Des chercheurs de Harvard créent des neurones qui s’illuminent lorsqu’ils s’activent

Des scientifiques de Harvard ont créé des neurones génétiquement modifiés qui s’illuminent lorsqu’ils s’activent. Cela permettra de voir comment les signaux circulent dans le cerveau et pourrait également accélérer le developpement de médicaments.

Cette recherche consiste à utiliser un gène provenant d’un micro-organisme de la Mer Morte pour produire une protéine qui rayonne lorsqu’elle est exposée au signal électrique d’un neurone. Cela permet aux scientifiques de tracer la propagation des signaux à travers la cellule.

Pour créer ces neurones, Adam Cohen et son équipe ont infecté des cellules cérébrales cultivées en laboratoire avec un virus génétiquement modifié qui contenait le gène produisant la protéine. Une fois infectées, les cellules commencent à fabriquer la protéïne, leur permettant de s’allumer.

La membrane cellulaire des neurones est une substance active. Normalement, l’intérieur de la cellule est négativement chargé par rapport à l’extérieur. Lorsqu’un neurone s’active, la tension s’inverse pendant un temps très bref d’environ 1/1000ème de seconde. Ce bref pic de tension voyage vers le bas du neurone et active les autres neurones en aval. La protéine se situe dans la membrane des neurones ce qui fait que les protéines émettent de la lumière lors de la propagation de cette impulsion.

Cette recherche a le potentiel de révolutionner la compréhension des scientifiques sur la manière dont les signaux électriques se déplacent dans le cerveau et dans les autres tissus.

« Avant, le meilleur moyen de faire une mesure de l’activité électrique dans une cellule était d’y attacher une électrode et d’enregistrer les résultats avec un voltmètre ». « Le problème, cependant, était que vous pouviez seulement mesurer la tension sur un point, vous ne voyiez pas une carte spatiale de la manière dont les signaux se propageaient. Maintenant, nous allons pouvoir étudier la manière dont le signal se propage, s’il se déplace dans tous neurones à la même vitesse, et même comment les signaux changent si les cellules subissent quelque chose qui s’apparente à un apprentissage ».

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Le point sur les rétines artificielles

Les scientifiques essayent de créer des prothèses visuelles depuis les années 1970.

Au printemps dernier, une étape cruciale a été atteinte lorsque les régulateurs européens ont approuvé le premier oeil bionique commercial. L’Argus II, un appareil créé par l’entreprise californienne Second Sight, comprend une caméra intégrée à une paire de lunettes. Les signaux de la caméra sont transmis à une grille d’électrodes de 6×10 pixels attachée à l’arrière des yeux du sujet. Les électrodes stimulent les neurones de la rétine qui envoient des signaux secondaires par le nerf optique jusqu’au cerveau. Une image de 60 pixels peut paraitre bien peu mais cela permet aux patients de distinguer 8 couleurs différentes ou de lire des phrases courtes écrites avec de gros caractères. Comme pour toute technologie, le prix de 100 000 dollars de l’Argus II devrait baisser et la résolution augmenter.

Les chercheurs testent déjà des rétines artificielles qui ne requièrent pas de caméra externe. Au lieu de cela les photons frapperont directement les zones photo-sensibles de l’oeil. L’entreprise Optobionics basée dans l’Illinois a fabriqué de modèles expérimentaux contenant 5000 capteurs.

La rétine humaine contient 127 millions de photorécepteurs qui s’étalent sur 1100 millimètres carré. En comparaison, les détecteurs des meilleures caméras comportent 16,6 millions de capteurs sur 1600 millimètres carré.

Mais un empilage de pixels ne suffira pas pour restituer la qualité visuelle de l’oeil humain. Pour créer une véritable rétine artificielle, explique Richard Taylor (Physicien de l’Université de l’Oregon), les ingénieurs et neuroscientifiques devront apporter quelque chose de beaucoup plus sophistiqué qu’une caméra implantée.

