Décrypter le cerveau et ses fonctions neuronales est désormais possible grâce à une technique combinant l’optique et la génétique : l’optogénétique. Depuis quelques années, cette méthode a révolutionné le domaine des neurosciences, ouvrant de nombreuses perspectives très stimulantes pour les chercheurs.

## Comprendre le cerveau

Le cerveau est un organe crucial de notre corps, au même titre que le cœur. À tel point que les médecins font la distinction entre mort clinique (arrêt de la fonction cardiaque) et mort cérébrale, soulignant l’importance du cerveau pour la fonction du corps humain.

Le cerveau a une structure extrêmement complexe, comprenant plusieurs unités. Parmi elles, le bulbe olfactif, impliqué dans la réception des odeurs, l’hippocampe qui joue un rôle dans l’apprentissage, ou encore l’hypothalamus qui régule la sensation de satiété et la prise alimentaire.

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>Coupe du cerveau. Jérôme Delécraz/Cognifit</figcaption></figure>

Ces unités sont divisées en sous-structures, chacune d’entre elles étant composée de plusieurs millions de neurones. Disséquer le rôle de chacun de ces neurones permet aux chercheurs de mieux comprendre les conséquences de leur dysfonctionnement dans le cadre de diverses pathologies. Ainsi, des solutions thérapeutiques efficaces et spécifiques peuvent être élaborées.

Mais comment déchiffrer le cerveau et ses fonctions neuronales ?

La stratégie initiale utilisée par les chercheurs a été d’effectuer une ablation ou une lésion sur l’une des unités ou des sous-structures cérébrales et d’analyser les conséquences physiologiques.

Claude Bernard, illustre physiologiste du XIXe siècle, a ainsi pu montrer, en altérant le nerf vague au niveau du 4e ventricule cérébral, l’importance du système nerveux périphérique dans le contrôle de l’homéostasie glucidique (maintien du taux de sucre dans le sang).

La stratégie suivante a été de stimuler des régions spécifiques du cerveau à l’aide d’électrodes : les impulsions électriques générées activent les neurones de la région ciblée conduisant à une réponse physiologique. Toutefois, au sein de cette région, c’est l’ensemble des neurones proches de l’électrode qui est stimulé, ne permettant pas d’identifier la fonction d’un type de neurones.

L’optogénétique présente l’avantage de cibler de façon spécifique des neurones, permettant de comprendre leur rôle physiologique. Cette sélectivité fait aujourd’hui de l’optogénétique une technique de choix dans le domaine des neurosciences.

## Lumière (bleue) sur les neurones

L’optogénétique repose sur la découverte dans des algues d’une protéine aux propriétés physiques bien particulières. Cette protéine, appelée channelrhodopsine, peut en effet être activée par de la lumière bleue (protéine photosensible). Les algues se mettent en mouvement en réponse à l’activation de la channelrhodopsine par la lumière.

Basés sur cette découverte, des scientifiques ont cherché à transposer ce système aux neurones afin de les activer de façon spécifique par de la lumière. Les chercheurs ont alors développé des souris génétiquement modifiées (souris transgéniques), pour lesquelles le gène codant la channelrhodopsine a été introduit dans un type précis de neurones.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Principe de fonctionnement de l’optogénétique. Clara Roujeau, Author provided</figcaption></figure>

En soumettant ces souris à de la lumière bleue, seuls les neurones d’intérêt, possédant la channelrhodopsine, sont stimulés : on peut donc étudier l’impact de l’activation de ces neurones sur la physiologie de la souris. De nombreuses lignées de souris transgéniques ont ainsi été générées par les chercheurs, où la channelrhodopsine a été introduite dans divers types de neurones, permettant l’étude sélective de leur fonction.

## Des applications thérapeutiques ?

L’implantation d’une fibre optique dans le cerveau de ces souris génétiquement modifiées permet de stimuler les neurones ciblés chez des animaux éveillés et donc libres de leur mouvement. Ainsi, l’optogénétique permet d’analyser à la fois la fonction physiologique de ces neurones chez des souris saines, mais également leur dysfonctionnement chez des souris malades.

Jusqu’à présent, cette technique a permis de mettre en évidence l’altération de circuits neuronaux associée à diverses pathologies telles que la dépression ou l’addiction.

L’équipe du Professeur Bernard Thorens de l’Université de Lausanne a récemment montré par optogénétique que la suractivation de neurones spécifiques augmente la motivation des souris à rechercher de la nourriture sucrée. Cette étude suggère que ces neurones peuvent être impliqués dans la surconsommation de sucres associée à l’obésité et au diabète de type 2.

Encore plus incroyable, l’optogénétique pourrait également constituer un nouvel outil thérapeutique pour certaines pathologies en rétablissant une activité neuronale normale. A cet égard, plusieurs équipes de recherche ont réussi à diminuer les comportements d’addiction aux drogues ou à corriger les symptômes (liés à la motricité) de la maladie de Parkinson chez des souris transgéniques soumises à de la lumière bleue !

Malgré ces résultats prometteurs, il est à noter que l’optogénétique reste à ce jour une technique de laboratoire, qui n’est pas encore applicable à l’Homme, et ce pour trois raisons majeures. L’introduction du gène codant la channelrhodopsine dans les neurones nécessite la manipulation de virus (on parle de vecteurs viraux) dont les effets secondaires potentiels chez l’Homme sont encore mal connus. De plus, la spécificité neuronale de l’optognétique, liée à l’activation sélective d’un type de neurones possédant la protéine, requiert l’utilisation d’animaux transgéniques. Enfin, cette technique, basée sur le contrôle de l’activité cérébrale, pose de nombreuses questions qui se doivent d’être discutées par les spécialistes de l’éthique, en collaboration avec les scientifiques et médecins.