Souris avec le microscope mésoscopique portable appelé Airscope dans des expériences. Photo : avec l’aimable autorisation de Wu Jiamin
Des scientifiques chinois ont développé avec succès un microscope mésoscopique sans fil d'un gramme appelé Airscope, présenté comme l'appareil mégapixel le plus léger au monde de ce type. Il permet une imagerie sans fil à grande échelle et haute résolution de l'activité neuronale dans le cerveau d'animaux à comportement naturel, offrant ainsi un nouvel outil pour la recherche en neurosciences et le développement d'une interface cerveau-ordinateur (BCI), a appris mardi le Chine Direct auprès du groupe de recherche.
Un défi majeur en neurosciences consiste à comprendre comment de grandes populations de neurones dans le cerveau régulent des comportements complexes dans un environnement naturel et social. Les microscopes traditionnels ont du mal à équilibrer le champ de vision, la résolution et la mobilité des animaux. Alors que les systèmes filaires ou fixes restreignent les mouvements des animaux, déformant ainsi leurs comportements, les appareils sans fil conventionnels sont trop lourds et offrent un champ de vision trop étroit pour capturer une activité neuronale à grande échelle.
Le mésoscope sans fil développé par une équipe de recherche conjointe dirigée par Dai Qionghai, professeur du Département d'automatisation et professeur adjoint de l'École des sciences de la vie de l'Université Tsinghua, et Dai Pu, médecin en chef du sixième centre médical de l'hôpital général chinois PLA, école médicale chinoise PLA, a obtenu une réduction majeure de poids, ne pesant qu'un gramme sans sa batterie, soit plus de 30 % plus léger que les appareils comparables montés sur la tête.
Équipé d'un capteur de 2 mégapixels et d'un système optique minimaliste composé de seulement quatre lentilles asphériques, Airscope permet d'obtenir une imagerie à résolution unicellulaire (4 à 6 micromètres) sur un champ de vision exceptionnellement large de 6 millimètres. En utilisant une technologie efficace de compression de données, l'appareil a également permis la transmission sans fil d'images d'une résolution mégapixel.
Combiné à une batterie à fixation magnétique et remplaçable rapidement, l'appareil prend en charge une observation prolongée et continue. Les animaux portant l’appareil peuvent adopter toute une gamme de comportements naturels, notamment grimper et ramper dans les tubes, sans entrave.
En termes de capacités d'imagerie, Airscope peut enregistrer simultanément plus de 8 500 neurones corticaux avec une seule souris, soit 25 fois la capacité des appareils sans fil existants. Il peut également maintenir des enregistrements stables de la même région cérébrale pendant plus de 200 jours, avec une qualité de signal comparable à celle des microscopes de paillasse classiques.
Selon Wu Jiamin, professeur agrégé au département d'automatisation de l'université Tsinghua et membre de l'équipe de recherche commune, Airscope se distingue par sa conception légère et sans fil, son large champ de vision et ses capacités d'imagerie à haut débit. Alors que les microscopes miniatures conventionnels montés sur la tête pèsent généralement plus de 3 grammes et peuvent restreindre les mouvements des souris, Airscope propose une alternative plus légère, plus compacte et entièrement sans fil, avec la capacité d'imagerie à méso-échelle.
À l’aide de cet appareil portable, l’équipe a enregistré une série de comportements exploratoires complexes chez des souris dans des conditions naturelles et a mené de nombreuses expériences qui étaient auparavant difficiles à réaliser en raison des contraintes imposées par les câbles ou le poids de l’équipement, a déclaré Wu au Chine Direct mardi.
Ces expériences comprenaient la surveillance de l'activité corticale de plusieurs souris explorant un habitat naturaliste de 5 mètres carrés et le suivi de leur exploration prolongée et autodirigée d'un grand labyrinthe doté de 32 bras terminaux. Les chercheurs ont découvert que l'activité corticale cérébrale variait systématiquement en fonction du type de terrain rencontré par les souris, a déclaré Wu.
Selon Zhang Yuanlong, professeur adjoint à l'École des sciences de la vie de l'Université Tsinghua, Airscope permet aux animaux une plus grande liberté de mouvement pendant la recherche en neurosciences, permettant ainsi à des enregistrements neuronaux à grande échelle d'accompagner les animaux lorsqu'ils s'engagent dans un plus large éventail de comportements naturels.
Selon Dai Qionghai, ce nouveau type de microscope offre un nouvel outil pour étudier les bases neuronales de l'intelligence et devrait faire progresser les interfaces optiques cerveau-ordinateur vers une détection neuronale plus précise. À l’avenir, ses applications potentielles pourraient également s’étendre à l’immunologie et à l’oncologie, permettant ainsi un suivi complet de la progression de la maladie.
