Notre cerveau en super résolution

Transcription

Commentaire voix-off :
Que savons-nous réellement de l'architecture de notre cerveau ? Cet organe de réflexion, d'action et d'émotion qui pèse seulement 1,3kg et qui est composé à 75% d'eau renferme encore bien des mystères. Son fonctionnement normal ou pathologique, son développement ou ses capacités d'adaptation sont au coeur de nombreux travaux de recherche. Mais comment étudier une mécanique aussi complexe, et peut-on l'observer in vivo ?

Valentin Nägerl travaille à l'Institut Interdisciplinaire de Neurosciences, un laboratoire du CNRS et de l'Université de Bordeaux. Ce neurobiologiste et son équipe s'intéressent à la structure et à la dynamique de la synapse, cette zone de contact qui permet à nos neurones de communiquer entre eux. Et pour étudier le million de milliard de synapses que contient notre cerveau, les scientifiques doivent plonger dans l'infiniment petit.

Valentin Nägerl
Le cerveau contrôle toute la perception, l'action, la mémoire, la cognition et régule tout le, tout le corps. On souhaite mesurer cette activité en temps réel avec la résolution temporelle qui est nécessaire pour faire ça mais en même temps on souhaite voir où exactement le signal passe, dans quel neurone, sachant que le réseau est très dense, très complexe et très miniaturisé. Maintenant on a la technologie pour vraiment résoudre ce problème, en temps et en domaine spatial.

Commentaire voix-off :
Professeur de neuroscience et de bioimagerie, Valentin Nägerl a dû mettre au point des techniques afin d'observer les synapses et leur architecture, à l'échelle des molécules. Car la microscopie optique s'est longtemps heurtée à la théorie : à cause de la limite de diffraction de la lumière, aucun microscope ne permettait d'observer un élément plus petit que 0,2 micromètres. Bien loin des 20 à 30 nanomètres d'une synapse ! Jusqu'au développement du STED, un système d'imagerie en super-résolution. Couplées à des mesures de signaux électriques, ces images issues des microscopes ont permis de mettre en évidence l'influence de la forme de ces synapses sur l'activités des neurones. Il a fallu pour cela améliorer la netteté et la résolution des microscopes.

Valentin Nägerl
On utilise des lasers, des faisceaux très fins. On les focalise sur un petit spot. Ce spot flou, on peut le réduire grâce à l'action d'un laser secondaire. Ça cause une diminution de cette tâche floue qui est maintenant devenue beaucoup plus fine, alors ce qui rend notre résolution supérieure à ce qu'on avait avant.

Commentaire voix-off :
C'est dans cette salle à la température et à l'humidité contrôlées qu'ont été conçus et assemblés les microscopes de super résolution. Pour travailler à des niveaux de détails aussi fins, ils sont installés sur des tables optiques totalement isolées des vibrations du sol. Les lasers qui forment la source de lumière nécessaire à la visualisation haute résolution doivent être guidés à travers une série de miroirs et de dispositifs optiques avant d'atteindre les échantillons.

Thibault Brugière
Ici on a le premier laser, le laser de photons, le laser d'excitation qui va permettre d'observer l'échantillon et ensuite ici on a le laser de déplétion qui lui va nous permettre d'augmenter la résolution du microscope au-delà de ce que la physique nous permet normalement de résoudre sur l'échantillon.

Commentaire voix-off :
Pour étudier l'architecture de notre cerveau, les scientifiques utilisent une technique d'imagerie baptisée SUSHI qui permet de révéler les synapses. En ajoutant un colorant fluorescent dans le fluide cérébral, l'ensemble des cellules apparait à la manière de silhouettes. Ce sont les prémisses d'une véritable cartographie à l'échelle du nanomètre ! Les neurones et les synapses donnent à voir leur extraordinaire complexité. Cette méthode de visualisation appliquée sur différents types de microscopes permet d'étudier la répartition cérébrale ou la dynamique des cellules immunitaires, notamment dans le contexte de pathologies comme la maladie d'Alzheimer.

Yulia Dembitskaya
On voudrait comprendre comment les maladies du cerveau marchent et pour ça on utilise des tranches de cerveau et aussi des préparations in vivo. Et les deux sont utiles : si on utilise les tranches on peut étudier la communication entre les cellules et pour ce niveau ça marche bien. Mais si on veut comprendre comment tout le cerveau marche on a besoin de préparations in vivo.

Commentaire voix-off :
En étudiant la dynamique de certaines cellules directement sur un organisme vivant, les chercheurs ont pu pour la première fois observer la réaction de notre cerveau lors du développement d'Alzheimer.

Valentin Nägerl
On peut voir les plaques de beta amyloïdes, ce sont les plaques très reconnues dans le contexte d'Alzheimer. Il y a une couche de cellules qui entoure ces agrégations. Ces cellules c'est des cellules immunitaires du cerveau et c'est probablement une stratégie de défense contre ces plaques qui sont toxiques pour le cerveau. Le but de notre travail vraiment c'est de mener de la recherche fondamentale. Et je crois que la chance de faire des découvertes importantes est assez élevée.

Commentaire voix-off :
Cette recherche fondamentale au carrefour entre la biologie et l'ingénierie optique, qui rend possible l'étude des synapses à une résolution jamais atteinte, pourrait permettre de voir émerger dans les années à venir de nouveaux outils de diagnostics médicaux. En voyageant à travers l'infiniment petit, l'équipe de Valentin Nägerl n'a en tous cas pas fini de s'émerveiller de l'extraordinaire horlogerie du cerveau humain.