Un système d’imagerie par ultrasons pour observer le fonctionnement du cerveau
Porteur du projet : Pierre POUGET – Institut du Cerveau (ICM – Paris)
Titre du projet : Etude neurophysiologique du libre arbitre chez le primate non-humain
Équipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2022 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un système d’imagerie par ultrasons fonctionnels (fUS) pour un montant de 200 000 €
Description de l’équipement :
Les ondes ultrasonores sont depuis longtemps largement utilisées à des fins diagnostiques, notamment grâce aux techniques d’échographie, ou à des fins thérapeutiques pour traiter certains cancers. Depuis plusieurs années, d’importants progrès technologiques ont permis de développer de nouvelles techniques d’imagerie ultrasonore pour observer le fonctionnement du cerveau. Celles-ci sont très pratiques car elles permettent, de façon non invasive, de visualiser l’activité neuronale dans des structures profondes du cerveau chez un animal éveillé et réalisant une tâche comportementale.
De nouvelles technologies d’imagerie ultrasonore de plus en plus pointues sont développées. Ce financement sera consacré à l’achat de la dernière version du système d’imagerie par ultrasons fonctionnels ultrarapide d’ICONEUS. Celle-ci est capable de produire des milliers d’images ultrasonores par seconde, contre les cinquante images par seconde habituelles d’un système classique.
Grâce à cette nouvelle technologie, il est possible aujourd’hui de visualiser le mouvement du sang se déplaçant à très grande vitesse (supérieure à 4 mm/s) avec une excellente résolution spatiale (100 µm) et une sensibilité très élevée.
Cette technologie permet ainsi l’imagerie de l’activité cérébrale à travers le couplage neuro-vasculaire.
Ce nouveau système sera installé dans le bâtiment de la plateforme PHENOPARC de l’Institut du Cerveau. Cette nouvelle installation sera unique au niveau national. Au niveau international, cette installation n’est aujourd’hui présente que sur le site du campus de Caltech en Californie (USA). L’équipement sera accessible à 6 équipes de scientifiques qui ont déjà marqué un intérêt pour cette technologie, au sein de l’ICM (Equipe S. Bouret, Equipe S. Charpier, Equipe N. Renier) et en dehors de l’ICM (Equipe M. Tanter (Paris), Equipe J. Sallet (Lyon), Equipe M. Thiebaut De Schotten (Bordeaux)).
Dans un premier temps, deux projets seront menés avec ce nouvel équipement :
- Projet 1 : Ce projet vise à élucider les réseaux et dynamiques des activités neuronales qui ont lieu dans une région spécifique du cortex moteur impliqué dans le contrôle du mouvement, lors de l’élaboration d’actions auto-initiées. Des primates non-humains seront entraînés à réaliser des tâches de décision menant à l’initiation d’actions. Les chercheurs enregistreront le débit sanguin cérébral dans la partie frontale-médiale du cortex, en utilisant l’imagerie fonctionnelle ultrarapide.
- Projet 2 : Des liens entre des variations du comportement, du métabolisme et de l’activité cérébrale n’ont jamais été entièrement validés. Des changements d’états cérébraux ont été rapportés à l’état de veille et au cours de différents cycles de sommeil ou lors d’états modifiés de conscience comme l’anesthésie. Cependant, aucun de ces changements ne coïncide avec des corrélats neuronaux spécifiques. Ce projet a pour objectif d’étudier ces variations de cohérence entre ces signaux neurophysiologiques, métaboliques et de flux sanguin. Les chercheurs réaliseront une expérience d’imagerie ultrasonore, afin de mesurer le flux sanguin cérébral, et d’enregistrement simultané de la concentration en lactate, un substrat énergétique que le cerveau consomme lors d’activité physique intense, chez des rongeurs anesthésiés.
Photographies : INSERM / Pexels
Le chercheur
Le projet est coordonné par Pierre Pouget, directeur de recherche au CNRS. Après une thèse en psychologie cognitive à l’université Paris Descartes (Paris Cité) en 2004, Il a effectué un séjour postdoctoral dans le laboratoire de Jeffrey Schall (Vanderbilt University, Nashville USA), pour se former à l’électrophysiologie chez le primate non-humain. De retour en France en 2008, il intègre le CNRS à Paris en 2010 puis l’institut du Cerveau en 2013. Pierre Pouget est élu membre de l’Institut de Biologie du CNRS en 2017. Il a obtenu 3 brevets dans le domaine de la pharmacologie et contrôle oculomoteur et a publié plus de 65 articles dans des revues techniques, revues cliniques et à fort impact telles que Nature Communication, PNAS et Current biologie.
Témoignage du chercheur
« Pouvoir visualiser en temps réel et sur chaque décision les variations d’activité cérébrale est une véritable révolution en neuroscience comportementale. Le financement du Rotary va permettre d’acquérir le système d’imagerie ultra-rapide par ultrasons. Notre rêve serait de parvenir à élucider les mécanismes de contrôles et de déclenchement de l’action volontaire chez le primate. En combinant les approches et les techniques (incluant le matériel financé par le Rotary) nous pourrions parvenir à une compréhension à l’échelle du circuit mais également du neurone des modalités de fonctionnement mais également de dysfonctionnements de ces circuits du contrôle du mouvement » – Pierre POUGET
Le centre de recherche
Cet équipement sera installé au sein de la plateforme PHENOPARC de l’Institut du Cerveau, à Paris.
