Une sonde à nanotubes donne une vue d'un seul neurone sur l'activité cérébrale

Une minuscule lance faite de nanotubes de carbone peut sonder l'activité électrique interne d'un seul neurone, donnant aux chercheurs un aperçu plus précis de la façon dont les cellules cérébrales répondent aux signaux de leurs cellules voisines. Sonder le cerveau à cette résolution pourrait être vital pour les efforts visant à comprendre et à cartographier sa fonction avec de nouveaux détails (voir Why Obama’s Brain-Mapping Project Matters ).

Accrocher: Une micrographie montre une nouvelle électrode cérébrale qui est suffisamment fine et longue pour enregistrer depuis l'intérieur d'un seul neurone.

Les harpons neuronaux ne mesurent que 5 à 10 micromètres de large et peuvent percer une cellule vivante pour mesurer les changements électriques associés à la signalisation neuronale. Dans des tranches disséquées de tissu cérébral de souris encore actif, des chercheurs de l'Université Duke ont pu enregistrer de l'intérieur d'un seul neurone à la fois.

À notre connaissance, notre article montre le premier enregistrement intracellulaire avec des nanotubes de carbone provenant de neurones de vertébrés, dit Bruce Donald , biochimiste et informaticien à l'Université Duke et auteur sur le étude, qui a été publiée dans PLoS UN mercredi.

Les nanotubes de carbone ont de nombreuses propriétés souhaitables pour les enregistrements cérébraux, dit Donald : ils sont solides, ils sont compatibles avec les tissus corporels et ils conduisent bien l'électricité. Mais les dispositifs précédents construits à partir de nanotubes de carbone étaient trop courts ou trop larges pour être bien adaptés à l'enregistrement à l'intérieur des cellules. Cependant, les sondes construites par les chercheurs de Duke mesuraient environ un millimètre de long et se prêtaient à une surveillance plus précise de l'activité électrique que les configurations d'électrodes en verre ou en métal typiques.

Extrémité pointue : Le neuro-harpon vient à un point très fin.

L'équipe a pu détecter de petits changements dans l'activité électrique de la cellule, des changements correspondant aux signaux d'entrée que le neurone recevait d'autres neurones. Un neurone cortical moyen peut recevoir des signaux d'environ 10 000 autres neurones, selon Richard Mooney , neuroscientifique à l'Université Duke et auteur de l'étude. Individuellement, ceux-ci génèrent de très petits signaux, dit-il. Ensemble, la collection de signaux est calculée par le neurone récepteur qui décide de se déclencher ou non.

Les enregistrements intracellulaires pourraient être utiles pour cartographier les connexions fonctionnelles entre les neurones, un objectif de l'initiative BRAIN récemment lancée (voir The Brain Activity Map ). En étant capable de regarder à l'intérieur de la cellule et de mesurer de petits changements de tension, vous avez accès au réseau qui communique avec cette cellule, explique Mooney.

Les chercheurs ont utilisé une technique intelligente pour construire leur appareil, dit Takashi Kozaï , un ingénieur neuronal qui n'a pas participé à l'étude. À partir de la pointe d'un fil de tungstène, ils ont construit une longue sonde en forme d'aiguille faite de nanotubes de carbone enchevêtrés. Ensuite, ils ont recouvert la sonde d'un matériau isolant et ont utilisé un faisceau d'ions focalisé pour bombarder la pointe, en retirant l'isolation de cette zone et en la rasant en une pointe fine.

Avec cette technique, vous pouvez fabriquer des [sondes] aussi longtemps que vous le souhaitez, explique Kozai, qui développe également des électrodes microscopiques pour enregistrer l'activité des neurones (voir A Carbon Microthread That Makes Contact with the Mind ). Le travail ouvre la voie à la fabrication de dispositifs encore plus étroits, peut-être de l'ordre de 100 nanomètres au lieu de microns, dit-il.

En plus des tranches de cerveau disséquées, l'équipe a testé leur électrode fine sur des souris anesthésiées, bien qu'elles n'aient pas pu obtenir d'enregistrements à l'intérieur des cellules cérébrales de ces animaux. Cependant, si les futures versions de la pointe du nanotube sont encore plus tranchantes, elles pourraient mieux percer les cellules dans les cerveaux mous et spongieux, explique Kozai. Si cela est possible, et si l'appareil est stable dans le temps dans les cerveaux vivants, cela pourrait aider les chercheurs à explorer comment le cerveau vivant apprend et se souvient.

S'ils peuvent enregistrer de manière stable à partir de la même cellule longitudinalement, dit Kozai, cela pourrait être appliqué pour cartographier comment les neurones changent pendant la formation de la mémoire et l'apprentissage.

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