Les implants qui surveillent l'activité neuronale des embryons de grenouille à mesure qu'ils se transforment en têtards, puis les adultes pourraient offrir une fenêtre sur le cerveau en développement
Un têtard, coloré avec immunofluorescence pour visualiser son anatomie interne, qui a été implanté comme un embryon de suivi du cerveau comme un embryon
Comment notre cerveau, qui est capable de générer des pensées, des actions complexes et même de l'auto-réflexion, est-elle devenue de rien? Une expérience en têtards, dans laquelle un implant électronique a été incorporé dans un précurseur de leur cerveau au premier stade embryonnaire, peut nous avoir plus près de répondre à cette question.
Les tentatives passées pour regarder dans les processus neurodéveloppementaux se sont appuyées sur des outils tels que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ou les fils d'électrode durs coincés dans le cerveau. Mais la résolution d'imagerie était trop faible pour être utile, tandis que les fils durs ont trop endommagé le cerveau pour offrir autre chose qu'un instantané d'un moment de développement spécifique.
Maintenant, Jia Liu à l'Université de Harvard et ses collègues ont identifié un matériau – un type de perfluropolymère – dont la douceur et la conformité correspondent à celle du cerveau. Ils l'ont utilisé pour construire un maillage doux et extensible autour de conducteurs ultra-athin qu'ils ont ensuite placés sur la plaque neurale – une structure plate et accessible qui forme le tube neural, le précurseur du cerveau – de grenouille à griffe africaine (Xenopus Laevis) Embryons.
Alors que la plaque neurale se repliait et se dilatait, le maillage de type ruban a été subsumé dans le cerveau en croissance, où il a maintenu sa fonctionnalité tout en étirant et en se penchant avec le tissu. Lorsque les chercheurs ont voulu mesurer les signaux cérébraux, ils ont câblé une partie du maillage qui sort du crâne à un ordinateur, qui affichait l'activité neuronale.
L'implant ne semblait ni endommager le cerveau ni provoquer une réponse immunitaire, et les embryons se sont développés en têtards comme prévu. Au moins l'un a continué à devenir une grenouille normale, dit Liu.
«Intégrer tous les matériaux et tout faire du travail est assez étonnant», explique Christopher Bettinger à l'Université Carnegie Mellon en Pennsylvanie. «Il s'agit d'un excellent outil qui pourrait potentiellement faire progresser les neurosciences fondamentales en permettant aux biologistes de mesurer l'activité neuronale pendant le développement.»
L'équipe a deux principaux points à retenir de l'expérience. Premièrement, les modèles d'activité neuronale ont changé comme prévu car les tissus se différenciaient en structures spécialisées responsables de différentes fonctions. Il n'a pas été auparavant possible de suivre comment un morceau de tissu s'autoprogralise dans une machine à calcul, explique Liu.
Un deuxième mystère était de savoir comment l'activité cérébrale d'un animal régénérant change après l'amputation. Une idée de longue date était que l'activité électrique revient à un état de développement antérieur, que l'équipe a confirmée en utilisant son implant dans une expérience impliquant des axolotles.
L'équipe de Liu prolonge maintenant la recherche pour inclure des rongeurs. Contrairement aux amphibiens, leur développement se déroule dans un utérus, donc l'implantation du maillage nécessitera une fécondation in vitro et une façon plus complexe de mesurer la transmission du signal que de câbler le maillage jusqu'à un ordinateur. Cependant, Liu espère que les idées qui pourraient éventuellement être acquises en observant les premiers stades de conditions comme l'autisme et la schizophrénie dans les modèles animaux en valent la peine.
Des dispositifs similaires pourraient potentiellement être utilisés pour surveiller la régénération neuromusculaire après la réparation et la réhabilitation des blessures, explique Bettinger. «Dans l'ensemble, il s'agit d'un tour de force impressionnant qui met en évidence l'étendue potentielle des applications pour l'électronique ultra-conforme», dit-il.
