’autres laboratoires adoptent le dispositif et quelles découvertes suivent une fois que l’observation de milliers de neurones à la fois deviendra ordinaire.