Les scientifiques avicoles de la Station expérimentale agricole de l’Arkansas découvrent les complexités du cerveau des oiseaux et trouvent des moyens plus rentables de le faire.
Les scientifiques ont cartographié les voies neurologiques complexes qui contrôlent la vision chez les poulets avec des modèles 3D détaillés des connexions entre les yeux et quatre régions du cerveau. La recherche, intitulée « Cartographie de la voie tectofuge visuelle aviaire à l’aide de la reconstruction 3D », a été acceptée pour publication dans Journal de neurologie comparée. Un document de recherche distinct a été rédigé sur la voie thalamofuge.
Wayne Kuenzel, professeur de physiologie et de neuroendocrinologie au département des sciences avicoles de la Station expérimentale, a déclaré que cette technique est un moyen plus rentable de créer des images 3D de haute qualité similaires à la technologie d’imagerie par résonance magnétique, ou IRM. Il a également déclaré que la méthode bénéficierait à l’enseignement de l’anatomie complexe et élargirait les outils des chercheurs en sciences animales. La station expérimentale est le bras de recherche de la division du système agricole de l’Université de l’Arkansas.
“La chose la plus importante à propos de cette technologie est qu’il s’agit d’une procédure simple et peu coûteuse”, a déclaré Künzel. « Je suis sûr que cela gagnera du terrain avec le temps et attirera un public plus large. »
Parker Straight, auteur principal de la publication de recherche, a obtenu une maîtrise ès sciences à Kuenzel au Centre d’excellence pour la science avicole de la Division de l’agriculture. Straight a ensuite travaillé comme associé de recherche clinique et consultant en recherche en neuroanatomie aviaire avec Kuenzel pendant qu’ils mettaient à jour « Atlas stéréotaxique du cerveau du poulet », un livre sur l’anatomie du cerveau du poulet publié pour la première fois par Kuenzel en 1988.
Paul Gignac, professeur agrégé de médecine cellulaire et moléculaire au Collège de médecine de l’Université d’Arizona – Tucson, était membre du comité de thèse de Parker et co-auteur de l’étude d’imagerie 3D.
“Non seulement il s’agit d’une recherche de haute qualité, mais elle sera également utile à l’enseignement”, a déclaré Kuenzel à propos du travail de Straight. « La voie visuelle tectofuge comporte quatre structures neuronales critiques dans quatre régions cérébrales différentes. Les représenter graphiquement en 3D vous permet de voir l’intégralité du chemin dans une seule image et devrait donc rendre l’apprentissage de l’ensemble du chemin plus rapide et potentiellement plus permanent.
Pour créer la nouvelle imagerie 3D, Straight dit avoir combiné une méthode d’imagerie traditionnelle appelée histochimie avec une méthode d’imagerie plus récente appelée DiceCT, qui signifie « tomodensitométrie à contraste amélioré diffusible à base d’iode ».
L’histochimie utilise des réactifs chimiques tels que des colorants pour colorer les tissus et permettre l’analyse d’images. DiceCT est comme une IRM, a expliqué Straight, mais au lieu d’un grand aimant et d’ondes radio, il utilise de l’iode pour colorer les tissus afin qu’un observateur puisse voir des groupes de cellules entre les faisceaux de fibres. DiceCT utilise des scanners à rayons X pour découper « numériquement » l’objet biologique examiné.
Straight, Gignac et Kuenzel ont modélisé la voie tectofuge, la principale voie visuelle chez les poulets, en combinant les technologies avec des programmes informatiques de reconstruction de données tels que Brainmaker, Avizo et Blender. Kuenzel a déclaré que Gignac, ainsi que de nombreux scientifiques, ont joué un rôle déterminant dans le développement et la description de la procédure DiceCT.
L’iode utilisé dans diceCT n’est pas permanent et peut être retiré du tissu de l’échantillon sans endommager ni déformer le tissu, ce qui est important pour l’intégrité de l’imagerie 3D, a ajouté Straight.
“Comme la méthode est moins coûteuse, elle est accessible à beaucoup plus de chercheurs qui n’envisagent souvent pas d’utiliser l’IRM en raison du coût ou de la disponibilité”, a déclaré Straight.
Kuenzel a noté que le document de recherche pourrait également « élargir la variété des scientifiques qui pourraient y contribuer ». Journal de neurologie comparée à votre liste de magazines que vous souhaitez consulter régulièrement.
Parker Straight est l’auteur principal de l’étude qui a cartographié le cerveau d’un poulet à l’aide de l’imagerie 3D. (Photo gracieuseté)
Pourquoi est-ce important
Straight a déclaré que la méthode hybride de numérisation 3D peut être utilisée pour étudier la neurobiologie à grande échelle, comme la morphologie d’une région cérébrale, et à une échelle plus détaillée, comme l’étude d’une seule voie neurologique. Un exemple d’utilisation potentielle de cette technologie serait d’évaluer les changements ou les schémas de lésions à différents stades d’une maladie.
D’autres exemples, a-t-il ajouté, pourraient inclure le suivi des neurones sur de longues distances sans rompre la connexion, ainsi que la comparaison des différences structurelles et de leur relation avec différents modèles de comportement.
“La liste est assez longue en ce qui concerne la manière dont cette méthode peut s’avérer utile pour la recherche”, a déclaré Straight. “J’espère que cette étude stimulera d’autres recherches sur la neurobiologie animale utilisant des méthodes 3D et sa comparaison avec la neurobiologie humaine.”
Straight a noté que si un chercheur voulait mettre en œuvre le pipeline d’imagerie exact qu’il a utilisé, l’oiseau devrait être euthanasié. Cependant, la partie diceCT de la méthode d’imagerie peut être réalisée sur des animaux vivants s’ils sont suffisamment sédatifs pour qu’un chercheur puisse créer une analyse 3D nette.
La recherche a été financée en partie par des subventions du Fonds d’innovation du chancelier de l’Université de l’Arkansas et de l’Arkansas Biosciences Institute.