Une fibre optique aussi fine qu’une mèche de cheveux est prometteuse pour une utilisation dans des études peu invasives des tissus profonds du cerveau des patients qui montrent les effets de la maladie d’Alzheimer et d’autres troubles cérébraux. La recherche pourrait ouvrir la voie à une imagerie cérébrale in vivo peu invasive dans des études en laboratoire et à la surveillance de l’activité neuronale au fil du temps chez les patients atteints de troubles neurologiques.
« La fibre multimode ultra-fine s’insérerait facilement dans une aiguille d’acupuncture, et nous savons que ces aiguilles peuvent être insérées dans le corps de n’importe qui sans presque aucune douleur, permettant potentiellement une imagerie des tissus profonds en temps réel », a déclaré le co-auteur Benjamin Lochocki, de Vrije Universiteit. Amsterdam.
Le défi consiste à augmenter efficacement la résolution de l’image au niveau subcellulaire, car la perte d’informations est inévitable à cause du brouillage de la lumière. Dans Photonique APLdes chercheurs aux Pays-Bas relèvent ce défi avec l’imagerie compressive basée sur le chatoiement (SBCI) qui exploite à leur avantage le brouillage de la lumière des fibres multimodes.
Les fibres optiques, une solution bien connue pour guider la lumière sur de longues distances, ont de plus en plus retenu l’attention en microendoscopie comme un meilleur moyen d’accéder aux tissus profonds, en raison de leurs dimensions minuscules. Ils éliminent également le besoin de marquage fluorescent, une étape compliquée et coûteuse.
Le brouillage de la lumière est généralement traité en façonnant le front d’onde d’un faisceau incident pour réduire la diffusion et créer un faisceau focalisé à l’extrémité distale de la fibre. Cependant, cette technique présente des limites en termes de vitesse d’acquisition et de production d’images de tissus profonds de haute qualité.
Le SBCI modifie la position d’entrée du faisceau laser pour créer des motifs de chatoiement aléatoires multiples et non corrélés à la sortie de la fibre. Un algorithme informatique peut reconstruire une image de l’objet sur la base du motif et de ses informations collectées.
Cette « imagerie compressive » réduit la quantité de mesures de pixels nécessaires pour reconstruire une image de qualité similaire ou meilleure que l’imagerie raster de référence utilisée dans les endoscopes et microscopes conventionnels. SBCI peut produire des images haute résolution jusqu’à 11 fois plus rapidement, pour un espace trois fois plus grand, que l’approche traditionnelle de balayage raster.
La technique a été utilisée pour imager la lipofuscine, un pigment fluorescent lié à l’âge qui s’accumule au fil du temps en tant que déchet métabolique dans le soma, la partie des neurones qui contient le noyau et est responsable de la production de neurotransmetteurs. Une accumulation anormale de lipofuscine pourrait être associée à la progression de la maladie d’Alzheimer, bien que ce processus soit peu connu.
L’accumulation de pigment a été visualisée dans un échantillon de tissu cérébral d’un donneur patient atteint de la maladie d’Alzheimer obtenu par l’intermédiaire de la Netherlands Brain Bank.
Benjamin Lochocki et al, Imagerie par épi-fluorescence du cerveau humain à travers une fibre multimode, Photonique APL (2022). DOI : 10.1063/5.0080672