L’optogénétique récompensée par le Nobel : un siècle d’innovations pour cartographier et contrôler le cerveau

Source: The Conversation – France in French (2) – By Kimberlee D’Ardenne, Assistant Research Professor in Psychology, Arizona State University

L’optogénétique, l’une des découvertes majeures qui permet de mieux comprendre le cerveau. akinbostanci/iStock via Getty Images Plus

L’ESSENTIEL

Le Nobel de médecine 2026 récompense les travaux à l’origine de l’optogénétique, qui permet de contrôler l’activité des neurones grâce à la lumière.
Cette avancée s’inscrit dans une longue histoire technologique : visualiser le cerveau, mesurer son activité, puis parvenir à la modifier avec toujours plus de précision.
L’optogénétique et d’autres techniques pourraient à terme contribuer à traiter la perte de vision, Parkinson, l’épilepsie ou certaines maladies neurodégénératives.

Le cerveau est d’une complexité vertigineuse, ce qui est à la fois intimidant et fascinant pour les neuroscientifiques comme moi. Dans un seul millimètre cube – soit à peu près le volume d’une graine de pavot –, on trouve des dizaines de milliers de neurones et d’autres cellules assurant le bon fonctionnement du cerveau, qui s’influencent tous les uns les autres.

Comment les neuroscientifiques parviennent-ils à comprendre une telle complexité ? Et comment en sont-ils arrivés à pouvoir contrôler l’activité de neurones uniquement en projetant différentes couleurs de lumière sur le cerveau ?

La réponse tient en quelques mots : avancer étape par étape, en s’appuyant sur les progrès technologiques.

En revenant sur certaines des avancées qui ont permis aux chercheurs d’atteindre notre compréhension actuelle du fonctionnement du cerveau, on peut entrevoir les orientations que pourraient prendre les neurosciences à l’avenir. En effet, les progrès technologiques ayant permis le développement des neurosciences ont suivi, dans les grandes lignes, un même cheminement : il s’agissait d’abord de visualiser le cerveau, puis de mesurer son activité et, enfin, de la contrôler.

L’optogénétique utilise la lumière pour contrôler l’activité neuronale.
Jonathan Nackstrand/AFP

L’optogénétique est une technique qui utilise la lumière pour influencer le fonctionnement des neurones et contrôler leur activité à l’échelle de la milliseconde. Les chercheurs dont les travaux ont conduit à cette technique ont reçu le prix Nobel de médecine 2026.

Le niveau de contrôle que permet l’optogénétique laisse entrevoir la possibilité d’agir à des fins thérapeutiques sur l’activité du cerveau d’une manière qui, il y a peu, aurait relevé de la science-fiction : restaurer la vision, réduire la douleur ou traiter certaines maladies, comme l’épilepsie ou certains troubles de santé mentale.

D’abord visualiser le cerveau

Les neuroscientifiques ont commencé à découvrir à quoi ressemblent les neurones et comment ils sont reliés entre eux grâce à des taches colorées et à des microscopes.

À la fin du XIX^e siècle, le neuroscientifique et artiste espagnol Santiago Ramón y Cajal dessinait ce qu’il observait au microscope. Il examinait des échantillons de tissu cérébral colorés à l’aide de sels d’argent, afin de rendre visibles les neurones individuellement. Cette technique avait été mise au point par le neuroscientifique italien Camillo Golgi.

En dessinant ses observations, Cajal s’interrogeait sur la manière dont les neurones pouvaient s’influencer mutuellement par l’intermédiaire de leurs connexions. Les idées qu’il a alors élaborées constituent aujourd’hui l’un des fondements de notre compréhension des mécanismes d’apprentissage et de mémorisation. Ces travaux ont valu aux deux scientifiques le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1906.

Puis, dans les années 1970, les chercheurs commencent à colorer le cerveau un peu différemment, avec les traçages (ou marquages) antérograde et rétrograde. Ces méthodes leur permettent de cartographier les différents types de connexion entre les neurones du cerveau.

Aujourd’hui, on sait visualiser le cerveau avec un niveau de détail bien supérieur, par exemple avec la microscopie électronique, qui consiste à envoyer un faisceau d’électrons sur un objet afin d’en obtenir une image à l’échelle atomique, et la microscopie d’expansion, qui utilise le même type de gel que celui présent dans les couches pour bébés pour agrandir physiquement un échantillon de tissu et ainsi observer chaque cellule et ses connexions.

Associées à des algorithmes d’intelligence artificielle, ces techniques permettent aux scientifiques de révéler toute la complexité contenue dans un seul millimètre cube de tissu cérébral.

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) a elle aussi profondément transformé notre compréhension du cerveau. L’IRM fonctionnelle permet aux neuroscientifiques d’observer de manière non invasive l’activité cérébrale en mesurant les variations du débit sanguin dans l’ensemble du cerveau. En 2003, le prix Nobel de physiologie ou médecine a récompensé la mise au point de techniques d’IRM qui ont rendu possible l’IRM fonctionnelle : les séquences d’imagerie rapide et le codage spatial.

L’ensemble de ces méthodes de visualisation et de grossissement a contribué à l’émergence d’un domaine appelé la « connectomique », qui vise à cartographier toutes les connexions entre les neurones.

