samedi , 18 novembre 2017

Neuropixels, une nouvelle sonde qui analyse des centaines de neurones en même temps

Les chercheurs rapportent le développement des sondes Neuropixels qui permettent d’enregistrer l’activité des centaines de neurones en même temps à différents endroits du cerveau. Selon les chercheurs, cela peut bouleverser notre compréhension du cerveau par rapport aux méthodes actuelles.


Neuropixels, une nouvelle sonde qui analyse des centaines de neurones en même temps
La sonde Neuropixels - Crédit : Timothy Harris Lab, Janelia Research Campus
Les chercheurs rapportent le développement des sondes Neuropixels qui permettent d’enregistrer l’activité des centaines de neurones en même temps à différents endroits du cerveau. Selon les chercheurs, cela peut bouleverser notre compréhension du cerveau par rapport aux méthodes actuelles.

Les scientifiques ont mis au point un nouveau type de sonde qui pourrait révolutionner notre compréhension du cerveau en permettant aux chercheurs de cartographier l’activité des réseaux neuronaux complexes qui contrôlent le comportement et la prise de décision. Les sondes Neuropixels sont décrites dans un papier publié dans Nature.1

Les sondes Neuropixels

Les Neuropixels sont de minuscules sondes de silicium plus minces qu’un cheveu humain et elles peuvent simultanément enregistrer l’activité de centaines de neurones à travers différentes régions du cerveau chez les souris et les rats. Les technologies existantes ne peuvent fournir que des données détaillées sur de très petites zones du cerveau en limitant notre compréhension dont les réponses dans différentes parties du cerveau se coordonnent pour effectuer des comportements complexes. Les nouvelles sondes permettront aux scientifiques de comprendre le cerveau à un niveau de détail et à une échelle qui semblait auparavant impossible.

La sonde Neuropixels - Crédit : Timothy Harris Lab, Janelia Research Campus

La sonde Neuropixels – Crédit : Timothy Harris Lab, Janelia Research Campus

Cette nouvelle approche permettra aux chercheurs de comprendre comment des troubles comme la dépression ou la maladie d’Alzheimer peuvent altérer les circuits neuronaux dans notre cerveau et pourraient mener à de nouvelles façons de traiter ces maladies. En 2018, le Neuropixels sera disponible à prix coûtant pour les neuroscientifiques à travers le monde. Actuellement, environ 400 prototypes sont testés dans les principaux centres de recherche du monde entier. Les neuroscientifiques les utilisent déjà dans leur travail pour découvrir comment les réseaux complexes de cellules du cerveau soutiennent notre capacité à apprendre et à prendre des décisions.

La difficulté d’observer le cerveau humain

Le cerveau humain est l’un des objets les plus complexes avec plus de 70 milliards de neurones qui contrôlent notre façon de penser et de se comporter. Pour comprendre cette complexité, les scientifiques doivent mesurer des milliers de neurones individuels dans tout le cerveau en même temps. Les dispositifs d’enregistrement actuels dépendent d’électrodes à fil qui limitent la quantité qu’on peut placer simultanément dans le cerveau. Ils n’ont pas plus de quelques dizaines de capteurs. Les nouvelles sondes de silicium possèdent 960 zones d’enregistrement réparti sur de grandes parties du cerveau permettant aux chercheurs d’enregistrer plus de neurones simultanément dans une seule expérience.

Les minuscules électrodes super-sensibles sur les sondes Neuropixels peuvent enregistrer l’activité de centaines de neurones individuels à partir de multiples régions du cerveau en temps réel. Cela donnera aux scientifiques une image beaucoup plus claire de la façon dont différentes parties du cerveau travaillent ensemble pour traiter l’information. Cela pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre comment les décisions sont prises et comment les émotions sont réglementées.

Les sondes Neuropixels seront disponibles en 2018

Les neuroscientifiques utilisent le cerveau de la souris et du rat comme modèles pour le cerveau humain, car une grande partie de la structure et de la connectivité qui existe dans le cerveau humain existe également chez les rongeurs à une plus petite échelle. Les sondes ont été développées par une équipe internationale financée par l’Institut médical Howard Hughes (HHMI), l’Institut Allen pour la science du cerveau, la Fondation caritative Gatsby et Wellcome. Les scientifiques du campus de recherche Janelia de HHMI, de l’Allen Institute et de l’University College London (UCL) ont collaboré avec des ingénieurs de la société de nanotechnologie Imec pour construire et tester les sondes.

Un zoom sur les plaquettes de silicium qui contiennent plusieurs sondes Neuropixels - Crédit : Timothy Harris Lab, Janelia Research Campus

Un zoom sur les plaquettes de silicium qui contiennent plusieurs sondes Neuropixels – Crédit : Timothy Harris Lab, Janelia Research Campus

Les sondes Neuropixels ont une longueur de 10 mm (environ la même taille qu’un cerveau de souris ou de rat) avec une largeur de 70 x 20 micromètres avec 100 sites d’enregistrement par millimètres. La sonde transforme automatiquement les signaux électriques détectés en données numériques en vue d’une analyse computationnelle. Les chercheurs de l’UCL ont développé de nouvelles méthodes d’analyse de données pour transformer ces données en informations significatives sur l’activité des cellules cérébrales individuelles.

Timothy Harris, chercheur senior au Campus de recherche Janelia de HHMI et leader de la collaboration Neuropixels, a déclaré : Chaque action et décision que vous prenez implique l’interaction de millions de neurones répartis dans votre cerveau. Cette nouvelle technologie nous permet de détecter l’activité d’un grand nombre de neurones à partir de plusieurs régions cérébrales.

Matteo Carandini, analyse de Wellcome et neuroscientifique à l’UCL, a déclaré : Pour comprendre le cerveau, nous devons comprendre comment un grand nombre de neurones répartis dans tout le cerveau fonctionnent ensemble. Jusqu’à présent, il était possible de mesurer l’activité de neurones individuels à un endroit spécifique dans le cerveau ou pour révéler des schémas plus grands, mais on ne pouvait pas faire les deux en même temps. Si vous les placez de façon appropriée, alors vous pouvez vraiment étudier comment différentes parties du cerveau travaillent ensemble au niveau neuronal.

Andrew Welchman, responsable des neurosciences et de la santé mentale chez Wellcome, a déclaré : L’histoire de l’informatique montre comment les petits circuits en silicium peuvent révolutionner la façon dont nous abordons les problèmes difficiles. Ces sondes nous font passer de l’ère des petits téléviseurs en noir et blanc aux grands écrans plats à haute résolution. Les sondes Neuropixel vont changer ce que nous savons et même ce que nous pensons du cerveau en découvrant les mystères du cerveau.

Dans le papier Nature, les chercheurs décrivent le fonctionnement des neuropixels. Ils expliquent comment ils ont utilisé 2 sondes Neuropixels pour enregistrer simultanément plus de 700 neurones bien isolés à partir de cinq structures cérébrales chez une souris. Les chercheurs ont également montré que les sondes peuvent être utilisées dans des expériences de longue durée avec des animaux en liberté de mouvement dans des expériences avec des souris pouvant durer jusqu’à 150 jours. Les expériences à long terme permettent aux chercheurs d’étudier les changements dans le cerveau résultant du développement, de l’expérience et de l’apprentissage ainsi que les effets des processus neurodégénératifs dans la maladie.

Sources

1.
Nature. Nature. 101038/nature24636″ target=”_blank”>http://nature.com/articles/doi: 10.1038/nature24636
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A propos de Jacqueline Charpentier

mm

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d’emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l’actualité scientifique et celle de la santé.

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