![\"\"](\"https:\/\/www.blog-lecerveau.org\/wp-content\/uploads\/calcium-imaging.gif\" "\\"calcium")
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Si je vous dis comme \u00e7a qu\u2019on vient de r\u00e9ussir \u00e0 enregistrer simultan\u00e9ment l\u2019activit\u00e9 de 12 000 neurones dans le cortex de souris libres de leurs mouvements avec une r\u00e9solution \u00e0 l\u2019\u00e9chelle cellulaire et jusqu\u2019\u00e0 17 Hertz de fr\u00e9quence, vous me r\u00e9pondez quoi ? Quelque chose comme \u00abEt alors ?\u00bb, \u00ab Je m\u2019en fous \u00bb ou \u00ab Peux-tu me parler pour que je te comprenne ? \u00bb. C\u2019est le d\u00e9fi de cette derni\u00e8re r\u00e9ponse que je vais tenter de relever dans le reste de ce billet. Parce que si je r\u00e9ussis, votre r\u00e9ponse deviendra sans doute semblable \u00e0 la mienne, \u00e0 savoir un \u00e9carquillement des yeux accompagn\u00e9 de quelques \u00ab incroyable !, fabuleux !, malaaade ! \u00bb bien appuy\u00e9s. Mais pour \u00e7a, il faut d\u2019abord faire quelques pas en arri\u00e8re\u2026<\/p>\n
Le cerveau humain, qu\u2019on aimerait bien comprendre un peu mieux, est tr\u00e8s tr\u00e8s tr\u00e8s complexe. Il poss\u00e8de environ 86 milliards de neurones, autant de cellules gliales<\/span><\/a><\/span>, et l\u2019enchev\u00eatrement des dendrites et axones de ces neurones est tel que l\u2019on pourrait, si on les sortait d\u2019un seul cerveau et on les mettait bout \u00e0 bout, faire environ quatre fois le tour de la Terre ! C\u2019est pour \u00e7a qu\u2019on se rabat souvent sur le cerveau de rat ou de souris, gros comme le bout de notre petit doigt, pour essayer de comprendre la dynamique complexe des influx nerveux qui voyagent dans cette for\u00eat de neurones<\/span><\/a><\/span>. Parce que c\u2019est \u00e7a aussi le probl\u00e8me : il ne s\u2019agit pas seulement de comprendre l\u2019inextricable connectivit\u00e9 des neurones, il faut surtout comprendre comment l\u2019influx nerveux y circule, quels neurones sont activ\u00e9s \u00e0 un temps donn\u00e9s, lesquels sont silencieux ou activ\u00e9s en m\u00eame temps \u00e0 ce moment-l\u00e0, etc.<\/p>\n Au milieu du XXe si\u00e8cle, on a d\u00e9couvert qu\u2019avec de toutes petites \u00e9lectrodes en verre ou en m\u00e9tal<\/span><\/a><\/span>, on pouvait enregistrer l\u2019activit\u00e9 \u00e9lectrique des neurones<\/span><\/a><\/span> soit en enfon\u00e7ant l\u2019\u00e9lectrode dans un neurone, soit en restant \u00e0 l\u2019ext\u00e9rieur pr\u00e8s d\u2019un petit groupe de neurones. Ces enregistrements intra ou extracellulaires am\u00e8nent, vous vous en doutez bien, leur lot de probl\u00e8mes et de contraintes techniques. Il y a tout ce qu\u2019on risque d\u2019abimer avec notre \u00e9lectrode, y compris la cellule qu\u2019on veut enregistrer. Il y a aussi le petit nombre de cellules qu\u2019on peut enregistrer en m\u00eame temps, le manque de pr\u00e9cision sur la provenance des signaux quand on enregistre en extracellulaire, etc.<\/p>\n Sur une note personnelle, je me souviens de ces longues heures pass\u00e9es durant deux ans \u00e0 approcher des neurones d\u2019Aplysie avec de telles \u00e9lectrodes. Et le plaisir \u00e9prouv\u00e9 quand je parvenais \u00e0 mettre en \u00e9vidence une connexion entre un neurone sensoriel et un neurone moteur de ce mollusque marin. Le petit hic, c\u2019est que m\u00eame un invert\u00e9br\u00e9 comme l\u2019Aplysie<\/span><\/a><\/span> avait tout de m\u00eame 20 000 neurones et que moi je ne pouvais en entendre que deux \u00e0 la fois \u00ab se parler \u00bb. Que disaient tous les autres pendant ce temps-l\u00e0 ? On me pouvait pas le savoir.