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La cartographie optique : une méthode avancée permettant d’explorer les connexions synaptiques dans le cerveau
Une technique novatrice mise au point par des chercheuses et par des chercheurs de L’Institut offre de nouvelles connaissances sur la manière dont les neurones communiquent entre eux
SOURCE : L’Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill (L’Institut)
Le 30 janvier 2025
Des scientifiques de l’Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill (L’Institut) ont mis au point une méthode novatrice appelée « cartographie optique », qui accélère considérablement l’étude des neurones dans le cerveau. Réalisés sous la direction de Jesper Sjöström, Ph. D. et publiés dans The Innovation, ces nouveaux travaux fournissent des connaissances inédites sur la manière dont les neurones établissent des connexions et communiquent entre eux; cette percée offre de l’espoir et laisse entrevoir une meilleure compréhension des troubles neurologiques, comme l’épilepsie et l’autisme.
Accélération en matière de compréhension des neurones
On estime à 100 billions le nombre de synapses que renferme le cerveau — les synapses sont des connexions microscopiques permettant aux neurones de communiquer entre eux. L’étude de ces connexions pose un défi depuis longtemps, car les méthodes traditionnelles ayant recours à des électrodes miniatures nécessitent beaucoup de temps, De plus, elles ne peuvent identifier qu’un nombre limité de connexions neuronales au cours d’une journée donnée. La cartographie optique révolutionne ce processus.

« Grâce à la cartographie optique, nous pouvons cartographier des centaines de neurones et révéler des dizaines de connexions en seulement une heure, explique le professeur Sjöström, scientifique au sein du Programme en réparation du cerveau et en neurosciences intégratives à L’Institut. Cette percée se traduit par une augmentation massive des résultats et nous permet d’explorer des zones du cerveau beaucoup plus vastes que jamais auparavant. »
L’équipe de chercheuses et de chercheurs a testé plus de 30 000 connexions et a caractérisé environ 1 800 synapses dans le cortex visuel du cerveau d’une souris. Les conclusions de ces scientifiques ont révélé un nouveau point de vue sur l’organisation des réseaux de communication du cerveau, comme les modes de communication distincts des différents types de neurones inhibiteurs avec les autres cellules et la modification de la force de ces connexions selon les couches du cortex cérébral concernées.
Applications de la cartographie optique aux troubles neurologiques
Dans la publication susmentionnée, les chercheuses et les chercheurs ont communiqué les principaux résultats de leurs découvertes, réalisées grâce à la cartographie optique. Tout d’abord, ils ont découvert des modes de connexion uniques sur différents types de neurones inhibiteurs, ce qui remet en question la compréhension traditionnelle de la manière dont l’information circule au sein des diverses couches du cortex cérébral. Deuxièmement, ils ont démontré que les modes de communication du cerveau sont soigneusement équilibrés, alors que certains signaux amplifient certaines connexions (excitation) et que d’autres les inhibent (inhibition). Enfin, ils ont observé un déséquilibre dans le mode d’activation des différents types de neurones, alors que l’inhibition tempère constamment l’excitation — cette conclusion pourrait contribuer à expliquer le fonctionnement du cerveau, tant chez une personne en santé que chez une personne malade.
« Des troubles comme l’autisme et l’épilepsie impliquent souvent des déséquilibres entre les neurones excitateurs et les neurones inhibiteurs, explique Christina Chou, Ph. D., boursière postdoctorale travaillant au laboratoire du professeur Sjöström et auteure principale de l’article. « La cartographie optique nous offre les outils permettant d’identifier exactement ces changements, ce qui pourrait se traduire par des traitements plus ciblés et plus efficaces. Par exemple, en identifiant des déséquilibres de connectivité propres à l’autisme, la cartographie optique pourrait aider les chercheuses et les chercheurs à concevoir des thérapies capables de restaurer les modes de communication naturels du cerveau. »
Collaboration et retombées
Le projet de cartographie optique a été rendu possible grâce à la technologie de pointe et grâce au savoir-faire et à l’expérience de la Plateforme d’imagerie moléculaire de L’Institut, qui a permis de saisir et d’analyser des images de neurones 3D à haute résolution. Les capacités de la plateforme en matière d’imagerie avancée ont permis à l’équipe de visualiser et d’analyser des arbres neuronaux avec une clarté sans précédent.
L’étude susmentionnée a reçu du financement de plusieurs sources, dont la Fondation de l’Hôpital général de Montréal, les Instituts de recherche en santé du Canada et le Fonds de recherche du Québec; certains membres de l’équipe ont aussi obtenu des bourses provenant d’institutions comme le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et l’Université McGill.
Pour ce qui est de l’avenir, l’équipe prévoit utiliser la cartographie optique pour étudier l’altération des modèles de connectivité dans les troubles neurodéveloppementaux comme le syndrome de l’X fragile. Cette maladie génétique, associée à un risque élevé de faire des crises d’épilepsie, a une incidence importante sur les synapses; elle constitue par conséquent un sujet d’étude de choix pour ce qui est du recours à la cartographie optique, qui présente des capacités élevées en matière de production de données. Les chercheuses et les chercheurs ont pour objectif d’accélérer les découvertes en neurosciences et laissent entrevoir la possibilité de rapprocher la médecine de précision de la réalité.
À propos de la publication
Principles of visual cortex excitatory microcircuit organization. Christina Y.C. Chou, Hovy H.W. Wong, Connie Guo, Kiminou E. Boukoulou, Cleo Huang, Javid Jannat, Tal Klimenko, Vivian Y. Li, Tasha A. Liang, Vivian C. Wu, P. Jesper Sjöström. The Innovation, volume 6, numéro 1, 100735.
Système DOI : https://doi.org/10.1101/2023.12.30.573666
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