Optique adaptative en source étendue pour la microscopie à feuille de lumière en neuroimagerie

When targeting neuroimaging of neuronal networks in live thick specimens with high temporal and spatial resolution, Light-Sheet Fluorescence Microscopy (LSFM) has demonstrated its capability to provide enhanced signal to background ratio while decreasing toxicity and photobleaching. However, imaging neuronal networks is still a challenge since fluorescence variations induced by neuronal activity are weak and imaging depth is limited because of optical aberrations. Adaptive optics has shown its ability to increase signal, resolution and imaging depth in LSFM through direct or indirect wavefront sensing but the latter are time consuming or impose complex implementation with a virtual guide-star.This thesis relates an original development of an extended scene Shack-Hartmann wavefront sensor for an optical sectioning microscope without any guide-star. This sensor is characterized and its ability to compute with high accuracy aberrations on a light-sheet fluorescence microscope built during this thesis is demonstrated. Adaptive optics in depth imaging of neuronal structures inside Drosophila Melanogaster is performed. The contribution of this sensor is discussed and keys parameters of the adaptive optics loop are studied. Finally, functional imaging based on calcium markers is performed at several depth inside drosophila brain with a significant gain and resolution's enhancement through adaptive optics. This fast and with minimal requirements adaptive optics’ approach could improve image quality and quantitative measurements associated to neuronal activity on a daily basis.L'utilisation de la microscopie de fluorescence à feuille de lumière (LSFM) pour la neuroimagerie a permis l’imagerie 3d à haute cadence et résolution d'échantillons vivants. Toutefois, la qualité de l’imagerie en profondeur est détériorée par la présence d'aberrations optiques. Ceci combiné aux faibles variations de fluorescences représentatives de l'activité neuronale limite la cartographie tridimensionnelle de réseaux de neurones. L'optique adaptative en LSFM permet un gain significatif de qualité d'image, cependant sa mise en œuvre est actuellement basée sur des méthodes itératives coûteuses en temps ou encore sur des montages complexes nécessitant une étoile-guide virtuelle. Cette thèse rapporte le développement original d'un analyseur de front d'onde de Shack-Hartmann en scène étendue pour un microscope à sectionnement optique sans étoile artificielle. Les performances de cet analyseur sont caractérisées et sa capacité à mesurer précisément les aberrations issues de l’échantillon sur un LSFM développé durant cette thèse est démontrée. L'imagerie en profondeur de structures cellulaires en profondeur dans le cerveau de Drosophila Melanogaster corrigée des aberrations est présentée. L'apport de l'optique adaptative est discuté et les paramètres de la boucle sont évalués. Enfin, l'imagerie fonctionnelle basée sur l'utilisation de marqueurs calciques est réalisée à des profondeurs variées dans le cerveau de la drosophile, un gain significatif en signal est démontré. Cette approche rapide et aux contraintes minimales permettra d'améliorer la qualité d'image et les mesures quantitatives associées notamment dans le cadre de l'analyse de l'activité cérébrale