Le scanner portable ouvre une nouvelle frontière en neurosciences

Un minuscule scanner portable a été utilisé pour la première fois pour suivre l'activité chimique dans le cerveau d'animaux non attachés. En révélant les circuits neurologiques pendant que les sujets effectuent des tâches normales, selon les chercheurs, la technologie pourrait considérablement élargir la compréhension de l'apprentissage, de la dépendance, de la dépression et d'autres conditions.

PET portable : Une tête de rat s'insère dans l'ouverture circulaire de cet appareil, qui est entouré de détecteurs et d'électronique miniaturisés.

L'appareil a été conçu pour être utilisé avec des rats, le principal modèle animal utilisé par les neuroscientifiques comportementaux. Mais les chercheurs qui ont développé l'appareil, au Brookhaven National Laboratory, disent qu'il serait simple de concevoir un appareil similaire pour les humains.

La tomographie par émission de positons, ou TEP, est déjà largement utilisée dans la recherche en neurosciences et dans le traitement clinique. Il permet aux chercheurs de suivre l'emplacement des neurotransmetteurs radiomarqués (les produits chimiques qui transportent les signaux entre les neurones) ou des médicaments dans le cerveau. Les images de la façon dont les neurotransmetteurs et les médicaments se déplacent dans le cerveau peuvent révéler les processus qui sous-tendent un comportement normal tels que l'apprentissage ainsi que des pathologies, notamment la toxicomanie. La TEP a été utilisée pour cartographier les sites de liaison aux drogues dans le cerveau des toxicomanes et des personnes en bonne santé, et pour étudier comment ces sites changent au fil du temps et avec la thérapie.

Un scanner TEP conventionnel est si grand que ces études doivent être effectuées avec le sujet allongé à l'intérieur d'un grand tube. Les grands tubes photomultiplicateurs amplifient les signaux des rayons gamma émis par les produits chimiques marqués dans le cerveau. Les signaux traversent ensuite un rack d'électronique de la taille d'un bureau qui les traite et les mappe à une région particulière du cerveau. Pour obtenir de bonnes lectures lors des études sur les animaux, les sujets sont généralement anesthésiés ou immobilisés. Ce qui est mesuré n'est pas un comportement de veille normal.

Nous avons très peu de données sur ce que font les cerveaux dans le monde réel, dit Paul Glimcher , professeur de neurosciences, d'économie et de psychologie à l'Université de New York. Glimcher n'a pas été impliqué dans le travail.

Le nouveau scanner portable est conçu pour fournir les mêmes informations sur la chimie du cerveau pendant qu'un animal se comporte naturellement. Il est suffisamment petit et léger pour qu'un rat puisse le transporter sur sa tête. [Le rat] peut se déplacer librement, interagir avec d'autres animaux, et en même temps, nous pouvons créer une carte en 3D, par exemple, des récepteurs de la dopamine dans tout le cerveau, explique David Schlyer , un scientifique principal à Brookhaven qui a dirigé les travaux.

Le groupe de Schlyer a travaillé pendant des années pour concevoir un scanner PET miniature qui pourrait être porté par un sujet en mouvement. Le dispositif se compose d'un anneau métallique suspendu à une structure de support qui aide à supporter son poids et permet au rat de se déplacer. La tête du rat va à l'intérieur de l'anneau, qui contient à la fois des détecteurs et de l'électronique.

Selon Schlyer, la clé de la miniaturisation de l'appareil consistait à intégrer toute l'électronique de chaque détecteur de l'anneau sur une seule puce spécialisée. Une photodiode à avalanche remplace également les grands tubes photomultiplicateurs du PET conventionnel, amplifiant les signaux émis par les produits chimiques marqués dans le cerveau. Les rats mettent environ une heure à s'acclimater, puis commencent à se comporter normalement, explique Schlyer. L'appareil Brookhaven est décrit cette semaine dans le journal Méthodes naturelles .

Le groupe de Brookhaven a utilisé le scanner pour cartographier pour la première fois les récepteurs de la dopamine dans l'ensemble du cerveau de rats en mouvement. D'autres groupes, dont celui de Glimcher, ont déjà utilisé des sondes invasives pour étudier les niveaux de dopamine dans des parties du cerveau de la taille d'un millimètre cube chez des animaux non contraints, mais n'ont pas été en mesure d'examiner l'ensemble du cerveau.

Glimcher décrit l'une des nombreuses expériences qui pourraient être réalisées avec l'appareil portable. Les chercheurs savent que les toxicomanes qui ont terminé avec succès une cure de désintoxication courent un grand risque de rechute s'ils visitent les endroits qu'ils associent à la drogue, probablement parce que leur cerveau a été recâblé chimiquement pour répondre à ces associations. Glimcher imagine des études sur des rats qui cartographient la chimie du cerveau lorsque les animaux sont autorisés à décider s'ils doivent ou non prendre un médicament, et lorsqu'ils se promènent dans un endroit qu'ils ont appris à associer au médicament.

Nous ne comprenons pas vraiment bien comment les circuits dans [les différentes parties du cerveau] interagissent dans la dépendance, dit Glimcher. Pour arriver même à un endroit où je peux vous donner une hypothèse clinique, nous devons obtenir des informations plus basiques. C'est la percée qui pourrait rendre cela possible.

La TEP n'est pas aussi largement utilisée dans les études impliquant des personnes que d'autres méthodes de neuroimagerie en raison de l'exposition faible mais significative aux rayonnements qui est nécessaire. Pourtant, les chercheurs de Brookhaven disent qu'il serait possible de fabriquer un scanner PET portable qui s'insère dans quelque chose qui ressemble à un casque de football. Joseph Huston, président du Center for Behavioral Neurosciences de l'Université de Düsseldorf, déclare que le groupe Brookhaven a rendu un service incroyable à la communauté des neurosciences en développant l'appareil. Le rat est le modèle le plus important pour le cerveau - tout ce que nous savons de base sur l'apprentissage, l'alimentation, la peur, le sexe, est basé sur le travail chez le rat.

Schlyer dit que son groupe a discuté avec quelques entreprises de la licence d'une version commerciale de l'appareil. Mais pour l'instant, ils prévoient principalement d'autres études comportementales dans leur laboratoire. La cartographie de la dopamine chez les animaux éveillés pourrait fournir des informations sur un large éventail de conditions normales et pathologiques telles que les problèmes de mouvement associés à la maladie de Parkinson. Mais la dopamine n'est que l'une des nombreuses substances chimiques du cerveau que le groupe peut cartographier. Schlyer dit qu'ils étudieront également le comportement sexuel des rats.

Le groupe travaille également sur un autre instrument qui combine la TEP et l'imagerie par résonance magnétique pour fournir des informations plus riches sur la structure et la fonction des tissus. Ils commenceront un essai clinique de ce dispositif chez des patientes atteintes d'un cancer du sein le mois prochain.

cacher