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Le cerveau est l’organe le plus puissant du corps humain. Il est le centre de notre système nerveux et contrôle toutes nos fonctions corporelles volontaires et involontaires. Le cerveau contrôle toutes les autres fonctions organiques, génère l’activité musculaire et contrôle la sécrétion d’hormones. Qu’il s’agisse de simples réflexes ou de données sensorielles complexes, le cerveau et ses milliards de neurones sont toujours aux commandes. En raison des avancées réalisées en optique et dans les diagnostics médicaux, la manière dont chaque cellule neuronale et gliale interagit est à présent mieux comprise qu’auparavant, mais la manière dont des millions de réseaux neuronaux fonctionnent comme un système unifié pour des tâches complexes reste un mystère pour les chercheurs. Plus d’outils que jamais sont disponibles pour représenter des tranches de cerveau et utiliser des systèmes d’imagerie à couplage de fibre moins invasifs permettant de comprendre comment le cerveau fonctionne au niveau électrique, chimique et physique. Les composants clés de l’imagerie de tranches de cerveau et de systèmes d’imagerie à couplage de fibre, sont des objectifs de microscope apochromatique à correction infinie présentant des grossissements élevés et de grandes ouvertures numériques.
Les maladies courantes du cerveau, détectées par des techniques de diagnostic avancées telles que la microscopie à fluorescence, sont répertoriées ci-dessous. Les avancées dans les objectifs microscopiques et d’autres composants optiques permettent à ces maladies d’être plus facilement détectées et traitées.
Une condition médicale qui survient lors d’une interruption prolongée de l’irrigation sanguine du cerveau entraînant une faiblesse musculaire d’un côté du corps, une perte de contrôle du visage, un engourdissement et des problèmes d’élocution.
Un type de démence progressive et incurable qui détruit la mémoire et d’autres fonctions mentales.
Une maladie incurable du système nerveux central (SNC) qui affecte le mouvement et inclut des tremblements incontrôlables.
Une maladie héréditaire, incurable qui entraîne la décomposition des cellules nerveuses du cerveau au fil du temps, entraînant des mouvements corporels saccadés et éventuellement l’incapacité de parler.
Une inflammation grave du cerveau et des membranes de la moelle épinière qui est généralement déclenchée par une infection et entraîne de la fièvre, des maux de tête et une raideur du cou.
Un état caractérisé par des crises récurrentes principalement dues à une activité électrique anormale et accrue dans le cerveau.
Le type le plus courant de lésion cérébrale traumatique qui se manifeste par un impact important résultant en une secousse du cerveau ou un déplacement à l’intérieur du crâne.
Des tumeurs cancéreuses ou non cancéreuses de cellules anormales dans le cerveau ayant différents niveaux et types de gravité, notamment l’astrocytome, le blastome, l’épendymome et le méningiome.
De nombreuses techniques diagnostiques sont utilisées pour examiner, diagnostiquer et traiter le cerveau, par exemple la microscopie laser, l’optogénétique ou la technique CLARITY.
La protéine fluorescente verte (GFP) est une protéine spécialisée constituée d’un groupe spécifique d’acides aminés qui émettent une lumière verte lorsqu’ils sont exposés à la lumière UV ou bleue. Extraite de la vie marine, la longueur d’onde d’excitation la plus courante s’étend de 395 nm à 475 nm, avec des pointes d’émission allant de 509 à 525 nm. La GFP est énormément utilisée dans les systèmes d’imagerie par fluorescence non invasifs pour détecter les croissances tumorales, l’apoptose et autre activités cellulaires.
Technique biologique qui consiste à utiliser la lumière pour contrôler les cellules dans des tissus vivants, plus particulièrement les neurones dans la plupart des cas ayant été génétiquement modifiés par des photorécepteurs qui réagissent à différentes bandes de longueur d'onde.
Méthode de fabrication de tissus cérébraux transparents à l’aide d’hydrogels. Accompagnées des anticorps ou biomarqueurs, des images de structure nucléique du cerveau hautement détaillées peuvent être prises et étudiées.
Un témoin de calcium génétiquement codé utilisé dans l’imagerie cérébrale. GCaMP est semblable à la fusion d’une protéine fluorescente verte (GFP), de la calmoduline et d’une séquence peptidique dans la myosine.
Technique de neuroscience conçue pour cartographier et répertorier les quantités ou propriétés spécifiques du cerveau dans une représentation spatiale. En d’autres termes, l’anatomie et la fonction du cerveau, de la colonne vertébrale au système nerveux central par des techniques d’imagerie.
Technique d’électrophysiologie permettant d’étudier les canaux ioniques simples et multiples dans les neurones, les cardiomyocytes, les fibres musculaires et d’autres cellules.
Les techniques de microscopie telles que la microscopie de fluorescence, confocale, multi-photonique et super-résolution sont utilisées pour étudier des synapses, des neurones et des circuits neuronaux dans les tranches de cerveau.
La microscopie de fluorescence est l’une des principales techniques utilisées pour étudier la dynamique fonctionnelle ou morphologique des structures synaptiques, notamment les épines dendritiques et les terminaux axonaux, et pour définir la connectivité et la dynamique des circuits. Un faisceau laser est généralement focalisé dans un orifice, agissant comme une source d'illumination source ponctuelle. La lumière ainsi filtrée spatialement est réfléchie par un filtre dichroïque, ce qui peut nécessiter ou non un expanseur de faisceau permettant de remplir toute l’ouverture de l’objectif. L’objectif focalise alors l’énergie d’excitation sur l’échantillon qui émet un signal de fluorescence plus faible collecté par le même objectif. Cette lumière d’émission est transmise au travers du filtre dichroïque dans la seconde lentille tube et traverse ensuite un dernier orifice avant d’être détectée par un capteur CCD ou CMOS. Idéalement, les deux orifices sont situés dans des plans d’image conjugués sur l’axe optique, ce qui permet aux images de se chevaucher parfaitement sur le plan objet. Comme les microscopes confocaux observent un très petit point dans le plan de l’objet, il est important d’échantillonner la lumière via un système de balayage ou un actuateur motorisé permettant de collecter plusieurs images. Ces images sont ensuite reconstruites en images 2D ou 3D.
En savoir plus sur la façon d’assembler un système de microscopie à fluorescence.
Les objectifs multi-éléments sont essentiels pour toute technique de microscopie, notamment de nombreuses techniques de diagnostique du cerveau. La compréhension des différents types d’objectifs est importante pour veiller à ce que vous utilisiez l’objectif approprié à votre application.
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