CE37 - Neurosciences intégratives et cognitives

Effet de l'ocytocine sur le comportement social des primates: une étude combinant IRMf à ultra-haute résolution et ultrasons focalisés chez les macaques – FUSOT

Effet de l'ocytocine sur le comportement social des primates: une étude combinant IRMf à ultra-haute résolution et ultrasons focalisés chez les macaques.

Le dysfonctionnement social est une caractéristique déterminante de nombreux troubles psychiatriques et neurodéveloppementaux, mais les traitements efficaces font défaut. L'ocytocine (OT) est un traitement prometteur. Cependant, la capacité de l'OT à traverser la barrière hémato-encéphalique (BHE) est très limitée. En outre, on sait peu de choses sur les circuits de cognition sociale liés à l'OT chez les primates en raison du manque d'outils d'administration de l'OT spécifiques au site.

Développer un nouvel outil non invasif d'administration d'OT spécifique au site et déchiffrer le rôle des voies d'OT dans le comportement social des primates en utilisant l'IRMf à haute résolution.

L'objectif principal de ce projet est de développer une nouvelle approche non invasive chez le singe pour administrer l'ocytocine (OT) directement dans des parties spécifiques du cerveau en utilisant des ultrasons focalisés (FUS). L'objectif est de relever l'un des principaux défis de la recherche et de l'application de l'OT chez les primates et surtout chez l'homme : le manque d'outils efficaces d'administration non invasive de l'OT. L'objectif de notre approche FUSOT est d'utiliser les ultrasons focalisés pour ouvrir de manière non invasive la barrière hémato-encéphalique à des endroits spécifiques du cerveau, afin de maximiser l'impact de l'OT sur le système nerveux central tout en minimisant les effets secondaires périphériques. Nous combinerons également l'administration d'OT spécifique au site facilitée par les ultrasons avec l'IRMf à ultra-haute résolution et à haut champ pour déchiffrer le rôle précis des voies d'OT dans le comportement social des primates. L'un des principaux défis de l'imagerie à haut champ chez le singe est le mouvement prononcé de son corps et de sa bouche et les artefacts introduits sont fortement amplifiés à haut champ. C'est pourquoi, outre le développement de nouvelles bobines RF pour singes adaptées aux champs élevés, nous développerons également des technologies adaptées aux singes pour améliorer la qualité des données et le tSNR des données IRMf des singes.

Nous avons travaillé sur des méthodes pour planifier et guider le placement du transducteur à ultrasons afin de cibler précisément nos régions d'intérêt. Nous avons également mené des expériences d'IRM et d'histologie sur des rongeurs pour tester la faisabilité de l'utilisation de MION comme agent de contraste pour améliorer le signal de l'IRMf, comme on le fait habituellement pour l'IRMf chez le singe, même après ouverture de la BHE.
Pour vérifier si, à haute résolution, les données de l'état de repos pouvaient encore fournir des informations fiables sur l'organisation des réseaux cérébraux, nous avons travaillé sur les données existantes d'IRMf à haute résolution de l'état de repos.
Enfin, nous avons développé de nouvelles bobines pour l'imagerie du singe à 7T. Cependant, à haut champ, les expériences d'IRMf chez le singe éveillé peuvent être plus difficiles en raison d'artefacts de susceptibilité magnétique largement accrus. Par conséquent, pour obtenir des données d'IRMf de haute qualité et de haute résolution à haut champ, nous avons travaillé sur deux technologies : le réseau de bobines de shim et les technologies de surveillance du champ.

