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# Biologie# Neurosciences

Nouvelles méthodes pour étudier le cerveau et le comportement

Les scientifiques améliorent des outils pour relier l'activité cérébrale au comportement de manière plus précise.

Pascha Matveev, Anna J. Li, Zhiwen Ye, Anna J. Bowen, Ximena Opitz-Araya, Jonathan T. Ting, Nicholas A. Steinmetz

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En neurosciences, un gros objectif est de relier ce qu'on fait-nos comportements-avec ce qui se passe dans notre cerveau. Pendant longtemps, les scientifiques ont utilisé des méthodes comme couper des zones du cerveau ou utiliser des médicaments pour voir comment les parties du cerveau changent le comportement. Mais ces méthodes étaient lentes et pas toujours précises. Heureusement, un nouvel outil, appelé optogénétique, permet aux chercheurs de jouer avec les cellules cérébrales de façon plus précise et rapide.

Mais il y a un hic. Même avec ces outils hyper pratiques, comprendre comment les changements d'activité cérébrale affectent le comportement n'est pas toujours évident. Parfois, ce qui se passe dans le cerveau ne correspond pas directement aux changements de comportement, ce qui complique un peu les choses.

Pour résoudre cette énigme, les scientifiques cherchent des moyens de regarder l'activité cérébrale et de la modifier en même temps. Ça pourrait les aider à voir immédiatement comment les changements dans le cerveau affectent le comportement. En plus, ils pourraient créer des systèmes intelligents pour s'assurer que les changements cérébraux se produisent exactement comme il faut, à chaque fois.

Observer l'Action du Cerveau

Une méthode qui existe depuis un moment s'appelle "imagerie à champ large". Imagine une caméra qui peut voir une partie du cerveau au lieu d'un tout petit morceau. Cette technique utilise des lumières spéciales pour repérer l'activité cérébrale, et quand elle est associée aux bons outils, elle peut montrer les changements d'activité cérébrale pendant qu'une souris pense ou bouge.

Au fil des ans, les scientifiques ont compris comment utiliser cette technique sur des souris, ce qui est pratique car leurs crânes sont assez fins pour que la caméra puisse voir à travers. Ils ont aussi apporté des modifications aux souris pour que les scientifiques puissent encore mieux observer l'activité des cellules cérébrales. Cela signifie que les chercheurs peuvent maintenant voir différentes parties du cerveau s'illuminer pendant que la souris réagit à ce qui se passe autour d'elle.

Jouer avec le Cerveau

En même temps, les scientifiques utilisent l'optogénétique, ce qui signifie qu'ils peuvent projeter de la lumière sur des cellules cérébrales spécifiques pour les activer ou les désactiver. Cette méthode est un peu comme une télécommande pour l'activité cérébrale. Par exemple, s'ils veulent calmer une partie hyperactive du cerveau, ils peuvent projeter de la lumière dessus et observer les effets.

Combiner ces deux méthodes-observer et changer l'activité cérébrale-peut donner une image plus claire de la façon dont différentes cellules cérébrales travaillent ensemble pour créer nos pensées et actions.

Nouveaux Outils pour Nouvelles Astuces

Maintenant, les chercheurs ont inventé un nouveau gadget : un microscope sur mesure. Ce gadget permet aux scientifiques de regarder plusieurs parties du cerveau et de modifier l'activité en même temps. En utilisant des souris spéciales qui peuvent montrer des Signaux de calcium (qui indiquent l'activité cérébrale) avec les méthodes Optogénétiques, les chercheurs peuvent voir comment une partie du cerveau influence une autre dans diverses conditions.

Avec cette configuration, les scientifiques peuvent réaliser plusieurs tests sur la même souris pendant des semaines sans perdre en précision. Ils peuvent même tracer comment l'activité cérébrale se propage en réponse à des stimulations, découvrant jusqu'où les effets s'étendent. Imagine envoyer une onde dans un étang et suivre jusqu'où elle va-c'est ce que les chercheurs peuvent faire avec les signaux cérébraux.

Tester les Eaux

Pour mettre ce nouveau système à l'épreuve, les scientifiques ont projeté un laser sur des parties du cerveau en regardant les résultats. Ils ont découvert qu'en utilisant le laser à une certaine intensité, ils pouvaient supprimer l'activité dans des zones ciblées, ce qui signifie qu'ils pouvaient faire baisser certaines parties du cerveau comme un bouton de volume.

