Depuis son apparition en 2005, une technique appelée optogénétique a grandement facilité la liaison entre l’activité neuronale et le comportement et la compréhension des liens entre les neurones et les régions cérébrales. Les neuroscientifiques choisissent simplement les neurones (animaux) qui les intéressent, les conçoivent génétiquement pour exprimer une protéine sensible à la lumière, puis les stimulent avec le bon type de lumière. Cette technique peut être utilisée pour inhiber ou exciter un sous-ensemble sélectionné de neurones chez des animaux vivants, respirant et en mouvement, en éclairant quels réseaux neuronaux dictent les comportements et les décisions des animaux.
Profitant des travaux de miniaturisation du matériel optogénétique, les chercheurs ont maintenant utilisé l’optogénétique pour modifier l’activité dans certaines parties du cerveau qui influencent les interactions sociales chez la souris. Et ils ont exercé un niveau de contrôle inquiétant sur la façon dont les souris interagissent.
Aller petit
Une grande limitation pour les premières études optogénétiques était que les fils et les fibres optiques nécessaires pour faire pénétrer la lumière dans le cerveau d’un animal gênaient également les animaux, entravant leurs mouvements et potentiellement biaisant les résultats. De nouveaux dispositifs sans fil implantables ont été développés il y a environ cinq ans, mais ils ne peuvent être placés qu’à proximité de certaines régions du cerveau. Ils sont également trop petits pour accueillir de nombreux composants de circuits et antennes de réception, et ils doivent être programmés à l’avance. Pitié les pauvres contrôleurs mentaux potentiels qui doivent faire face à des outils aussi limités.
Entrez John Rogers, directeur fondateur du nouveau Centre sur l’électronique bio-intégrée de l’Université Northwestern. Son laboratoire a récemment inventé des dispositifs optogénétiques multilatéraux qui peuvent être implantés dans la tête ou le dos d’animaux aussi petits que des souris. Les appareils peuvent recevoir des instructions sur différents canaux, de sorte qu’ils permettent aux chercheurs de moduler indépendamment et simultanément l’activité neuronale dans différentes régions du cerveau d’une souris ou chez différentes souris dans le même boîtier. Les appareils sont contrôlés sans fil à partir d’un PC et les chercheurs peuvent modifier les instructions en temps réel au fur et à mesure qu’une expérience se déroule.
Après avoir confirmé que les dispositifs implantés n’affectaient ni n’étaient affectés par les mouvements d’une souris et qu’ils n’endommageaient aucun des tissus ou physiologie de la souris, les scientifiques du groupe de Rogers ont introduit une protéine sensible à la lumière dans certains neurones dopaminergiques du tegmental ventral. zones de certaines souris. Ces régions sont liées au traitement des récompenses. Les chercheurs ont ensuite implanté leur nouveau dispositif sous la peau de la souris transgénique.
Les premiers tests ont confirmé les résultats obtenus dans les expériences optogénétiques précédentes: des souris affectées par des implants qui ont obtenu une récompense alimentée par la dopamine via un éclat de lumière planant sur le côté de l’enceinte où le système était programmé pour produire de la lumière. Jusqu’ici tout va bien. Ensuite, étant donné que les chercheurs savaient que la dopamine favorise le comportement social, ils voulaient voir si la stimulation lumineuse poussait les souris implantées à choisir de se tenir près d’une autre souris plutôt que d’un jouet. Ils l’ont fait.
Être social
Pour mettre le système à profit, les chercheurs ont testé une idée tirée d’un certain nombre d’études antérieures suggérant que les souris qui socialisent ensemble ont tendance à avoir une activité synchronisée dans une zone spécifique de leur cerveau. Le nouveau matériel optogénétique a fourni un moyen de créer artificiellement cette synchronie.
Ainsi, les chercheurs ont généré une «activité inter-cerveau synchronisée» en stimulant deux souris avec une stimulation tonique (continue) de 5 Hz pendant cinq minutes et une activité désynchronisée en stimulant d’autres paires de souris avec une stimulation en rafale de 25 Hz pendant cinq minutes. Environ deux fois plus de souris synchronisées ont choisi de socialiser entre elles – se toilettant, reniflant, etc. – que les souris désynchronisées. Lorsque deux souris ont été synchronisées dans une paire de 5 Hz et qu’une troisième souris a obtenu la rafale de 25 Hz, la paire a évité la troisième désynchronisée. Les chercheurs concluent que «la synchronisation inter-cérébrale imposée façonne l’interaction sociale et la préférence sociale chez la souris.
La page d’accueil du Groupe de recherche Rogers est sous-titrée «une science qui apporte des solutions à la société». Le laboratoire a développé des dispositifs sans fil portables qui suivent de manière transparente les signes vitaux des nouveau-nés dans l’USIN, enregistrent l’activité électrique dans le cerveau et détectent et surveillent les symptômes du COVID-19. Et ce n’était que l’année dernière.
Donc, avant de laisser votre esprit aller dans des endroits sombres – à propos du lavage de cerveau et du pas d’oie et que tout le monde reste à jamais séquestré dans leurs silos Facebook idéologiquement homogènes – rappelez-vous simplement que le Dr Rogers utilise ses pouvoirs pour de bon. En outre, ce travail a été effectué sur des souris génétiquement modifiées.
Neuroscience de la nature, 2021. DOI: 10.1038 / s41593-021-00849-x
