Modèles numériques de la stimulation optique de neurones assistée par nanoparticules plasmoniques

La stimulation de neurones par laser émerge depuis plusieurs années comme une alternative aux techniques plus traditionnelles de stimulation artificielle. Contrairement à celles-ci, la stimulation lumineuse ne nécessite pas d'interagir directement avec le tissu organique, comme c'est le cas pour une stimulation par électrodes, et ne nécessite pas de manipulation génétique comme c'est le cas pour les méthodes optogénétiques. Plus récemment, la stimulation lumineuse de neurones assistée par nanoparticules a émergé comme un complément à la stimulation simplement lumineuse. L'utilisation de nanoparticules complémentaires permet d'augmenter la précision spatiale du procédé et de diminuer la fluence nécessaire pour observer le phénomène. Ceci vient des propriétés d'interaction entre les nanoparticules et le faisceau laser, comme par exemple les propriétés d'absorption des nanoparticules. Deux phénomènes princpaux sont observés. Dans certains cas, il s'agit d'une dépolarisation de la membrane, ou d'un potentiel d'action. Dans d'autres expériences, un influx de calcium vers l'intérieur du neurone est détecté par une augmentation de la fluorescence d'une protéine sensible à la concentration calcique. Certaines stimulations sont globales, c'est à dire qu'une perturbation se propage à l'ensemble du neurone : c'est le cas d'un potentiel d'action. D'autres sont, au contraire, locales et ne se propagent pas à l'ensemble de la cellule. Si une stimulation lumineuse globale est rendue possible par des techniques relativement bien maîtrisées à l'heure actuelle, comme l'optogénétique, une stimulation uniquement locale est plus difficile à réaliser. Or, il semblerait que les méthodes de stimulation lumineuse assistées par nanoparticules puissent, dans certaines conditions, offrir cette possibilité. Cela serait d'une grande aide pour conduire de nouvelles études sur le fonctionnement des neurones, en offrant de nouvelles possibilités expérimentales en complément des possibilités actuelles. Cependant, le mécanisme physique à l'origine de la stimulation lumineuse de neurones, ainsi que celui à l'orgine de la stimulation lumineuse assistée par nanoparticules, n'est à ce jour pas totalement compris. Des hypothèses ont été formulées concernant ce mécanisme : il pourrait être photothermique, photomécanique, ou encore photochimique. Il se pourrait également que plusieurs mécanismes soient à l'oeuvre conjointement, étant donné la variété des observations. La littérature ne converge pas à ce sujet et l'existence d'un mécanisme commun aux différentes situations n'a pas été démontrée.