Des chercheurs du LNO du SPEC (UMR CEA-CNRS), en collaboration avec des équipes de l’Ernst Strüngmann Institute (ESI), démontrent pour la première fois la possibilité d’enregistrer in vivo la signature magnétique de potentiels d’action de neurones individuels, ouvrant une nouvelle voie pour l’étude des circuits neuronaux.
Mesurer l’activité des neurones repose aujourd’hui principalement sur leurs signaux électriques. Pourtant, ces courants s’accompagnent nécessairement de champs magnétiques, théoriquement porteurs d’informations complémentaires et moins perturbées par les tissus biologiques. Jusqu’à présent, si ces signaux magnétiques sont accessibles à grande échelle (magnétoencéphalographie), leur détection au niveau d’un neurone unique in vivo constituait un verrou majeur, en raison de leur très faible amplitude et des contraintes technologiques associées.
Pour relever ce défi, les chercheurs ont développé des capteurs miniaturisés basés sur la magnétorésistance géante (GMR), intégrés sur des microsondes capables d’être insérées au plus près des neurones. Ces capteurs présentent une sensibilité permettant de détecter des champs dans la gamme du nanotesla. Les estimations indiquent qu’un potentiel d’action génère un signal magnétique d’environ 1 nT à 1 µm de la source et d’environ 50 pT à 10 µm, dans une bande passante typique de 500 à 5 000 Hz, illustrant l’extrême difficulté expérimentale.
L’apport majeur de cette étude est la démonstration expérimentale, après tri des signaux permettant d’isoler des neurones individuels, de signatures magnétiques corrélées à des potentiels d’action. Sur l’ensemble des enregistrements, quelques unités présentent une corrélation significative entre signaux électriques et magnétiques, avec des amplitudes mesurées de l’ordre de quelques nanoteslas. Ces résultats constituent une preuve de principe de la faisabilité de l’enregistrement magnétique de potentiels d’action in vivo, bien que la détection reste limitée et nécessite un moyennage sur de nombreux événements.
Au-delà de la performance expérimentale, cette avancée ouvre des perspectives importantes pour les neurosciences. Les signaux magnétiques, peu affectés par les propriétés des tissus et porteurs d’une information directionnelle, pourraient compléter les approches électriques pour mieux caractériser les circuits neuronaux. L’étude souligne toutefois que des améliorations de sensibilité et de configuration des capteurs sont nécessaires pour permettre des enregistrements plus systématiques et, à terme, l’accès direct aux potentiels d’action individuels sans moyennage, ouvrant la voie à de nouvelles méthodes d’exploration du cerveau.
Référence
« In vivo magnetic recording of single-neuron action potentials », Frederike Klein, Patrick Jendritza, Chloé Chopin, Mohsen Parto-Dezfouli, Aurélie Solignac, Claude Fermon, Myriam Pannetier-Lecoeur, Pascal Fries, Journal of Neurophysiology 134 (2026).
Collaboration
Contact CEA
Myriam Pannetier-Lecoeur, Laboratoire Nano-Magnétisme et Oxydes – LNO, Service de Physique de l’État Condensé – SPEC, CEA-IRAMIS.