Sur la base des images IRM et CT, et de la profondeur focale de la sonication, nous avons confirmé que nos principales régions cibles pouvaient être bien atteintes avec nos transducteurs existants, même en tenant compte des contraintes liées au matériel périphérique et au type de tissu. De plus, en utilisant un système de neuro-navigation adapté, nous avons vérifié la faisabilité de placer le transducteur au bon endroit selon le plan pour cibler nos régions d'intérêt. En outre, dans notre expérience d'ouverture de la BHE chez les rongeurs (MION), l'ouverture de la BHE a été vérifiée en utilisant l'IRM et le gadolinium comme agent de contraste. Nous procédons maintenant à une histologie pour vérifier si un dépôt de MION a pu être détecté dans le cerveau au niveau du site d'ouverture. Enfin, nous avons constaté que, bien que le rapport signal/bruit soit plus faible et que le temps de propagation soit beaucoup plus long à haute résolution, les données sur l'état de repos pouvaient encore fournir des informations fiables pour identifier des réseaux distincts formés par différentes régions de sélectivité de catégorie. Ce résultat est publié dans le cadre de l'article «Submillimeter fMRI reveals an extensive, fine-grained and functionally-relevant scene-processing network in monkeys« dans Progress in Neurobiology, 2022.
Pour l'imagerie du singe à haut champ, nous avons conçu et construit un nouveau type de bobines de réception à réseau phasé. Le système à 16 canaux a produit des images IRM de haute qualité de l'ensemble du cerveau du singe à 7T. Nous utilisons actuellement cette bobine pour les expériences d'IRM d'ouverture de la BHE. En outre, nous avons conçu le premier réseau de bobines de shim multicanaux au monde dédié aux primates non humains. Cette bobine devrait permettre d'améliorer considérablement le shimming de champ et la qualité des images pour l'IRMf des singes aux champs élevés. Enfin, nous avons travaillé sur la technique de surveillance du champ et créé un système de réseau de dipôles qui peut être combiné avec 1) les réseaux de réception pour améliorer le rapport signal/bruit global de l'image, en particulier au centre du cerveau, 2) le réseau de bobines de shim pour réduire les inhomogénéités B0 induites par la susceptibilité, et 3) les sondes de champ pour mesurer les fluctuations du champ magnétique introduites par le mouvement du corps des singes et pour corriger ces artefacts dans l'espace k afin d'améliorer la qualité des données et le rapport signal/bruit des données d'IRMf des singes.

Jusqu'à présent, ce projet a fédéré des neuroscientifiques et des ingénieurs et physiciens en IRM pour le développement 1) du premier réseau de bobines de shim multicanaux au monde dédié aux primates non humains, 2) d'une nouvelle génération de bobines de réception en réseau phasé, et 3) d'un réseau de dipôles émetteurs-récepteurs à adapter aux sondes de surveillance de champ, au réseau de bobines de shim et aux bobines de réception en réseau phasé. La combinaison de toutes ces bobines forme un tout nouveau système intégré capable de fournir des données d'IRMf de très haute qualité pour l'imagerie à méso-échelle du cerveau du macaque aux champs élevés (7T et 11,7T), même en état de veille.

Entre-temps, nous avons également commencé à développer l'administration d'ocytocine à un site spécifique facilitée par le FUS. La combinaison de cette technologie avec l'IRMf à ultra-haute résolution pourrait conduire à un changement de paradigme permettant d'utiliser une approche spécifique au site pour étudier le système OT chez les primates, en particulier chez l'homme, et d'étudier au niveau mésoéchelle les mécanismes neuronaux qui sous-tendent les effets de l'ocytocine sur le comportement social des primates.

Li, X., Zhu, Q., & Vanduffel, W. (2022). Submillimeter fMRI reveals an extensive, fine-grained and functionally-relevant scene-processing network in monkeys. Progress in Neurobiology, 211, 102230. doi.org/10.1016/j.pneurobio.2022.102230

Les disfonctionnements du comportement social sont caractéristique de nombreux troubles psychiatriques et neurodéveloppementaux. Si les traitements efficaces font défaut, l'ocytocine intranasale (OT) semble prometteuse. Toutefois sa capacité à franchir la barrière hémato-encéphalique (BHE) reste très limitée. De plus, en raison du manque d'outils d'administration spécifiques à un site, nous connaissons mal les circuits de cognition sociale impactés par l'OT. Nous développerons donc une nouvelle approche non invasive afin administrer l'OT de manière spécifique via une ouverture BHE focalisée induite par les ultrasons. Nous testerons, sur le plan comportemental et fonctionnel, comment le circuit de cognition sociale peut être modulé par l’OT délivrée à des sites spécifiques du cerveau. Notre projet vise à déchiffrer le rôle précis des voies de l'ocytocine dans le comportement social des primates, ce qui ouvrira la voie à de meilleurs traitements des troubles du comportement social.

Coordination du projet

Qi Zhu (Institut des sciences du vivant FRÉDÉRIC-JOLIOT)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

JOLIOT Institut des sciences du vivant FRÉDÉRIC-JOLIOT

Aide de l'ANR 376 066 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2021 - 48 Mois

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