L'implant neural surveille plusieurs zones cérébrales à la fois

Comment les différentes parties du cerveau communiquent-elles entre elles pendant l'apprentissage et la formation de la mémoire ? Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego fait un premier pas pour répondre à cette question fondamentale des neurosciences.

L'étude a été rendue possible grâce au développement d'un implant neuronal qui surveille l'activité de différentes parties du cerveau en même temps, de la surface aux structures profondes - une première dans le domaine. En utilisant cette nouvelle technologie, les chercheurs montrent que divers modèles de communication bidirectionnelle se produisent entre deux régions du cerveau connues pour jouer un rôle dans l'apprentissage et la formation de la mémoire - l'hippocampe et le cortex cérébral. Les chercheurs montrent également que ces différents modèles de communication sont liés à des événements appelés ondulations à ondes aiguës, qui se produisent dans l'hippocampe pendant le sommeil et le repos.

« Notre implant neural est polyvalent; il peut être appliqué à n'importe quelle zone du cerveau et peut permettre l'étude d'autres régions cérébrales corticales et sous-corticales, pas seulement l'hippocampe et le cortex cérébral », a déclaré le professeur Duygu Kuzum.

L'implant neural est constitué d'une bande de polymère mince, transparente et flexible fabriquée avec un réseau d'électrodes en or de taille micrométrique, sur lesquelles des nanoparticules de platine ont été déposées. Chaque électrode est connectée par un fil micrométrique à une carte de circuit imprimé personnalisée. Il peut enregistrer des signaux électriques à partir de neurones uniques profondément à l'intérieur du cerveau, comme dans l'hippocampe, tout en imageant de vastes zones comme le cortex cérébral.

Plusieurs caractéristiques de conception rendent possible la surveillance multirégionale. La première est que cette sonde est flexible. Lorsqu'il est inséré profondément dans le cerveau pour surveiller une région comme l'hippocampe, la partie qui dépasse du cerveau peut être pliée pour faire de la place pour qu'un microscope soit abaissé près de la surface pour faire une imagerie du cortex cérébral à la en même temps. Les sondes neurales conventionnelles sont rigides, elles gênent donc le microscope; par conséquent, ils ne peuvent pas être utilisés pour surveiller les structures cérébrales profondes lors de l'imagerie de la surface du cerveau. Et même si cette sonde neurale est souple et flexible, elle est conçue pour résister au flambage sous pression lors de l'insertion. Une autre caractéristique importante est que la sonde est transparente, ce qui donne au microscope un champ de vision dégagé. Il ne génère pas non plus d'ombres ou de bruit supplémentaire pendant l'imagerie.

La motivation de cette étude était d'aller à la racine de la façon dont différents processus cognitifs, tels que l'apprentissage et la formation de la mémoire, se produisent dans le cerveau. Ces processus impliquent une communication entre l'hippocampe et le cortex cérébral. Mais comment se passe exactement cette communication ? Et quelle région du cerveau initie cette communication :l'hippocampe ou le cortex cérébral ? Ces types de questions sont restées sans réponse car il est très difficile d'étudier ces deux régions du cerveau simultanément, a déclaré Kuzum.

Les chercheurs ont utilisé leur sonde pour surveiller l'activité de l'hippocampe et du cortex cérébral chez des souris transgéniques. Plus précisément, ils ont surveillé l'activité avant, pendant et après que des oscillations appelées ondulations à ondes aiguës se produisent dans l'hippocampe. Leurs expériences ont révélé que la communication entre l'hippocampe et le cortex cérébral est bilatérale :parfois le cortex initie la communication, d'autres fois c'est l'hippocampe. Il s'agit d'un premier indice important pour comprendre la communication interrégionale dans le cerveau, ont déclaré les chercheurs.

"La communication bilatérale que nous avons rapportée ici est différente de la notion conventionnelle selon laquelle le cortex reçoit passivement les informations de l'hippocampe. Au lieu de cela, le cortex est activement impliqué dans le codage des informations dans le cerveau et peut jouer un rôle instructif lors de la consolidation et de la récupération de la mémoire », a déclaré le Dr Chi Ren, l'un des chercheurs.