Vers une électrophysiologie optique in vivo

Towards optical in vivo electrophysiology

¹ Department of physiology, Feinberg school of medicine, Northwestern university, 303 East Chicago avenue, Chicago, IL 60611, États-Unis
² Laboratoire de physiologie et pharmacologie (CP604), faculté de médecine, Université Libre de Bruxelles, route de Lennik 808, B-1070   Bruxelles, Belgique

^* laurie.lambot@northwestern.edu
^** dgall@ulb.ac.be

Résumé

La capacité de mesurer simultanément et in vivo l’activité électrique dans différentes régions du cerveau est l’un des outils clés nécessaires au progrès des neurosciences. Or, comparativement aux techniques électrophysiologiques permettant de mesurer l’activité neuronale à l’échelle cellulaire, nous disposons de peu de moyens permettant l’étude fonctionnelle des circuits neuronaux, en particulier in vivo. L’essentiel de nos connaissances dérive d’extrapolations des données électrophysiologiques obtenues au niveau cellulaire, le plus souvent ex vivo. Ces données, très parcellaires, permettent difficilement d’appréhender les propriétés émergentes de populations neuronales interconnectées, limitant ainsi notre compréhension de l’interaction entre physiologie et connectivité dans des situations normales et pathologiques. Nous présentons ici de nouveaux types d'indicateurs fluorescents permettant de réaliser des enregistrements électrophysiologiques optiques in vivo.

Abstract

Optical imaging of voltage indicators is a promising approach for detecting the activity of neuronal circuits with high spatial and temporal resolution. In this context, genetically encoded voltage indicators, combining genetic targeting and optical readout of transmembrane voltage, represent a technological breaktrough that will without doubt have a major impact in neuroscience. However, so far the existing genetically encoded voltage indicators lacked the capabilities to detect individual action potentials and fast spike trains in live animals. Here, we present a novel indicator allowing high-fidelity imaging of individual spikes and dentritic voltage dynamics in vivo. Used in combination with optogenetics, which allows to manipulate neuronal activity, this opens the possibility of an all-optical electrophysiology.