Une équipe interdisciplinaire dirigée par le professeur Qu Jianan du Département d'ingénierie électronique et informatique et la professeure Julie L. Semmelhack de la Division des sciences de la vie à l'Université des sciences et technologie de Hong Kong (HKUST) a mis au point une nouvelle technique de contrôle laser. Cette innovation, décrite comme un gradateur intelligent, permet d'ajuster la luminosité de chaque pixel individuellement lors d'un balayage laser. En empêchant l'activation neuronale involontaire, cette méthode améliore considérablement la précision de l'imagerie et du contrôle des circuits cérébraux par tous moyens optiques. La recherche, publiée dans la revue Nature Communications sous le titre "Active pixel power control for crosstalk-free all-optical neural interrogation", promet de faire avancer l'étude des mécanismes des maladies cérébrales et de faciliter le développement de nouveaux médicaments sur des modèles animaux. Les approches tout optiques de interrogation des neurones ont connu d'importantes avancées récentes, permettant d'identifier avec exactitude quelles cellules nerveuses déclenchent des mouvements, des perceptions ou des réponses émotionnelles. Cette capacité repose sur deux percées scientifiques majeures : les capteurs d'activité génétiquement codés, comme les indicateurs de calcium, qui font briller les neurones lorsqu'ils s'activent, et les actuateurs optogénétiques, des protéines sensibles à la lumière capables de mettre les neurones sous tension ou de les éteindre. Bien que ces méthodes offrent une grande vitesse et une précision au niveau cellulaire, un problème majeur subsiste. Le laser infrarouge utilisé pour l'observation passive peut lui-même provoquer l'activation d'autres neurones, rendant difficile la distinction entre l'activité cérébrale naturelle et les artefacts expérimentaux. Ce phénomène, connu sous le nom de diaphonie ou crosstalk, compromet l'exactitude des résultats. Pour éliminer ces interférences indésirables, l'équipe de l'HKUST a développé la stratégie de contrôle actif de la puissance des pixels (APPC). Fonctionnant comme un interrupteur d'atténuation en temps réel, ce système est guidé par un logiciel de cartographie personnalisé identifiant l'expression des protéines optogénétiques. Un modulateur acousto-optique rapide ajuste dynamiquement la puissance du laser pour chaque pixel de balayage. Il réduit voire annule la puissance sur les neurones spécifiques présentant des niveaux variables d'expression protéique, tout en maintenant une intensité lumineuse uniforme et stable dans les autres régions du cerveau, réduisant ainsi considérablement le problème de diaphonie. Pour tester les capacités de cette technologie, les chercheurs l'ont appliquée à des larves de poisson zèbre, des vertébrés transparents largement utilisés dans la recherche cérébrale en raison de leur similarité génétique de plus de 70 % avec le cerveau humain. Dans une étude in vivo sur le cerveau de poisson zèbre, l'APPC a réussi à préserver la qualité des signaux neuronaux tout en supprimant les artefacts optogénétiques et en atténuant la diaphonie. Une force importante de l'APPC réside dans sa compatibilité avec les microscopes biphotoniques standards, largement utilisés à travers le monde. Cela permet une mise en œuvre pratique et économique sans nécessiter le remplacement complet du système. Au-delà de cette démonstration, la stratégie APPC peut être facilement étendue à d'autres modèles animaux, en particulier la souris, l'animal modèle le plus courant en neurosciences modernes. Les chercheurs soulignent que cette approche résout l'un des plus grands obstacles techniques, permettant d'envisager plus précisément l'impact des circuits cérébraux sur le comportement dans des conditions physiologiques naturelles. Cette collaboration entre ingénierie et biologie ouvre de nouvelles perspectives pour l'exploration des mécanismes cérébraux et de leurs pathologies.