Les neurosciences hybrides relient les points pour ab :

Manipuler et surveiller simultanément l’activité cérébrale vivante aux niveaux microscopique et macroscopique et identifier les liens avec le comportement est un objectif important des neurosciences. Grâce à une combinaison hybride d’optogénétique et d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI), cet objectif est en train d’être atteint.

Deux méthodes distinctes, l’optogénétique et l’IRMf ont des mécanismes de travail complètement différents. L’optogénétique combine des méthodes génétiques et optiques pour permettre l’étude de l’effet sur la fonction cérébrale et le comportement par la manipulation ou la surveillance de populations cellulaires spécifiques, de régions cérébrales ou de voies neuronales. L’IRMf cartographie les activités dynamiques dans tout le cerveau en fonction des changements hémodynamiques induits par l’activité neuronale. La combinaison de ces deux technologies sous le nom d'”opto-fMRI” offre une formidable synergie dans la recherche neuroscientifique.

Tel que rapporté dans : Neurophotonique :, des scientifiques de la Pennsylvania State University ont récemment synthétisé l’histoire, les avancées techniques, les applications et les considérations importantes de l’optogénétique, de l’IRMf et de leur combinaison synergique. Le résultat est un aperçu utile et une discussion sur les orientations futures de cette méthode hybride en neurosciences et en neuroimagerie.

L’optogénétique et l’IRMf ont chacune eu des impacts énormes sur la science individuellement. Les progrès technologiques récents ont permis le mariage des deux méthodes, offrant des avantages synergiques précieux aux domaines des neurosciences et de la neuroimagerie. Les tentatives précédentes d’utilisation de la stimulation électrique pendant l’IRMf pour l’électrophysiologie ont entraîné des interférences entre les signaux électriques et magnétiques. La combinaison n’a pas permis une manipulation ciblée de types de cellules ou de projections spécifiques. Les manipulations optogénétiques et l’enregistrement optique de l’activité neuronale sont insensibles aux interférences liées à l’IRM et sont donc bien adaptés pour être menés parallèlement à l’IRMf.

L’opto-IRMf permet d’étendre les connaissances d’une région du cerveau et de son réseau cérébral complet d’une compréhension strictement anatomique à une compréhension plus fonctionnelle chez les rongeurs éveillés et en comportement. Même chez les rongeurs anesthésiés, l’opto-IRMf peut être utilisée pour examiner les mécanismes au niveau du réseau qui sous-tendent le rôle de régions cérébrales spécifiques dans certains états cérébraux / comportementaux. La manipulation ciblée de la région du cerveau ou du type de cellule, ainsi que la mesure ciblée de l’activité du calcium, peuvent être liées à la signalisation et au comportement du cerveau global. Depuis sa première émergence en 2010, l’opto-IRMf s’est avérée utile dans une grande variété d’études pour faire progresser les neurosciences.

Par exemple, dans les études neurovasculaires qui examinent le rôle de l’activité neuronale dans la réponse hémodynamique, l’ajout de la manipulation optogénétique à l’IRMf permet la visualisation par cerveau entier du rôle causal de l’activation ou de l’inhibition d’un type cellulaire spécifique, défini par la génétique, la cellule emplacement du corps ou cible de projection axonale. En tant que zone cérébrale cruciale pour la formation et la récupération de la mémoire, l’hippocampe et sa connectivité neuronale est une cible importante pour la mise en œuvre de l’opto-IRMf.

L’opto-IRMf peut également être utilisée comme un outil pour étudier les mécanismes neuronaux à l’origine d’applications thérapeutiques moins bien comprises, telles que la stimulation magnétique transcrânienne et la stimulation cérébrale profonde (DBS). Le DBS est actuellement utilisé pour traiter des troubles tels que la maladie de Parkinson, l’épilepsie, la douleur chronique, la dépression majeure et le trouble obsessionnel-compulsif. Cependant, le mécanisme d’action et les effets sur le fonctionnement global du cerveau ne sont pas encore entièrement compris.

Lisez l’article en libre accès de Lauren N. Beloate et Nanyin Zhang, “Connecting the dots between cell populations, whole-brain activity, and behavior”, Neurophotonique : 9 :(3), 032208 (2022) doi 10.1117 / 1.NPh.9.3.032208.