Mesurer l’activité des neurones

Voici comment on peut visualiser la structure et l’organisation du cerveau. Pour comprendre comment les neurones communiquent entre eux, c’est du côté des signaux électriques qu’il faut se pencher.

Les neuroscientifiques Alan Hodgkin et Andrew Huxley ont reçu le prix Nobel de médecine en 1963 pour leurs travaux sur l’enregistrement et la mesure des impulsions électriques produites par les neurones. Pour communiquer entre eux, ceux-ci propagent ces signaux électriques, appelés potentiels d’action.

Aujourd’hui, les sondes utilisées par les neuroscientifiques pour mesurer l’activité électrique des neurones permettent d’enregistrer simultanément l’activité de centaines de neurones situés dans différentes régions du cerveau.

Les recherches exploitant ces méthodes d’enregistrement en simultané bouleversent notre compréhension du fonctionnement du cerveau. Une série d’études publiées en 2025 a ainsi montré que, lorsqu’un animal prend une décision, 95 % du cerveau participe activement au processus, et pas seulement les neurones des régions cérébrales habituellement associées à la prise de décision.

Contrôler l’activité des neurones

La possibilité de contrôler l’activité de neurones spécifiques existe depuis la fin des années 1980, lorsque le neurochirurgien français Alim-Louis Benabid a mis au point la technique de stimulation cérébrale profonde afin d’atténuer les symptômes de la maladie de Parkinson.

La stimulation cérébrale profonde agit un peu comme un pacemaker de l’activité cérébrale. Aujourd’hui, les chercheurs étudient la possibilité d’utiliser cette technique pour soulager les symptômes de certains troubles de santé mentale, notamment le trouble obsessionnel compulsif, la dépression majeure ou encore l’hyperphagie boulimique.

Si ses résultats peuvent être spectaculaires, la stimulation cérébrale profonde reste une méthode relativement peu précise pour contrôler l’activité neuronale, car l’électrode implantée agit sur toutes les cellules situées à proximité. Les chercheurs développent cependant des techniques plus précises, offrant une meilleure résolution, afin d’étudier le fonctionnement du cerveau mais aussi d’agir sur lui.

L’un des aspects les plus prometteurs de l’optogénétique est qu’elle pourrait également permettre de traiter certaines maladies. Les chercheurs évaluent actuellement sa capacité à atténuer les symptômes ou à améliorer le traitement de la perte de vision, la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, l’épilepsie et la sclérose en plaques, le diabète et le cancer, entre autres.

Quand les neurosciences utilisent les virus

Les neurones ne réagissent pas naturellement aux lumières utilisées en optogénétique. Les neuroscientifiques doivent donc leur donner des instructions afin qu’ils modifient leur membrane cellulaire et produisent certaines protéines sensibles à la lumière. Pour cela, ils transmettent directement ces instructions aux neurones à l’aide d’un virus inoffensif.

L’optogénétique n’est pas la seule technique de neurosciences à utiliser des virus pour transmettre des instructions aux neurones. C’est également le cas d’une méthode appelée DREADD, pour « designer receptors exclusively activated by designer drugs » (« Récepteurs de synthèse activés exclusivement par des molécules de synthèse. », en français), qui repose sur des récepteurs spécialement conçus pour être activés par des molécules elles-mêmes spécifiquement conçues à cet effet.

Comme l’optogénétique, les DREADD permettent aux neuroscientifiques de contrôler l’activité des neurones. Mais alors que l’optogénétique utilise la lumière pour cibler un groupe précis de neurones et contrôler son activité, les DREADD agissent par voie chimique, selon un mécanisme comparable à celui d’une clé et d’une serrure qui ne fonctionneraient qu’avec certains types de neurones ou dans une région précise du cerveau.

Les DREADD utilisent le même type de virus inoffensif pour donner aux neurones l’instruction de modifier leurs récepteurs chimiques, afin qu’ils ne répondent plus qu’à des médicaments spécifiques. Plusieurs essais cliniques évaluent actuellement la possibilité d’utiliser cette technique pour traiter des maladies comme celle de Parkinson, l’épilepsie ou les douleurs neuropathiques.

À l’avenir, une intervention chirurgicale utilisant une lumière rouge ou bleue pourrait permettre de restaurer la vision ou d’enrayer la progression de maladies neurodégénératives. Une combinaison de médicaments pourrait, quant à elle, réduire l’anxiété ou traiter l’épilepsie. Ces traitements seraient l’aboutissement de décennies de travaux visant à identifier précisément les zones du cerveau qui dysfonctionnent, puis à modifier ou ajuster l’activité des neurones qui s’y trouvent.

À mes yeux, l’avenir des neurosciences s’annonce lumineux.

Kimberlee D’Ardenne a reçu des financements des National Institutes of Health et de la National Science Foundation.

– ref. L’optogénétique récompensée par le Nobel : un siècle d’innovations pour cartographier et contrôler le cerveau – https://theconversation.com/loptogenetique-recompensee-par-le-nobel-un-siecle-dinnovations-pour-cartographier-et-controler-le-cerveau-293722