Solutions d'optoélectrophysiologie

L'association de l'électrophysiologie à des techniques optiques comme l'optogénétique, la photométrie par fibre optique ou l'imagerie calcique par microscope à fluorescence offre une résolution temporelle inférieure à la seconde et une spécificité cellulaire essentielle pour l'activité électrique des neurones, impossible à obtenir avec l'une ou l'autre de ces méthodes seules. Cette technique, appelée optoélectrophysiologie ou Oephys, explore l'activité de neurones marqués au sein du système nerveux en enregistrant leur activité électrique avec des électrodes adjacentes. Elle permet la manipulation optogénétique, l'imagerie ou le suivi de la fluorescence des neurones sous l'effet de la lumière dirigée vers eux par des fibres optiques implantées, des lentilles à bâtonnets ou autres. Elle nécessite non seulement l'envoi d'un signal lumineux au point d'intérêt dans le tissu nerveux, mais aussi la détection et le traitement des pics électriques et des sursauts lumineux issus de l'activité neuronale. Les expériences in vitro ou in vivo avec tête fixe utilisent des sondes optoélectriques. En revanche, les expériences sur des animaux en état de comportement utilisent des canules optoélectriques implantées de manière chronique avec des options de tête filaire ou sans fil.

La sonde optoélectrique pour les enregistrements unitaires précis est une fibre optique dotée d'un noyau creux supplémentaire dans sa gaine, qui devient une électrode une fois remplie d'électrolyte. Ces sondes sont effilées jusqu'à des pointes de 10 µm de diamètre pour assurer la mesure ou la manipulation optique à l'échelle d'une unité, c'est-à-dire d'une cellule.

La sonde optoélectrique pour les enregistrements multi-unités aigus in vivo à tête fixe est dotée d'une pointe de sonde remplaçable qui combine une fibre optique multimode avec une électrode filaire le long de la fibre.

Pour intégrer les enregistrements électrophysiologiques chroniques à des techniques optiques telles que les manipulations optogénétiques et la photométrie par fibre optique, Doric Lenses propose des canules optoélectriques implantables, une combinaison de microélectrodes et de fibres optiques, pour des expériences à long terme sur des animaux en mouvement. Les électrodes sont connectées à une tête d'enregistrement où le signal analogique enregistré est amplifié et converti en signal numérique. Depuis la tête d'enregistrement, le signal numérique est transmis à une console d'électrophysiologie via un câble ou une connexion sans fil, donnant ainsi naissance à deux systèmes distincts : le système d'enregistrement filaire et le système d'enregistrement sans fil (Fi-Wi).

  • Une attache est constituée d'un minuscule câble électrique et d'un cordon de raccordement à fibre optique pour l'optogénétique ou la photométrie à fibre.
  • Une option sans fil est dotée d'une fibre optique directement connectée à une LED dans la canule optoélectronique, permettant une stimulation optogénétique déclenchée avec une intensité et une durée sélectionnées. L'enregistrement de l'activité électrique et l'éclairage LED sont alimentés par la batterie de la tête. La liaison sans fil entre la tête et la console s'effectue via des antennes RF (système FiWi).

systèmes d'optoélectrophysiologie dorique
Type de système unicellulaire aiguë Unités multiples de soins aigus Attaché Sans fil
Nombre de fibres optiques
1 1 1 ou 2 1
Nombre d'électrodes 1 1 à 8 1 à 16 1 à 4
Convient pour « se déplacer librement » Non Non Oui Oui
Se combine avec l'optogénétique Oui Oui Oui Oui
Se combine avec la photométrie à fibre Oui Oui Oui Non
Se combine avec la microscopie à fluorescence miniature
 		Non Non Oui Non


Références externes

1. Scanziani, M., Häusser, M. L'électrophysiologie à l'ère de la lumière.
Nature 461, 930–939 (2009) .
2. LeChasseur Y, et al., Une microsonde pour les enregistrements optiques et électriques parallèles à partir de neurones uniques in vivo.
Nature Methods 8, 319–325 (2011)
3. Dufour S, et al., Une micro-optrode multimodale combinant des capacités d'enregistrement sur le terrain et sur une seule unité, de détection multispectrale et de photomarquage.
PLoS ONE 8, e57703 (2013) .
4. Ameli R, et al., Une tête neuronale sans fil et sans batterie avec stimulation optique et enregistrement électrophysiologique.
Compte rendu de conférence IEEE Eng Med Biol Soc. 5662-5 (2013) .
5. Gagnon-Turcotte G. et al., Une tête optogénétique sans fil avec capacité d'enregistrement électrophysiologique multicanal.
Capteurs 15, 22776-22797 ( 2015) .