Le fibroscope composé à deux photons : une plateforme universelle pour étudier le cerveau à toutes les échelles spatiales et temporelles. – 2P-COMFIB

Comprendre comment les circuits neuronaux traitent l'information est un défi majeur en neurosciences, qui nécessite de nouveaux outils pour répondre à la complexité du cerveau lors de son fonctionnement naturel. Idéalement, il faudrait pouvoir enregistrer et manipuler l'activité de chaque neurone d'un circuit chez des animaux au comportement libre, avec une résolution spatiale de la cellule unique (~ 10 µm), des résolutions temporelles compatibles avec la propagation de l'activité neuronale (~ 1 ms ), et à toutes les échelles spatiales, des circuits locaux aux circuits à longue portée impliquant des milliers de neurones à travers des zones cérébrales distantes (> 5 mm). La microscopie à deux photons, combinée à la mise en forme de la lumière par holographie et à la photostimulation optogénétique, permet d'imager et de manipuler l'activité neuronale in vivo chez la souris, mais est soumise à des limitations importante. L'imagerie deux photons et la photostimulation simultanées ne sont aujourd'hui possibles que dans les régions cérébrales superficielles des animaux fixés sous le microscope, ce qui limite la validité de l'approche pour les études comportementales, et il n’est possible d’accéder qu'à des champs de vision limités (< 1 mm) avec des vitesses d'acquisition faibles (< 50 Hz), ce qui est incompatible avec l'étude de la propagation du signal dans des zones éloignées.
Dans ce projet, je vais surmonter toutes les limitations et développer 2P-COMFIB, une plateforme optique radicalement nouvelle, basée sur des faisceaux de fibres optiques, qui va complètement changer la façon dont nous étudions les circuits neuronaux grâce à deux technologies principales : 1) Un micro-endoscope holographique à deux photons, flexible et conçu pour déchiffrer les liens entre les circuits neuronaux et le comportement, qui sera capable d'imagerie rapide et de photostimulation précise de dizaines de neurones dans les régions cérébrales profondes d'animaux en mouvement libre ; 2) Un mésoscope holographique à deux photons, qui augmentera massivement le champ de vision accessible à la mise en forme de la lumière holographique et à l'imagerie rapide (kilohertz), spécialement conçu pour imager et manipuler l'activité neuronale avec une résolution de cellule unique, à travers différentes zones du cerveau sur des échelles temporelles compatibles avec la propagation des signaux neuronaux.