mardi, 3 mai 2011
L’optogénétique: des neurones contrôlés par la lumière
Parmi les nouvelles techniques mises au point ces dernières années en neurosciences, peu ont fait autant jaser que l’optogénétique. Cet étrange mariage entre l’optique et la génétique permet de contrôler l’activité de populations entières de neurones dans le cerveau d’animaux vivants avec un simple rayon lumineux. Une technique peu invasive et précise à la milliseconde dont on n’aurait même pas osé rêver il y a une décennie ou deux !
L’élément clé de l’optogénétique est une protéine appelée « canal à rhodopsine » qui permet aux algues et aux bactéries de détecter la lumière. C’est une protéine de la même famille que les opsines, les pigments photosensibles des cônes et des bâtonnets de notre rétine qui transforme la lumière en influx nerveux pour rendre possible la vision.
Grâce au génie génétique, on peut faire en sorte que ces canaux à rhodopsine s’expriment dans certains types de neurones particuliers. Et contrairement aux opsines de notre œil qui ont besoin de plusieurs molécules intermédiaires pour modifier l’état électrique de la cellule, le canal à rhodopsine, comme son nom (et le schéma ci-haut) l’indique, forme lui-même la « porte d’entrée » que le jet de lumière peut ouvrir ou fermer, modifiant ainsi la perméabilité membranaire aux ions.
Or certains de ces canaux sont perméables à des ions qui vont exciter le neurone, et d’autres à des ions qui vont inhiber son activité électrique. Mais la beauté de la chose, c’est que ces différents canaux sont sensibles à différentes longueurs d’onde lumineuses. Et comme on peut faire s’exprimer dans une même population de neurones des canaux à rhodopsine excitateurs et inhibiteurs, on peut, avec différentes longueurs d’onde, exciter ou inhiber sur demande cette population de neurones !
Comme le dit Gero Miesenböck, l’un des artisans principaux de l’optogénétique, pour briser un code, il faut pouvoir jouer avec, n’importe quel « hacker » vous le dira. Et c’est exactement ce qu’apporte l’optogénétique : la possibilité de « jouer avec » l’activité neuronale à une échelle encore inégalée, et d’en observer l’effet sur le comportement. Pour peut-être un jour « briser le code » du fonctionnement cérébral…
Pour l’instant, on a déjà réussi à contrôler avec des impulsions lumineuses des comportements précis chez des organismes simples comme le battement des ailes de mouches à fruits, par exemple. Mais des travaux plus récents montrent que c’est aussi possible d’influencer des comportements plus complexes chez le rat comme le renforcement positif, la motivation et même une forme d’apprentissage associatif, la peur conditionnée.
En substituant le traditionnel choc électrique aversif à l’animal par un jet de lumière sur le noyau latéral de son amygdale préalablement transfecté avec des canaux à rhodopsine, Josh Johansen et Karl Deisseroth ont ainsi réussi à à générer chez l’animal une réponse de peur à un stimulus qui était neutre avant le conditionnement.
Neuronal light switches
Scared by the light
Optogenetic fMRI
TED TALK: Gero Miesenboeck reengineers a brain
DE LA LUMIÈRE DANS LE CERVEAU
LES NEURONES SOUS L’EMPRISE DE LA LUMIÈRE
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