Les progrès récents dans les rapports d’activité génétiquement codés ont révolutionné les neurosciences en fournissant des informations très spécifiques en temps réel sur l’activité neuronale. Ces rapporteurs, tels que les capteurs de calcium ou de tension 1,2,3,4,5,6,7,8,9, permettent aux chercheurs de suivre les signaux électriques et chimiques à l’intérieur des neurones avec une précision temporelle et une résolution spatiale sans précédent. En permettant de surveiller des neurones uniques spécifiques dans des réseaux neuronaux dans différentes régions du cerveau, ces outils ont approfondi notre compréhension de la façon dont les modèles de décharge neuronale sont liés aux processus cognitifs tels que l’apprentissage, la mémoire ou la prise de décision 10,11,12,13,14.
Pour tirer parti de ces indicateurs génétiquement codés, les chercheurs ont développé des méthodes avancées pour préparer leur organisme modèle à l’imagerie in vivo. Le premier rapport de plasticité neuronale par imagerie fonctionnelle in vivo, souvent appelé « trace mnésique », a été découvert dans le lobe antennaire des abeilles mellifères à la suite d’un conditionnement olfactif appétitif15. Cette découverte a inspiré des recherches sur l’organisme modèle génétiquement polyvalent, Drosophila melanogaster, qui a conduit au développement de techniques innovantes d’imagerie in vivo 10,16,17,18.
La drosophile constitue un excellent modèle pour comprendre l’apprentissage et la mémoire en raison de sa capacité robuste à former des souvenirs olfactifs via le conditionnement classique, où une odeur (le stimulus conditionné-CS) devient associée à un stimulus aversif ou gratifiant (le stimulus inconditionné-US)19,20,21,22. Chez la drosophile, les odeurs sont peu représentées dans le corps du champignon (MB)23, une région cérébrale critique pour la mémoire associative qui se compose d’environ 2 000 neurones de Kenyon (KC) par hémisphère24. L’information olfactive est transmise du calice aux lobes MB via les axones KC, qui se regroupent pour former les lobes. Au cours du conditionnement olfactif, l’US, comme un choc électrique ou une récompense de sucre, est transmise aux lobes MB par des neurones dopaminergiques (DAN) distincts : les neurones PPL1 pour les stimuli aversifs et les neurones PAM pour les stimuli gratifiants 25,26,27,28,29,30 . On pense que l’acquisition de la mémoire implique l’activation simultanée des voies CS et US, ce qui entraîne une augmentation synergique de l’AMP cyclique (cAMP), qui code la mémoire31,32. Ce processus induit une plasticité au niveau des synapses KC→MBON, modifiant leur poids synaptique 11,12,13,33,34,35,36,37. La plasticité médiée par DAN conduit finalement les neurones de sortie du corps du champignon (MBON) à susciter soit une approche, soit un comportement d’évitement envers l’odeur apprise34. Le modèle actuel suggère que le flux d’information des KC vers les MBON transforme la représentation de l’odeur de l’identité de l’odeur dans les KC à des informations plus abstraites dans les MBON, telles que la valence d’une odeur basée sur l’expérience antérieure34,38. Contrairement aux KC, les MBON ont des réponses olfactives largement ajustées ; toute odeur donnée entraîne une réponse à la plupart des MBON39. L’ajustement des odeurs des MBON est modifié par la plasticité synaptique et varie considérablement entre les mouches individuelles, ce qui suggère que les MBON modifient leur réponse aux odeurs en fonction de l’expérience. Il y a 34 MBON, la majorité du réseau MBON semblant divisée en deux classes mutuellement antagonistes qui déterminent l’une ou l’autre approche du comportement d’évitement34. Pour cette raison, l’utilisation de l’imagerie in vivo pour étudier la récupération de la mémoire par enregistrement dans différents MBON a été largement utilisée.
Les premières méthodes d’imagerie fonctionnelle in vivo comprennent la réalisation d’interventions chirurgicales pour retirer une section de la cuticule du haut de la capsule cérébrale, qui a ensuite été recouverte d’un petit morceau de pellicule plastique18. Bien que cela ait marqué le début de l’imagerie in vivo chez la drosophile, il y a eu depuis des progrès significatifs dans les techniques de préparation des mouches et l’administration de stimuli au microscope pour étudier des processus tels que l’apprentissage et la mémoire. Cependant, même aujourd’hui, la plupart des techniques de préparation des mouches pour l’imagerie in vivo impliquent l’anesthésie des mouches. Cette pratique présente des défis, car il existe de nombreuses preuves - et tout un domaine de recherche - démontrant comment l’anesthésie affecte la mémoire, ainsi que d’autres processus cognitifs et physiologiques. Par exemple, une étude a été menée pour comprendre les effets de différents anesthésiques très couramment utilisés en laboratoire (dioxyde de carbone, isoflurane, sévoflurane et choc thermique). Ils ont constaté que plus l’exposition à l’anesthésie était longue, plus le temps de récupération augmentait, modifiait l’activité locomotrice, réduisait la fécondité et pouvait avoir un impact sur les réserves d’eau et de lipides. De plus, il a été rapporté que l’administration d’une anesthésie par choc froid immédiatement après l’entraînement peut complètement perturber la mémoire à court terme21. De cette première étude, on sait maintenant que chez la drosophile, il existe une mémoire non consolidée (mémoire sensible à l’anesthésie) qui se dégrade en 6 à 8 heures, et une forme de mémoire consolidée (mémoire résistante à l’anesthésie) qui se forme progressivement après l’apprentissage et peut durer environ 24 h41. Sur cette base, l’anesthésie peut affecter le traitement cognitif et l’activité des neurones, ce qui permet finalement une bonne expression de la mémoire.
Les effets de l’anesthésie sur la mémoire ne se limitent pas à la drosophile. De nombreuses études sur l’homme et d’autres mammifères ont démontré des résultats similaires. Par exemple, une étude transversale réalisée dans un hôpital universitaire a révélé que la mémoire à court terme était significativement réduite chez les patients 24 h après l’anesthésie générale42. Une autre étude réalisée chez la souris a révélé que l’anesthésie générale réduisait considérablement la dynamique des pointes, les ensembles cellulaires décorrélés et modifiait la dynamique de la colonne vertébrale dans la région CA1 de l’hippocampe, une zone cérébrale importante impliquée dans l’apprentissage et la mémoirechez les mammifères. Pour surmonter ces difficultés, l’objectif de cette étude est de fournir un nouveau protocole qui élimine l’utilisation de l’anesthésie lors de la préparation de la mouche pour l’imagerie in vivo , laissant le corps de la mouche complètement libre. Cette approche permet des enregistrements plus précis de l’activité neuronale, améliore la santé des mouches pour les enregistrements plus longs et élimine les effets confondants possibles de l’anesthésie par rapport aux autres approches. Ce protocole est conçu pour enregistrer l’activité des neurones chez la drosophile, en examinant spécifiquement comment les neurones présentent une plasticité pendant et après l’expérience d’apprentissage. Cependant, le protocole de dissection est polyvalent et peut être adapté à diverses applications dans la recherche en imagerie en direct.