éclairer les neurones pour activer la mémoire


Cette technique sophistiquée associe génétique et optique. Pratiquée exclusivement chez l’animal, elle est devenue incontournable pour l’étude des circuits neuronaux de la mémoire.

Un faisceau lumineux pointé sur un cerveau de souris pour lui implanter des faux souvenirs… Non, ce n’est pas de la science-fiction. En 2013, des chercheurs américains annonçaient avoir réalisé cette expérimentation en activant des neurones à l’aide de lumière bleue. Spectaculaire et un brin effrayante, cette étude a répondu à une question de fond : « Aussi étonnant que cela puisse paraître, c’était la première fois que l’on démontrait un lien causal direct entre une activité cérébrale spécifique et un souvenir précis », explique Guillaume Dugué, chargé de recherche (CNRS) à l’Institut de biologie de l’École normale supérieure. Depuis lors, l’optogénétique, nom donné à cette technique associant optique et génétique, fait désormais partie des outils de routine dans les laboratoires de neurosciences…

Le biologiste britannique Francis Crick, codécouvreur de la structure de la molécule d’ADN, fut l’un des premiers à la conceptualiser à la fin des années 1990. « ll imagina la possibilité d’utiliser des outils moléculaires pour donner à des populations précises de neurones la capacité d’émettre de la lumière lorsqu’elles s’activaient, ou d’être activées en étant illuminées », raconte Guillaume Dugué. Le concept est ­devenu réalité quand une équipe de l’université de Stanford (Californie) est parvenue en 2005 à introduire un gène d’algue dans des neurones de souris. Il s’agissait de leur faire fabriquer une protéine, la channelrhodopsine, permettant le passage d’ions à travers la membrane cellulaire en présence de ­lumière. En somme, de se donner les moyens « d’éclairer » le cerveau des rongeurs.

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« On connaissait déjà bon nombre d’opsines activées par la lumière, mais l’intérêt de celle-ci est qu’une seule protéine fait tout le travail. Le photocourant ­induit est si ­rapide qu’il permet de contrôler l’activité des ­neurones à l’échelle de la milliseconde », précise Guillaume ­Dugué. Dans les années suivantes, les ­recherches se sont attachées à modifier, diversifier et optimiser les channelrhodopsines, pour utiliser des lumières de différentes longueurs d’onde et activer, ou au contraire, inhiber le fonctionnement de neurones particuliers.

Création de faux souvenirs… chez la souris

Ces premiers travaux de recherche fondamentale ont été suivis d’autres avancées : l’optogénétique a pu être utilisée, toujours chez les souris, pour étudier les réseaux cérébraux de la mémoire, et même les manipuler. Ainsi, du travail de 2013 évoqué plus haut : dans un premier temps, les chercheurs ont mis des souris dans une cage et « marqué » leurs neurones de l’hippocampe en leur faisant exprimer une channelrhodopsine. Puis ils les ont placées dans une autre cage et leur ont appliqué un choc électrique tout en activant ces mêmes neurones avec de la lumière bleue. De retour dans la première cage, les animaux se montraient ­effrayés comme s’ils avaient été confrontés au choc électrique dans cet endroit, alors que ce n’était pas le cas : voilà comment on crée un faux souvenir.

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« Nous pouvons aujourd’hui caractériser de manière beaucoup plus précise dans le cerveau animal les ­réseaux qui sous-tendent une mémoire donnée », ajoute Stéphanie Daumas, en charge d’une équipe de neuropharmacologie (Sorbonne Université). Et sur ­l’humain ? Rien ne permet d’envisager l’utilisation de l’optogénétique pour les problèmes de ­mémoire. Tant pour des raisons éthiques que pratiques : difficile ­d’aller éclairer des neurones dans les profondeurs du cerveau, et de savoir précisément sur lesquels agir. Pour autant, cette technologie a d’autres applications en santé humaine : l’optogénétique a récemment ­permis à un homme rendu aveugle par une maladie dégénérative de retrouver partiellement la vue, et elle offre des perspectives pour des épilepsies résistantes aux traitements.



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