Comment ça a commencé. L'origine de NERF, leader mondial de la recherche sur le cerveau qui combine la biologie avec la nanotechnologie pour créer des innovations étonnantes.
S'appuyant sur le succès des recherches en neurosciences moléculaires du VIB, le directeur du VIB, Jo Bury, et le directeur de l'imec, Gilbert Declerck, ont invité les meilleurs esprits de Flandre, à la fois du VIB et de l'imec, à proposer la prochaine grande idée de la recherche sur le cerveau . « Nous les avons réunis dans une salle de conférence pour deux séances de remue-méninges, pour ainsi dire, nous ne les avons pas laissés sortir jusqu'à ce qu'ils proposent quelque chose de vraiment fou », dit Bury avec un large sourire. "Vous ne croiriez pas à quelle vitesse ils sont sortis à nouveau." Ce jour-là en 2008, Neuro Electronics Research Flanders, ou NERF, a commencé à prendre racine.
Ce n'est pas que NERF a commencé dans un garage, mais le "grand rêve" était là. « Tout le concept a commencé lorsque Gilbert Declerck, alors directeur de l'imec, l'institut de recherche en micro et nanotechnologies, et moi en avons parlé il y a 12 ans », raconte Jo Bury, directeur général du VIB. « Nous étions tous les deux à la tête d'un centre de recherche stratégique en Flandre, mais dans des domaines complètement différents – VIB en sciences de la vie, imec en microélectronique. Nous partagions tous les deux l'ambition idéaliste de fusionner les derniers gadgets de la biologie avec les toutes dernières micro et nanotechnologies.
Un concept intrigant, mais encore un peu flou. Leurs conversations sont devenues plus détaillées alors qu'ils réfléchissaient aux domaines des sciences biologiques qui pourraient être le plus profondément transformés par l'électronique.
"Bien sûr, nous sommes ensuite arrivés au cerveau et au système nerveux, un réseau complexe de voies pour les signaux électriques dans le corps", poursuit Bury. « Les neuroscientifiques du VIB cultivaient déjà des cellules cérébrales en laboratoire et nous nous demandions si nous pouvions développer de véritables réseaux neuronaux in vitro et mesurer leur activité électrique en temps réel. Nous en avons vraiment été mordus. »
Les scientifiques du VIB et les ingénieurs de l'imec se sont réunis et ont trouvé un moyen de faire croître des cellules nerveuses dans une grille alignée avec des capteurs pour mesurer leur activité. "C'était vraiment cool à voir", a ajouté Bury. « Mais c'était un peu artificiel et cela n'a pas conduit à une meilleure compréhension du fonctionnement du cerveau. L'équipe a dû travailler in vivo, c'est-à-dire étudier des animaux vivants, pour mesurer des réseaux réels et fonctionnels dans le cerveau. La question était de savoir comment.
L'équipe VIB/imec a rédigé une déclaration de vision sur l'électrophysiologie in vivo et a mené une étude d'étalonnage pour déterminer quelle technologie existait déjà pour l'imagerie cérébrale et ce que des chercheurs de premier plan avaient déjà fait. Bury :« Nous avons identifié un créneau prometteur et examiné si notre vision était faisable, réaliste et actuelle (ni trop tôt ni trop tard). L'étude de référence a révélé qu'il y avait beaucoup à faire en électrophysiologie, mais rien dans le sens que nous avions en tête :développer de nouveaux outils basés sur la microélectronique et la nanotechnologie pour mesurer l'activité cérébrale à haute résolution (des milliers de cellules nerveuses à la fois) chez les animaux vivants. , lors de certains comportements, pour étudier les réseaux dans le cerveau. Nous voulions essayer de comprendre comment les entrées sensorielles (vue, odorat,…) dans le cerveau sont traduites en souvenirs et sorties (activité, comportement,…).
« La première chose que nous devions faire était d'obtenir le capital de démarrage pour mettre cette ambition en pratique. Nous estimons qu'il nous faudrait au moins 20 millions d'euros pour lancer et mener à bien l'initiative. À cette fin, nous nous sommes associés à trois institutions fondatrices :l'imec, la KU Leuven et le VIB. L'initiative a également reçu le soutien du gouvernement flamand. L'étape suivante consistait à créer un laboratoire spécialisé pour lequel nous pourrions attirer les meilleurs scientifiques internationaux du domaine », explique Bury. « Notre tout premier chercheur principal au NERF était Emre Yaksi, un scientifique prometteur du MIT qui a travaillé sur le système olfactif du poisson zèbre; le début d'une grande aventure.
Bury :« Nous avons eu la chance que de vrais leaders mondiaux de la recherche aient été enthousiasmés et inspirés par notre vision et aient voulu faire partie du conseil consultatif scientifique international du NERF pour nous aider à attirer les bons profils et à développer les plans scientifiques et l'orientation du NERF.