On pourrait penser aux yeux comme à des caméras biologiques, et ils le sont à certains égards. Lorsque la lumière passe à travers notre pupille, elle produit une image inversée sur noter rétine. La lumière qui entre par une caméra fait la même chose. Les yeux et les caméras ont des lentilles qui ajustent le chemin de la lumière entrante pour créer l’image la plus nette possible. Grâce à la révolution du numérique les caméras ressemblent de plus en plus à des yeux humains. Au lieu de capturer la lumière sur un film, les appareils photos et caméras numériques utilisent une grille de photodiodes photosensibles qui fonctionnent à peu près comme les photorécepteurs de l’oeil.

Mais dès que vous regardez les choses de plus près les similitudes disparaissent. Les ingénieurs fabriquent des photodiodes sous forme de minuscules carrés et les répartissent sur des grilles avec un espacement régulier. La plupart des rétines artificielles ont le même design, avec des impulsions transmises à partir des photodiodes jusqu’aux neurones à travers une grille rectangulaire d’électrodes. Le réseau de neurones de la rétine, quant à lui, ressemble à des flocons de neiges qui remplissent la rétine dans des motifs tourbillonnants. Lorsque des chirurgiens positionnent la grille sur la rétine, plusieurs connexions ne peuvent pas entrer en contact avec un neurone à cause de cette différence.

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Matière, ADN, espèces, cellules du cerveau : ce que nous ne savons pas

96 % de l’Univers est constitué d’éléments inconnus. 23% est constitué de matière noire qui est seulement détectable par ses effets gravitationnels et 73% est de l’énergie noire qui semble jouer un grand rôle dans l’accélération de l’expansion de l’Univers. La matière ordinaire (les étoiles, les galaxies, les planète, nous) représente seulement 4% de l’Univers.

12500 : nombre approximatif de gènes dans le génome humain dont la fonction reste indéterminée. Cela représente environ 5°% du total estimé de gènes codant les protéines. Et les gènes ne représentent que 2% du génome humain. Des portions restantes aident à réguler l’activité des gènes. Environ 3,5% de notre génome consiste en de l’ADN non codant (qui ne code pas les protéines) dont la fonction est inconnue.

5 millions : Estimation basse du nombre d’espèces non décrites sur la planète; leur nombre pourrait être aussi élevé que 50 millions. Seulement 1,9 millions d’espèces ont reçu un nom scientifique. Un grand nombre de bactéries, insectes et créatures des profondeurs marines reste non décrit. On pense que les espèces vivantes aujourd’hui représentent moins de 1% de celles ayant vécu.

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Le cerveau fonctionne comme internet

Une nouvelle technique permettant de suivre les signaux de petites régions du cerveau a révélé des connexions entre des régions associées au stress, à la dépression et à l’appétit.

Cette recherche publiée dans la « Proceedings of the National Academy of Sciences » pourrait mener à une cartographie complète du système nerveux.

Larry Swanson et Richard Thompson de l’Université de Californie du Sud (USC) à Los Angeles ont isolé une petite partie du cerveau d’un rat dans le noyau accumbens, région associée au plaisir, à l’addiction, au système de récompense et à l’effet placebo.

Contrairement à ce qu’on a cru pendant longtemps, le cerveau ne fonctionne pas comme une structure hiérarchique mais plutôt comme un réseau du même type qu’internet.

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Optogénétique : le contrôle du cerveau par la lumière

Qu’est-ce que l’on obtient lorsque l’on combine des micro-organismes et de la fibre optique ? De vrais souris et rats télécommandés. Karl Deisseroth et son équipe de l’Université de Stanford ont fait de sérieux progrès dans la découverte de la façon dont le cerveau fonctionne grâce à l’optogénétique. Les gènes de certaines algues et archées sont assemblés par la technique de « gene splicing » (ou épissage des gènes) aux neuronnes des rongeurs, les faisant réagir à la lumière.

Une lumière bleue « allume » les neuronnes. Une lumière jaune « éteint » les neurones. Un câble en fibre optique est connecté sur une souris ou un rat vivant avec les gènes épissés permettant aux scientifiques d’exposer différents neurones à différentes lumières. Le résultat est étonnant. Stimuler l’hémisphère droit d’une souris la fait tourner en rond vers la gauche.

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