A red-emitting, genetically encoded indicator for two-photon voltage recording in vivo

Imaginez le cerveau comme une ville en pleine effervescence où des milliards de petits messagers (les neurones) communiquent en envoyant de rapides étincelles électriques. Pour comprendre comment fonctionne cette ville, les scientifiques ont besoin d'un moyen d'« écouter » ces étincelles sans briser les murs de la ville.

Pendant longtemps, les scientifiques ont disposé d'un outil spécial appelé GEVI (Indicateur de Tension Encodeur Génétiquement). Considérez cela comme une minuscule caméra de surveillance invisible que les scientifiques peuvent programmer dans des types spécifiques de neurones. Lorsqu'un neurone émet une étincelle électrique, cette caméra s'illumine, permettant aux scientifiques de voir l'activité en temps réel.

Cependant, les caméras existantes présentaient un problème majeur :

• Le Problème de la Couleur : La plupart de ces caméras brillaient en lumière bleue ou verte. Mais pour voir profondément à l'intérieur du cerveau (comme regarder dans le sous-sol d'un gratte-ciel), les scientifiques doivent utiliser une « lampe de poche » spéciale appelée excitation à deux photons. La lumière bleue et verte est bloquée par les tissus cérébraux, comme si l'on essayait de voir à travers un brouillard épais avec une lampe de poche faible.
• Le Vide Rouge : Les scientifiques avaient besoin d'une caméra qui brillait en rouge. La lumière rouge est comme un laser puissant capable de traverser le brouillard et d'atteindre les profondeurs du cerveau. De plus, la lumière rouge s'accorde bien avec d'autres outils (comme les interrupteurs à lumière bleue utilisés pour contrôler les neurones), permettant aux scientifiques d'utiliser plusieurs outils à la fois sans qu'ils n'interfèrent entre eux.

Le Problème : Jusqu'à présent, les caméras rouges existantes étaient trop peu lumineuses ou trop lentes pour bien fonctionner avec cette lampe de poche à « deux photons » pour les tissus profonds. Elles étaient comme si l'on essayait de prendre une photo nette d'une voiture rapide dans l'obscurité avec une caméra défectueuse ; les résultats étaient flous ou inexistants.

La Solution : VADER1
Cet article présente une nouvelle invention appelée VADER1. Considérez VADER1 comme une toute nouvelle caméra de surveillance rouge haute performance, conçue spécifiquement pour le travail en tissus profonds.

Voici ce que VADER1 peut faire là où les anciennes ne le pouvaient pas :

• Vision Profonde : Elle fonctionne parfaitement avec la lampe de poche à deux photons, permettant aux scientifiques de voir les étincelles électriques clairement, même dans les couches les plus profondes du cerveau (spécifiquement mentionnées : la couche 5 du cortex).
• Rapide et Flexible : Elle est assez rapide pour capturer les étincelles de l'ordre de la fraction de seconde d'un neurone en train de tirer. Elle fonctionne que les scientifiques scannent le cerveau de manière aléatoire (comme vérifier des maisons spécifiques) ou qu'ils le scannent rapidement par un mouvement de balayage (comme un garde de sécurité effectuant une patrouille complète).
• Esprit d'Équipe : Parce qu'elle brille en rouge, elle n'entre pas en conflit avec d'autres outils. Les scientifiques peuvent utiliser VADER1 pour observer les étincelles électriques tout en utilisant simultanément un autre outil pour observer les niveaux de calcium (un autre signe d'activité cérébrale), créant ainsi une vue « dual-couleur » de ce qui se passe.

L'Essentiel
VADER1 comble une pièce manquante cruciale du puzzle. Elle permet enfin aux scientifiques de combiner l'imagerie cérébrale profonde avec la capacité de surveiller les signaux électriques rapides et d'autres événements neuronaux en même temps. Cela prépare le terrain pour une nouvelle ère d'« électrophysiologie entièrement optique », où les scientifiques pourront à la fois observer et contrôler la ville électrique du cerveau en utilisant uniquement la lumière, sans avoir besoin d'insérer des fils physiques.