Ils ont même compris comment différentes durées d'exposition à la lumière peuvent produire des effets variés. Plus la lumière était allumée longtemps, plus le cerveau restait calme après. Cela a montré qu'ils pouvaient contrôler l'activité cérébrale avec précision.

Garder le Cap

Un aspect impressionnant de ce nouveau système est sa fiabilité. Même après plusieurs semaines, les effets des manipulations cérébrales restaient stables. Ça veut dire que si un scientifique trouvait un réglage ou une méthode spécifique, il pourrait l'utiliser à nouveau plus tard sans avoir besoin de beaucoup ajuster. C'est comme trouver une recette secrète qui est toujours délicieuse.

Lumière et Vue

Cependant, il y avait un petit retournement. En projetant le laser sur le Cortex frontal, les scientifiques ont remarqué une activité inattendue dans le Cortex Visuel. Cela était probablement dû à la lumière qui se faufilait et affectait les yeux, ce qui faisait que les souris voyaient des choses, même si elles étaient censées se concentrer sur autre chose.

Pour régler ça, les scientifiques ont testé quelques astuces visuelles pour s'adapter aux yeux. Quand ils ont fait ça, ils ont pu réduire les réponses visuelles tout en gardant intactes les manipulations d'activité cérébrale. Ça voulait dire qu'avec un peu de préparation, ils pouvaient diminuer la chance que les souris réagissent à la lumière qu'elles projectaient.

Regarder vers l'Avenir

Avec cette combinaison d'outils et de techniques, les scientifiques peuvent étudier comment le cerveau fonctionne en profondeur. Ils peuvent examiner comment différentes parties du cerveau communiquent entre elles tout en reliant les activités cérébrales aux actions et pensées.

Cette recherche pourrait aider à répondre à de nombreuses questions complexes sur comment nos cerveaux guident nos comportements et comment on pourrait corriger des problèmes quand ces chemins déraillent.

Conclusion

Donc, l'avenir s'annonce radieux-littéralement ! Avec leurs nouveaux jouets, les scientifiques sont prêts à apprendre beaucoup plus sur la fascinante connexion entre ce qui se passe dans nos têtes et ce qu'on fait dans le monde autour de nous. Et qui sait ? Ils pourraient même trouver des moyens d'aider ceux qui ont des défis liés au cerveau à mieux s'en sortir dans la vie.

En guise de pensée finale, espérons qu'ils ne commencent pas à utiliser ces techniques pour manipuler nos choix de snacks-imagine un monde où le brocoli gagne la bataille contre le chocolat !

Source originale

Titre: Simultaneous mesoscopic measurement and manipulation of mouse cortical activity

Résumé: Dynamics of activity across the cerebral cortex at the mesoscopic scale -- coordinated fluctuations of local populations of neurons -- are essential to perception and cognition and relevant to computations like sensorimotor integration and goal-directed task engagement. However, understanding direct causal links between population dynamics and behavior requires the ability to manipulate mesoscale activity and observe the effect of manipulation across multiple brain regions simultaneously. Here, we develop a novel system enabling simultaneous recording and manipulation of activity across the dorsal cortex of awake mice, compatible with large-scale electrophysiology from any region across the brain. Transgenic mice expressing the GCaMP calcium sensor are injected systemically with an adeno-associated virus driving expression of the ChrimsonR excitatory opsin. This strategy drives expression of the blue-excited calcium indicator, GCaMP, in excitatory neurons and red-excited Chrimson opsin in inhibitory neurons. We demonstrate widefield single-photon calcium imaging and simultaneous galvo-targeted laser stimulation over the entire dorsal cortical surface. The light channels of the imaging and the opsin do not interfere. We characterize the spatial and temporal resolution of the method, which is suitable for targeting specific cortical regions and specific time windows in behavioral tasks. The preparation is stable over many months and thus well-suited for long-term behavioral experiments. This technique allows for studying the effect of cortical perturbations on cortex-wide activity, on subcortical spiking activity, and on behavior, and for designing systems to control cortical activity in closed-loop.

Auteurs: Pascha Matveev, Anna J. Li, Zhiwen Ye, Anna J. Bowen, Ximena Opitz-Araya, Jonathan T. Ting, Nicholas A. Steinmetz

Dernière mise à jour: 2024-11-01 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.01.621418

Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.01.621418.full.pdf

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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