Hallucinations implantées dans le cerveau de souris en utilisant la lumière

Les scientifiques ont induit des hallucinations visuelles chez les souris en utilisant la lumière pour stimuler une poignée de cellules dans le cerveau des animaux. L’exploit pourrait permettre aux chercheurs de mieux comprendre la façon dont le cerveau interprète et agit selon ce que l’œil voit – et pourrait même conduire à la mise au point de dispositifs qui aideraient les personnes malvoyantes à voir.

Les auteurs de l'étude, publiés dans Science le 18 juillet, utilisait une technologie connue sous le nom d'optogénétique. La technique fonctionne avec des souris modifiées de manière à ce que leurs neurones produisent une protéine qui les déclenche lorsqu'elles sont exposées à la lumière.

Dans ce cas, le neuroscientifique Karl Deisseroth de l’Université de Stanford en Californie et ses collègues ont tenté d’implanter des images dans le cortex visuel du cerveau. Cette région regroupe normalement des images à partir d'informations produites par les rétines.

L’équipe de Deisseroth a montré aux souris des images de barres horizontales ou verticales et a entraîné les animaux à lécher un tube d’eau chaque fois qu’ils voyaient les barres verticales. Les scientifiques ont surveillé le cerveau des animaux et enregistré quels neurones étaient activés lorsque les souris ont vu les barres verticales. Ils ont finalement identifié environ 20 cellules par animal qui semblaient être systématiquement associées à l'image verticale.

Pour créer les hallucinations, les chercheurs n’ont éclairé que ces neurones – en les stimulant au feu. Cela a amené les souris à lécher le tube d'eau comme si elles voyaient des barres verticales, même si les animaux étaient assis dans l'obscurité. Les souris n’ont pas léché le tube lorsque les scientifiques ont stimulé les neurones liés à l’image des barres horizontales.

Christof Koch, président de l'Institut Allen pour la science du cerveau à Seattle, dans l'État de Washington, a déclaré que ce document constituait un tour de force technique et une avancée en optogénétique. «C’est jouer du piano de l’esprit», dit-il.

Prendre le long terme

Anil Seth, neuroscientifique à l’Université du Sussex à Brighton, au Royaume-Uni, indique qu’il n’est pas clair si les souris de la dernière étude «ont vu» les barres verticales consciemment ou inconsciemment, et le découvrir pourrait nécessiter un test comportemental différent.

Mais il est enthousiasmé par les applications potentielles de cette approche. «Ces techniques optogénétiques changent vraiment le jeu», dit-il, car elles permettent aux scientifiques de manipuler le cerveau plutôt que de simplement l'observer. Cela pourrait conduire à des prothèses qui introduisent des informations sensorielles directement dans le cerveau.

Pour sa part, Deisseroth a été surpris de constater que la stimulation de seulement 20 neurones semblait rendre les souris hallucinées. Étant donné que ce nombre de neurones pourrait déclencher au hasard, il se demande pourquoi les souris ne hallucinent pas constamment.

Mais Koch dit que les cellules du cortex visuel ne sont qu'une partie de ce que le cerveau utilise pour percevoir et interpréter une image – le premier commutateur principal d'une cascade de neurones.

D'autres régions du cerveau connectées au cortex visuel évaluent la signification d'une image en la mettant en contexte. Dans certains cas, comme dans les rêves, le cerveau peut générer des images sans aucune intervention des yeux.

Et les neurones de commutation maître dans le cortex visuel peuvent être très spécifiques. En 2005, le groupe de Koch a publié une étude montrant qu’un seul neurone déclenché . Il n’est pas clair si les souris peuvent reconnaître les visages de cette manière, dit-il, mais la vision est moins importante pour les souris que pour les primates.

Visions futures

Le prochain défi de l’équipe de Stanford consistera à déterminer comment les neurones qui détectent des images spécifiques se connectent aux régions du cerveau qui interprètent la signification des informations visuelles. "Nous ne faisons que gratter la surface ici", déclare Deisseroth.

La technique mise au point par les chercheurs repose sur un ensemble de protéines sensibles aux faibles pulsations de lumière rouge afin de réduire le risque de surchauffe du cerveau. Les scientifiques espèrent que les protéines leur permettront, à eux-mêmes et à d’autres, d’explorer la fonction des neurones associée à la perception d’autres facteurs visuels, tels que la couleur et la forme, et d’autres types d’informations sensorielles, notamment le son et le toucher.

Pour le moment, l'optogénétique est loin d'être prête à être utilisée chez l'homme. Mais des recherches sont en cours sur d’autres méthodes pour compléter les sens en stimulant le cerveau humain.

En juin, une société appelée Second Sight à Los Angeles, en Californie, a révélé des résultats cliniques précoces permettant de restaurer une vision pour les aveugles. Les électrodes stimulent le cerveau en réponse aux informations recueillies par une caméra portée à proximité de l’œil de la personne.

Le système a amélioré la vision de six personnes au point de pouvoir voir un carré blanc sur un écran noir. La société espère qu'un jour, l'appareil retrouvera la vue en envoyant des informations visuelles plus complexes directement dans le cerveau.