Tous les systèmes complexes sont constitués d'éléments fondamentaux qui sous-tendent les fonctions, les processus et les connexions de base. La capacité apparemment infinie du cerveau à assurer un large éventail de fonctions, de la parole à la perception sensorielle, ne fait pas exception : la cellule nerveuse et la jonction synaptique sont les unités élémentaires sur lesquelles repose toute l'activité cérébrale.
Comment le cerveau traite-t-il les informations sensorielles ?
Trouver les bases neuronales sous-jacentes de la perception est l’objectif des recherches menées au laboratoire Adesnik, qui fait partie du département de biologie moléculaire et cellulaire de l’université de Californie à Berkeley. Hillel Adesnik, chef du groupe, explique : « Nous voulons comprendre exactement comment les microcircuits du cerveau traitent les informations sensorielles pour déterminer le comportement. Alors que des décennies de recherche ont soigneusement décrit la manière dont les neurones individuels extraient des caractéristiques spécifiques de l’environnement sensoriel, les mécanismes cellulaires et synaptiques qui permettent aux ensembles de neurones corticaux de traiter réellement les informations sensorielles et de générer des perceptions sont largement inconnus. »
Dans le cadre de leurs travaux, les chercheurs du laboratoire Adesnik manipulent et surveillent les neurones de souris éveillées afin de mieux comprendre comment les circuits neuronaux du cerveau humain soutiennent la sensation, la cognition et l'action. Le laboratoire a développé de nouvelles techniques d'imagerie optique qui nécessitent l'implantation d'une fenêtre en verre dans le cerveau des souris pour que la lumière se propage.
Prototypage de lamelles de verre par micro-usinage laser
Bien que des lamelles de verre soient disponibles dans le commerce, les scientifiques du laboratoire Adesnik souhaitaient créer des prototypes permettant d'accroître la capacité d'interaction active avec le cerveau de la souris. Ils ont imaginé des trous dans le substrat pour l'accès aux médicaments et aux électrodes afin de pouvoir mesurer l'interaction avec les récepteurs et ajouter des colorants pour mesurer les niveaux d'activité des neurones.
La recherche d’un équilibre entre la taille et la forme a constitué une part importante de la recherche. « Au début, nous avons essayé des procédés mécaniques que l’on trouve facilement dans notre département », explique le professeur Adesnik. « Mais ils étaient beaucoup trop peu fiables pour nos critères de recherche. Il était difficile de reproduire la taille exacte des trous, qui pouvaient être un cercle de 250 microns de diamètre ou avoir la forme d’un carré. De plus, les trous trop grands posaient problème, car la mobilité des souris créait une instabilité dans la plate-forme d’enregistrement. »
Plus important encore, les méthodes mécaniques n’ont pas permis de placer avec précision l’emplacement du trou pour cibler les zones spécifiques du cerveau que le groupe voulait atteindre. Potomac avait l’expertise nécessaire pour couper le verre sans fissures, mais aussi l’expérience de l’usinage de haute précision qui a permis de placer les trous exactement là où les chercheurs en avaient besoin. De plus, la conception assistée par ordinateur numérique permet des variations dans les conceptions qui peuvent être facilement modifiées dans le logiciel, accélérant ainsi le processus de prototypage itératif.
Comme beaucoup de recherches scientifiques fondamentales, le laboratoire Adesnik espère contribuer à la compréhension fondamentale du fonctionnement du cerveau. Mais plus important encore, les informations recueillies dans le cadre de ces études pourraient améliorer les traitements des maladies neurologiques telles que l'autisme, la schizophrénie et l'épilepsie qui frappent l'humanité.