L'équipe multidisciplinaire a commencé par étudier les entrées cérébrales - la vue, l'ouïe, l'odorat, le goût et le toucher - pour examiner les réponses que ces entrées ont suscitées à l'échelle du système, avec plusieurs neurones interagissant et créant des sorties sous forme de souvenirs et de réactions.
Cette double approche tripartite, alliant neurobiologie et nanotechnologies, a immédiatement fait ses preuves – et sa spécificité. « Le NERF est unique à cet égard », a déclaré Sebastian Haesler, actuel directeur du NERF. « La formule fonctionne :la technologie que nous développons ici est utilisée par les neuroscientifiques du monde entier.
Deux autres centres de recherche du VIB actifs dans la recherche sur le cerveau complètent le tableau. Le VIB-UAntwerp Center for Molecular Neurology se concentre sur les changements génétiques associés aux maladies neurodégénératives. Le VIB-KU Leuven Center for Brain Research s'intéresse à la prochaine étape :les mécanismes cellulaires et moléculaires qui causent les maladies physiques.
« Le NERF est la troisième étape, reliant les domaines de la neurobiologie et de la nanotechnologie pour mieux comprendre le fonctionnement des neurones dans le cerveau humain », a ajouté Haesler.
Aujourd'hui, le NERF abrite six groupes de recherche qui représentent ensemble une masse critique d'environ 60 scientifiques d'horizons différents :bioingénieurs, généticiens, neurobiologistes, physiciens, mathématiciens, ... Tous les groupes sont dirigés par des scientifiques de premier plan dans leur domaine, attirés internationalement de Harvard, MIT, FMI, Max Planck, etc. Les chercheurs principaux du NERF ont été responsables de plusieurs percées importantes au fil des ans, établissant une réputation mondiale en tant que centre de recherche en neurosciences de premier plan.
L'une de ces percées a été réalisée par le groupe de Karl Farrow visant à découvrir les interconnexions entre différents neurones, tels que ceux des yeux, qui détectent la lumière et l'obscurité, et ceux du cerveau, qui sont responsables de la traduction des signaux en images que nous pouvons interpréter », dit Haesler. "Nos scientifiques ont découvert des réseaux complètement nouveaux à cet égard et ont publié leurs résultats dans la principale revue Neuron."
Dirigés par Alan Urban, les chercheurs du NERF ont également développé des techniques d'imagerie par ultrasons, qui permettent des mesures à haute résolution de l'activité cérébrale entière en fonction du flux sanguin. On étudie actuellement si la technique peut être utile pour déterminer une carence en oxygène ou des lésions cérébrales chez les bébés prématurés, où le crâne n'est pas encore complètement fermé.
Les dernières grandes nouvelles de NERF ? « Cela devrait être 'Neuropixels' », répond immédiatement Haesler.
Les neuropixels, développés par l'imec en collaboration avec le NERF et un consortium international de partenaires et de collaborateurs, sont de minuscules électrodes - dont des milliers tiennent sur la pointe d'une sonde aussi fine qu'un cheveu - capables de mesurer l'activité de milliers de cellules nerveuses dans un cerveau à la fois. .
"Nous pouvons enregistrer cette activité sur de plus longues périodes - cela est utile non seulement pour accroître notre compréhension des processus cérébraux tels que l'apprentissage et la mémoire, mais aussi celle des maladies du cerveau", explique Haesler. « NERF a collaboré avec cinq grands instituts internationaux pour développer Neuropixels 2.0. Celles-ci sont trois fois plus petites que la première génération et sont capables d'enregistrer l'activité électrique dans 6000 emplacements du cerveau simultanément et sur de plus longues périodes. Les scientifiques du monde entier utilisent ces développements pour étudier le cerveau avec des détails sans précédent. »
Avec le recul, l'histoire de NERF semble être l'une des seules réussites. "Mais combiner les différentes cultures et expertises de recherche a également présenté des obstacles", se souvient Bury. « Je pense, par exemple, à introduire la biologie dans une organisation qui n'avait absolument pas l'habitude de travailler avec des organismes vivants. Heureusement, nous avons trouvé une bonne façon de travailler ensemble, dans un nouvel environnement, complètement à partir de zéro. Je dois dire que je suis très fier du chemin que nous avons parcouru ensemble.
Cependant, Bury n'a pas perdu son attitude de «rêve en grand» et Haesler est sur la même longueur d'onde. "Nous pouvons maintenant mesurer et enregistrer avec précision l'activité de milliers de cellules nerveuses dans un cerveau vivant. Mais voici une autre idée folle :qu'en est-il de mesurer individuellement l'activité d'une seule cellule nerveuse aux différents endroits où elle entre en contact avec les autres ? Cellules nerveuses ?" Bury se demande "En effet", ajoute Haesler, "Nous avons encore tant à découvrir !" Consultez également l'article "De nouvelles incitations favorisent l'apprentissage".
