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Volume 46, numéro 21 | 17 février 2011

À la une

Lumière sur le cerveau

Des chercheurs ont conçu une électrode, à la fois optique et électrique, qui ouvre de nouveaux horizons en neurophysiologie du cerveau

Par Jean Hamann

Une équipe de chercheurs en neurosciences et en optique-photonique vient de mettre au point un nouveau type d’électrode qui permet d’étudier in vivo des neurones individuels du cerveau. Les détails entourant le fonctionnement de cet outil inédit ont été publiés le 13 février dans le site Web de Nature Methods par Yoan LeChasseur, Suzie Dufour, Guillaume Lavertu, Cyril Bories, Martin Deschênes, Réal Vallée et Yves De Koninck. «Il s’agit d’une nouvelle électrode, à la fois optique et électrique, explique le professeur De Koninck. Cette “optrode” permet de mieux exploiter les avantages de la biophotonique dans les recherches sur la neurophysiologie du cerveau. On peut aussi envisager des applications en neurochirurgie et en optogénétique chez l’humain.»
   
La mise au point de cet instrument résulte d’une collaboration entre l’équipe de neurosciences d’Yves De Koninck, du Centre de recherche Université Laval-Robert Giffard, celle de Réal Vallée, du Centre d’optique, photonique et laser, et l’Institut national d’optique. L’optrode est une fibre optique qui contient un cœur creux et un cœur optique. Lorsqu’une solution d’électrolytes est placée dans le cœur creux, on obtient une électrode traditionnelle, grâce à laquelle on peut établir si un neurone est activé par un stimulus donné. Le cœur optique permet quant à lui de localiser ce neurone. «Il y a 100 milliards de neurones dans le cerveau humain, rappelle le professeur De Koninck. L’un des grands défis en neurosciences consiste à déterminer quel neurone fait quoi. Les électrodes ordinaires permettent de déterminer s’il y a transmission d’influx nerveux, mais on procède à l’aveugle, sans savoir de quel neurone il s’agit.»

Pour repérer optiquement un neurone, il faut recourir à des marqueurs de fluorescence. Ceux-ci peuvent avoir été préalablement injectés dans des sous-populations de neurones ou encore produits par certains types de neurones (qui utilisent un neurotransmetteur donné par exemple) chez des animaux transgéniques. Le cœur optique guide la lumière de façon directionnelle et, lorsque l’optrode passe à proximité d’un neurone qui possède un marqueur, celui-ci réagit. La fluorescence qu’il produit est alors captée par le cœur optique. Comme la pointe de l’optrode a un diamètre d’environ 10 microns, inférieur à la taille du corps cellulaire des neurones, la résolution est suffisante pour étudier l’activité d’un neurone à la fois, ce qu’aucun autre outil ne permettait de faire jusqu’à présent. Les chercheurs ont démontré l’efficacité de leur optrode en la testant d’abord avec des coupes de cerveau, puis chez des animaux de laboratoire.
  
Cet instrument augmente les possibilités d’observation électrophysiologique in vivo et, du coup, permet l’observation et le contrôle de neurone individuel, même en profondeur dans le cerveau, soulignent les chercheurs. Il pourrait aussi être utilisé sans marqueur fluorescent, par analyse spectroscopique de la lumière réfléchie. «Le corps creux de l’optrode pourrait aussi servir à livrer des médicaments ou des gènes dans des neurones choisis», ajoute le professeur De Koninck. Une firme établie dans le Parc technologique de Québec, Doric Lenses, réalise présentement un prototype commercialisable de cet instrument.

Simon Lecomte

Les étudiants-chercheurs Yoan LeChasseur et Suzie Dufour font partie de l'équipe qui a mis au point l'optrode. Les travaux de ces deux physiciens ont été réalisés dans le cadre du programme de formation IRSC en neurophysique de l'Université Laval. Unique au pays, ce programme se situe à l'interface des sciences physiques et des neurosciences et favorise le développement de nouvelles technologies en sciences biomédicales.

Photo: Simon Lecomte

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