<\/p>\n On \u00e9tait alors au d\u00e9but des ann\u00e9es 1990 et depuis une d\u00e9cennie et dans la d\u00e9cennie qui allait suivre se d\u00e9veloppait en parall\u00e8le une autre approche permettant celle-l\u00e0 de \u00ab visualiser \u00bb directement l\u2019activit\u00e9 des cellules nerveuses : l\u2019imagerie au calcium. Le calcium est un ion (Ca2+)<\/span><\/a><\/span> qui entre naturellement dans un neurone quand celui-ci est excit\u00e9 par d\u2019autres neurones, ce qui l\u2019am\u00e8ne \u00e0 produire des influx nerveux. En fait, c\u2019est \u00e9videmment plus compliqu\u00e9 que \u00e7a, le calcium pouvant aussi \u00eatre lib\u00e9r\u00e9 de l\u2019int\u00e9rieur m\u00eame de la cellule par toutes sortes de compartiments.<\/span><\/a><\/span> Mais en gros sa concentration interne peut \u00eatre multipli\u00e9e par 10 ou m\u00eame par 100 \u00e0 certains endroits dans le neurone quand celui-ci re\u00e7oit des excitations d\u2019autres neurones, ce qui permet alors aussi aux m\u00e9canismes de plasticit\u00e9 synaptique de se mettre en marche<\/span><\/a><\/span>. Or dans les ann\u00e9es 1980 et 1990, on a commenc\u00e9 \u00e0 d\u00e9velopper deux outils <\/span><\/a><\/span><\/strong>qui vont nous permettre de comprendre l\u2019exploit dont je veux vous parler aujourd\u2019hui.<\/p>\n D\u2019abord des mol\u00e9cules fluorescentes dont la fluorescence change selon la concentration de calcium du milieu dans lequel elles se trouvent<\/span><\/a><\/span><\/strong>. Je n\u2019entrerai pas dans la nature des diverses mol\u00e9cules qui peuvent avoir cette propri\u00e9t\u00e9s, sinon pour souligner qu\u2019un des probl\u00e8mes associ\u00e9s est de trouver comment les faire rentrer dans de grandes populations de cellules en m\u00eame temps. Car vous me voyez peut-\u00eatre venir : ce sera l\u2019une des forces de l\u2019imagerie au calcium<\/span><\/a><\/span><\/strong> que de permettre de visualiser l\u2019activit\u00e9 d\u2019innombrables neurones en m\u00eame temps (voir l’image en haut de ce billet qui n’est cependant pas tir\u00e9e de l’\u00e9tude pr\u00e9sent\u00e9e ici). Et comme vous vous en doutez bien aussi, on a effectivement r\u00e9ussi \u00e0 trouver comment les faire passer \u00e0 travers les membranes cellulaires ou m\u00eame comment les faire fabriquer par les cellules elles-m\u00eames suite \u00e0 des manipulations g\u00e9n\u00e9tiques.<\/p>\n L\u2019autre domaine qui a n\u00e9cessit\u00e9 des d\u00e9veloppements techniques importants fut celui des techniques de microscopie permettant de visualiser en temps r\u00e9el ces fluctuations d\u2019ions calcium qui correspondent \u00e0 de l\u2019activit\u00e9 nerveuse. Je vous passe tous les noms compliqu\u00e9s de ces techniques, de la microscopie confocale<\/span><\/a><\/span><\/strong> aux cam\u00e9ras vid\u00e9o CCD, pour vous parler de l\u2019une des plus puissantes : la microscopie \u00e0 deux photons<\/span><\/a><\/span><\/strong>. \u00c0 la diff\u00e9rence de la microscopie confocale ordinaire qui utilise un faisceau laser \u00e0 un photon pour exciter la mol\u00e9cule fluorescente au calcium, comme son nom l\u2019indique le microscope \u00e0 deux photons en envoie deux. Sauf que chacun a un niveau d\u2019\u00e9nergie inf\u00e9rieur \u00e0 ce qui est n\u00e9cessaire pour activer la mol\u00e9cule fluorescente. Mais leur interf\u00e9rence \u00e0 des endroits sp\u00e9cifiques am\u00e8ne la sommation de leur \u00e9nergie et permet alors d\u2019exciter suffisamment les mol\u00e9cules fluorescentes pour qu\u2019elles \u00e9mettent leur lumi\u00e8re.<\/p>\n Plusieurs avantages d\u00e9coulent de cette approche dont la moins grande toxicit\u00e9 des rayons laser pour les cellules. Mais surtout, la possibilit\u00e9 d\u2019enregistrer plusieurs centaines de microns en profondeur dans le cortex \u00e0 partir de sa surface<\/span><\/a><\/span><\/strong>. On a m\u00eame invent\u00e9 des esp\u00e8ces de casques miniatures que peut porter une souris en se promenant dans sa cage pendant que ce microscope \u00e0 deux photons miniature enregistre les flux de calcium de ses neurones corticaux<\/span><\/a><\/span><\/strong> jusque dans ses moindres \u00e9pines dendritiques !<\/p>\n