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Imagerie calcique et comportement du poisson zèbre

Le poisson zèbre, initialement utilisé comme système modèle pour l'étude du développement embryonnaire, a récemment émergé en tant que système modèle pour les neurosciences. Les larves ont en effet des réponses comportementales stéréotypées à de nombreux stimuli associés à diverses modalités sensorielles (visuelle, hydromécanique, auditive, gustative, olfactive, etc.). Cependant, la plupart des travaux actuels se concentrent uniquement sur la modalité visuelle principalement à cause d'une absence de protocole simple pour délivrer des stimuli controlés et reproductibles dans les autres modalités. En particulier, il n'existe que très peu de données sur le fonctionnement et de traitement neuronal de la ligne latérale, qui est l'organe véhiculant la perception des flux chez les poissons et les amphibiens. Nous élaborons des circuits microfluidiques dédiés à la génération de motifs complexes d'écoulements le long de la ligne latérale de larves de poisson zèbre fixées. Des motifs variés sont produits, allant d'une stimulation très locale jusqu'à des flux complexes couvrant une large portion du corps de l'animal et reproduisant des écoulements naturels.

Par ailleurs, le développement rapide de l'imagerie calcique – lié aux progrès de la génétique – a permis des améliorations notables sur le nombre de neurones dont l'activité peut être mesurée simultanément. Cependant, les techniques d'imagerie les plus courantes (confocal et deux photons) ont des limitations intrinsèques – liées à leur nature de balayage point à point – qui sont en passe d'être atteintes et qui imposent un difficile compromis entre le nombre de neurones sondés et le taux d'acquisition. Récemment les techniques d'illumination par nappe laser (Single-Plane Imaging Microscopy, ou SPIM), pour lesquelles le sectionnement optique est obtenu via une illumination latérale de l'échantillon avec une fine nappe laser, ont permis des avancées spectaculaires en imagerie structurelle des premières étapes du développement embryonnaire de larves de poisson zèbre. Nous adaptons cette technique à de l'imagerie fonctionnelle sur des larves transgéniques GCaMP pour obtenir, à un taux d'acquisition standard, des enregistrements simultanés d'un nombre de neurones sans précédent. Voici une image d'un cerveau de larve obtenu par SPIM:

 

Figure 1 : Coupe d'une larve GCaMP vivante et intacte à 6 jours après fertilisation obtenue par SPIM. Les noyaux apparaissent en sombre et les cytoplasmes en clair. L'image contient plus de 5000 neurones.

Les enregistrements d'une telle proportion du cerveau ouvriraient la voie à de nouvelles approches pour la compréhension du traitement de l'information perceptive. En particulier, les volumineux jeux de données générés permettraient de chercher des corrélations statistiques entre différentes régions réparties dans tout le cerveau.

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Publications

2017

Sensorimotor computation underlying phototaxis in zebrafish - Nature Communication
S. Wolf , A. Dubreuil , T. Bertoni , U.L. Böhm , V. Bormuth , R. Candelier , S. Karpenko , D.G.C. Hildebrand , I. H. Bianco , R. Monasson , G. Debrégeas
  URL Full text PDF Bibtex doi:

2016

A 2D virtual reality system for visual goal-driven navigation in zebrafish larvae - Scientific Reports
A. Jouary , M. Haudrechy , R. Candelier , G. Sumbre
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1038/srep34015

2015

A microfluidic device to study neuronal and motor responses to acute chemical stimuli in zebrafish - Scientific Reports
R. Candelier , M.S. Murmu , S.A. Romano , A. Jouary , G. Debregeas , G. Sumbre
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1038/srep12196
Whole-brain functional imaging with two-photon light-sheet microscopy - Nature Methods
S. Wolf , W. Supatto , G. Debregeas , P. Mahou , S.G. Kruglik , J.M. Sintes , E. Beaurepaire , R. Candelier
  URL Full text PDF Bibtex doi:10.1038/nmeth.3371

2013