Quand l'imagerie révolutionne la connaissance du système visuel

C'est une véritable révolution dans la compréhension du système visuel que vient d'initier une nouvelle technologie d'imagerie. En effet, avant l'imagerie ultrasonore ultrarapide, jamais l'activité cérébrale n'avait pu être suivie d'aussi près, avec autant de précision. En révélant les structures fonctionnelles dans la profondeur du cortex visuel, elle pourrait à terme permettre de mieux connaître le système visuel et, par conséquent, une meilleure compréhension des différentes pathologies visuelles.

La vue, de l'œil au cerveau

Déjà de nombreuses années que les chercheurs tentent de reproduire artificiellement le système visuel humain, notamment pour rendre la vue aux personnes qui en sont privées. Toutefois la vision est un phénomène complexe, dont on ne connaît pas encore aujourd'hui tous les rouages. Si l'œil humain est un organe particulièrement sophistiqué, on sait également que la vision est rendue possible grâce aux circuits neuronaux de la rétine qui modulent l'activité du cerveau. En effet, la lumière est captée par les photorécepteurs, c'est-à-dire les cônes et les bâtonnets qui tapissent le fond de la rétine, puis convertie en signaux électriques qui sont ensuite, via le nerf optique, envoyés dans différentes zones du cerveau, dont le cortex visuel. C’est au niveau de ce dernier que la lumière initiale va être “reconstituée” en fonction des signaux transmis. Ainsi nos yeux servent à recevoir et transmettre l'information au cerveau qui l’analyse et lui donne un sens. C'est pourquoi il est courant de dire que l'on voit avec le cerveau.

Crédit photo : © Institut de la vision, Paris, France

L'imagerie, pour comprendre les circuits de la vision

Des progrès considérables ont été réalisés en imagerie médicale ces dix dernières années, permettant de mieux comprendre l'organisation, le développement et le fonctionnement du processus de vision. Par exemple, l'Institut de la Vision, centre de recherche scientifique entièrement dédié aux maladies de l’œil et de la vision à Paris, a été le premier au monde à utiliser un microscope à feuillet de lumière permettant aux chercheurs de visualiser en 3D les neurones préalablement marqués dans un contexte de tissus rendus transparents à la lumière. En juin 2020, une étude dirigée par Serge Picaud, physiopathologiste à l'Institut de la Vision (Sorbonne Université/Inserm/CNRS), et Mickael Tanter, physicien au laboratoire Physique pour la médecine (ESPCI Paris-PSL/Inserm/CNRS) et directeur de l’ART Ultrasons biomédicaux, a mis en avant le potentiel d'une nouvelle technique innovante : l'imagerie ultrasonore ultrarapide, dont la spécificité est de pouvoir suivre l'activité cérébrale dans toute la profondeur du cerveau. Une première !

Colonnes de dominance oculaire dans le cortex visuel du primate non-humain après visualisation par imagerie ultrasonore ultrarapide.
Crédit photo : ©Kevin Blaize, Institut de la vision, Paris, France

Le potentiel de l'imagerie ultrasonore pour mieux comprendre le cortex visuel

A l'heure actuelle, l'IRMf (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle) compte parmi les principales techniques pour comprendre le fonctionnement cérébral, mais elle se heurte à de nombreuses limites. Les technologies optiques également offrent une haute résolution mais seulement pour l'observation des structures à la surface du cerveau mis à nu. Avec l'imagerie ultrasonore ultrarapide, c'est un nouveau cap qui est franchi puisqu'il est désormais possible de visualiser les structures fonctionnelles profondes dans le cortex visuel sur un animal éveillé effectuant une tâche de comportement. L'étude réalisée par Serge Picaud, Kévin Blaize et Mickael Tanter souligne qu'en une heure, la projection du champ visuel sur le cortex peut être reconstruite et ce, même dans les sillons profonds du cortex visuel. Véritable révolution : il est même possible de distinguer les informations en provenance de l'œil droit et celles de l'œil gauche, visibles sous la forme de colonnes de dominance oculaire. Cette technique d'imagerie permet même de “distinguer l’extension de ces colonnes dans les différentes couches du cortex visuel et donc la zone d’intégration des informations visuelles provenant de chacun des deux yeux, ce que seule l'histologie sur coupes de cerveau avait permis de visualiser.” Cette visualisation des couches du cortex est le fruit d'un partenariat pluridisciplinaire mettant en commun les connaissances sur le système visuel, le cerveau et l'imagerie ultrasonore ultrarapide. Nul doute que cette nouvelle technique d'imagerie permettra de mieux observer, analyser et comprendre les circuits de la vision et, plus généralement, l'activité du cerveau. Des progrès indispensables pour mieux appréhender puis traiter voire guérir les pathologies visuelles associées.

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