Modulation du front d’onde pour l’excitation biphotonique en optogénétique

International audienceLe développement de l'optogénétique en neurosciences L'expression ciblée de protéines photo-sensibles sous contrôle d'un promoteur spécifique, technique que l'on désigne sous l'appellation optogénétique, a connu un essor formidable ces dernières années dans le domaine des neuroscien-ces. La diversité des protéines photo-sensibles naturelles et leur amélioration par ingénierie génétique ont permis de créer une vaste gamme d'outils opto-génétiques qui permettent de contrôler l'activité cérébrale avec la lumière, via la stimulation ou l'inhibition de neurones. L'optogénétique s'est imposée et a pris peu à peu l'avantage sur des méthodes traditionnelles fondées sur la pose d'électrodes et la pharmacologie, en exploitant les avantages des techniques de stimulation optique. En effet, contrairement aux électrodes, la photostimulation ne provoque pas de perturbations mécaniques et permet d'activer plusieurs régions avec une plus grande flexibilité et une meilleure précision spatiale. L'outil optogénétique le plus couramment utilisé est un canal cationique excitateur qui s'insère dans la membrane plasmique, la channelrhodopsin-2 (ChR2). Grâce au faible niveau d'intensité lumineuse requis pour son excitation (1 mW/mm², lumière bleue), la ChR2 a pu être activée avec une illumination à champ large délivrée, par exemple, par des fibres optiques implantées dans le cerveau d'animaux in vivo. La ChR2 a ainsi grandement contribué à notre compréhension des mécanismes responsables de pathologies complexes comme l'anxiété [1], et a permis de relier l'activité de certains types neuronaux à des comportements précis, comme dans le cas des neurones cholinergiques du noyau accumbens [2]. Pourtant une illumination à champ large n'est pas suffisante pour répondre à certaines questions, concernant par exemple la connectivité interne des circuits neuronaux, qui demande une résolution cellulaire ou subcellulaire. Un contrôle tridimensionnel de l'illumination permettrait de sélectionner un sous-groupe de neurones parmi ceux qui expriment le promoteur lié aux protéines photosensibles, ou même de cibler un compartiment cellulaire comme une dendrite. Cette précision est nécessaire pour analyser l'intégration des signaux des différents compartiments cellulaires et comprendre le traitement de l'information par le neurone