Développement de techniques optiques d'imagerie des structures corticales et sous-corticales

Le développement de nouvelles techniques d'imagerie fonctionnelle cérébrale, au cours des dernières décennies, a grandement accéléré la recherche en neuroscience. Que ce soit à travers l'imagerie en résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui permet l'obtention de cartes indiquant les niveaux d'oxygénation en 3 dimensions, ou l'imagerie optique des signaux intrinsèques (IOI), qui de son côté permet la mesure des changements hémodynamiques à plus haute résolution sur la surface exposée du cortex, la génération de cartes fonctionnelles a permis une meilleure compréhension du cerveau et de son organisation. Toutefois, ces modalités présentent chacune des limitations, rendant l'exploration de certaines régions (ou fonctions) plus complexe. Par exemple, l'imagerie IRMf – BOLD a une résolution de l'ordre du mm3 (ou un peu moins sur les systèmes récents à très haut champ). Or, certaines structures thalamiques peuvent parfois être plus petites que la taille de ces voxels, ce qui est encore plus vrai dans les modèles animaux utilisés en recherche. Dans le cas de l'IOI, la résolution est augmentée, mais la mesure se limite à la surface seulement. Il n'est donc pas possible de rejoindre les structures sous-corticales. Le travail présenté dans cette thèse vise donc le développement d'outils d'imagerie optique permettant la lecture de l'activité cérébrale tant au niveau corticale que sous-cortical. Dans un premier temps, le développement de l'imagerie tomographique par modulation spatiale a été exploré. Cette technique permet la lecture de l'absorption de la lumière en 3 dimensions et a permis l'imagerie de volumes en transmission en temps réel. Toutefois, son utilisation en réflexion, qui est inévitable dans le contexte de l'imagerie du cerveau in vivo, s'est avérée moins efficace, se limitant au mieux à quelques centaines de micromètres de profondeur depuis la surface. Ainsi, le développement d'un deuxième système, le microscope confocal endoscopique (MCE), a été réalisé. Cette modalité utilise un faisceau de plusieurs fibres optiques de petite taille, pouvant être implanté dans le cerveau en limitant les dommages, et donnant un accès optique aux zones profondes du cerveau. De plus, l'imagerie en MCE se fait via la fluctuation de la fluorescence liée à la concentration des ions calciques à l'intérieur de cellules suite à l'injection du marqueur OregonGreen Bapta-1 AM. Cette mesure de l'activité neuronale est beaucoup plus directe comparé à la mesure de l'hémodynamique faite par les techniques mentionnées précédemment. Bien qu'il soit établi que l'activité neuronale a un impact sur les niveaux locaux d'oxygène (donc des concentrations en hémoglobines oxygénée et réduite), le chemin par lequel cette relation s'opère n'est pas encore toutefois maîtrisé. Le troisième volet de cette thèse explore certaines questions liées à cette problématique, avec l'utilisation d'un montage permettant l'acquisition IOI synchronisée à la mesure en fluorescence des signaux calciques.