Endoscopy for in-vivo two photon fluoresence imaging of neurons in the hippocampus and cortex of mice

Développements endoscopiques pour l’imagerie par fluorescence à deux photons in vivo des neurones crâniens de la souris Les neuroscientifiques ont de plus en plus recours aux techniques optiques pour sonder les réseaux neuronaux en raison de l'excellente résolution spatiale, de la possibilité de mesurer simultanément à plusieurs endroits dans l'espace et de la spécificité cellulaire et subcellulaire grâce à l'utilisation de sondes ciblées. Ainsi, la recherche et le développement de dispositifs montés sur la tête, tels que les mini-microscopes et les endoscopes, qui permettent l'imagerie des neurones chez les animaux se déplaçant librement (comme les souris) ont connu une augmentation significative ces dernières années. Cette thèse présente l'état d'avancement des travaux de l'Institut Fresnel, de l'Institut Méditerranéen de Neurobiologie (INMED) et de collaborateurs concernant le développement et l'application de deux technologies différentes d'endoscopes permettant l'imagerie in-vivo des neurones chez la souris. La première technologie d'endoscope présentée dans cette thèse est un endoscope "sans lentille" où le guide d'ondes est un faisceau de fibres monomodes multi-cœurs. Grâce à la mise en forme du front d'onde du champ couplé et à la connaissance de la matrice de transmission de la fibre optique, un point focal est formé et balayé dans le champ de vision, puis le signal de fluorescence rétro diffusé est collecté et propagé vers un détecteur. Le principal avantage de cette technique est l'absence de tout composant optique ou mécanique à l'extrémité distale, ce qui signifie que la tête de l'endoscope est aussi fine que la fibre optique elle-même (quelques 100 um). Cela permet d'insérer l'endoscope directement dans les tissus et d'imager des plans auparavant inaccessibles avec les techniques optiques. La deuxième technologie présentée dans cette thèse est un système de micro-endoscope entièrement intégré basé sur une fibre à coeur creux. Le système se compose d'un micro-endoscope et d'un casque permettant de fixer l'endoscope sur la tête des souris pour des expériences d'imagerie en mouvement libre. Le guide d'ondes utilisé ici est une fibre creuse à double gaine, tubulaire, anti résonante. Ces fibres ont une large bande de transmission, une faible dispersion de vitesse de groupe et introduisent très peu de distorsion temporelle ou spectrale aux impulsions femtosecondes nécessaires à l'imagerie de fluorescence à 2 photons. Le balayage est mis en œuvre à l'aide d'un tube piézoélectrique miniature à double résonance, qui permet d'obtenir un champ de vision électriquement accordable allant jusqu'à 300 microns à des fréquences d'images allant jusqu'à 10 Hz. Enfin, certains des premiers résultats de l'imagerie in-vivo du cortex et de l'hippocampe de souris réalisée avec cet endoscope sont présentés