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Le cerveau Technicolor
Des chercheurs de l'Université Harvard ont mis au point une nouvelle méthode pour éclairer le cerveau d'un arc-en-ciel de couleurs. La technologie permettra aux scientifiques de générer des cartes de l'une des dernières frontières du cerveau : l'enchevêtrement complexe de circuits neuronaux qui collectent, traitent et archivent les informations. De telles cartes pourraient à terme faire la lumière sur le développement précoce du cerveau humain et sur des maladies telles que l'autisme et la schizophrénie, qui ont été liées à des problèmes de connectivité.
Cerveaux arc-en-ciel : Les souris arc-en-ciel génétiquement modifiées expriment des combinaisons aléatoires de protéines fluorescentes cyan, jaune et rouge dans les cellules nerveuses. En conséquence, les neurones et leurs projections – de longues queues qui se connectent à d'autres cellules – sont étiquetés avec une multitude de teintes distinctes. Dans cette image d'une partie de l'hippocampe, une structure cérébrale impliquée dans la mémoire, les neurones (distinguables par leurs corps cellulaires ronds distincts) et les astrocytes (distinguables par leur forme d'étoile diffuse), une cellule de soutien dans le cerveau, sont étiquetés avec plusieurs couleurs.
Ce sera un outil incroyablement puissant, dit Elly Nedivi , un neuroscientifique du MIT qui n'est pas impliqué dans la recherche. Cela ouvrira d'énormes opportunités en termes de connectivité neuronale.
Pendant des années, les scientifiques ont utilisé des protéines fluorescentes dérivées de méduses pour marquer des cellules spécifiques chez des animaux génétiquement modifiés. Mais le nombre limité de couleurs disponibles n'était pas suffisant pour créer une image détaillée des millions de neurones du cerveau. Jean Livet, Jeff Lichtman , et leurs collaborateurs à Harvard souris génétiquement modifiées pour transporter de nombreuses copies de gènes qui codent pour des protéines fluorescentes de trois couleurs différentes - jaune, rouge et cyan - ainsi qu'une enzyme qui peut bloquer au hasard n'importe quel sous-ensemble de ces gènes de produire leur fluorescence étiqueter.
Lorsque les souris reçoivent un composé qui active l'enzyme, chaque cellule subit un processus moléculaire aléatoire dans lequel des sous-ensembles des gènes de codage couleur sont éliminés. Les gènes restants produisent les trois composés fluorescents colorés en différentes quantités, qui se combinent pour former une nouvelle teinte unique. Nous obtenons une large gamme de couleurs – environ 100, dit Lichtman. Les chercheurs appellent les animaux souris arc-en-ciel en raison des images colorées qu'ils capturent de leur cerveau. Un nouvel article décrivant le processus a été publié aujourd'hui dans la revue La nature .
Multimédia
Voir les images produites par des souris « cerveau » génétiquement modifiées.
La capacité de peindre des cellules cérébrales individuelles avec une palette aussi large permettra aux neuroscientifiques d'explorer les circuits neuronaux comme jamais auparavant. La plupart des travaux antérieurs se sont concentrés sur l'anatomie à plus grande échelle ou sur la fonction de cellules individuelles, manquant le câblage détaillé entre ces deux échelles. Il existe toute une classe de troubles du système nerveux que les gens soupçonnent d'être dus à des défauts dans les connexions entre les cellules nerveuses, mais nous n'avons pas de véritables outils pour retracer les connexions, explique Lichtman. Il serait très utile d'examiner le câblage dans des modèles animaux de troubles du spectre autistique ou de maladie psychiatrique.
Lorsque les cellules voisines sont étiquetées de la même couleur, comme dans les méthodes précédentes, il est difficile de discerner le chemin de chaque cellule dans le cerveau. Mais dans ce cas, les cellules voisines sont généralement de couleurs différentes, ce qui permet aux scientifiques de suivre leurs projections enchevêtrées lorsqu'elles se ramifient et se synapsent dans tout le cerveau. Dans une expérience de preuve de principe, les chercheurs ont tracé toutes les connexions dans une petite tranche de tissu cérébelleux, la partie du cerveau qui contrôle l'équilibre et le mouvement. Cela permettra aux scientifiques de comprendre non seulement ce que font les neurones, mais ce qu'ils font dans le contexte du circuit intact, explique Nedivi. Je suis sûr que le jour où le journal sortira, tout le monde et leur mère les appelleront et leur demanderont ces souris.
Lichtman et ses collaborateurs prévoient d'utiliser la technique pour étudier le développement du cerveau. Au cours du développement, le câblage change de manière spectaculaire, explique Lichtman. Les jeunes mammifères ont en fait trop de connexions et doivent éliminer l'excès, mais on ne sait pas comment cela se produit. Le choix des connexions maintenues et perdues a probablement beaucoup à voir avec la façon dont les humains sont façonnés par leur expérience, dit-il. Comprendre les règles de ce découpage nécessite de voir [quelles connexions] pourraient rester, par rapport à lesquelles pourraient partir.