Valentina Emiliani

Valentina EmilianiDirectrice de recherche CNRS à l'Institut de la Vision

Proof of concept

Valentina Emiliani est directrice de recherche CNRS à l’Institut de la Vision, à Paris. Après avoir obtenu un doctorat en physique à l’Université La Sapienza de Rome, elle a travaillé en tant que chercheuse post-doctorale à l’Institut Max Born (Berlin), puis au Laboratoire européen de spectroscopie non linéaire (Florence). En 2002, elle rejoint l’Institut Jacques Monod (Paris). Recrutée au CNRS comme CRCN (2004), elle fonde (2005) le groupe « Wave Front Engineering Microscopy » à l’Université Paris Descartes. En 2014, elle dirige le laboratoire de Neurophotonique de la même université. En 2018, elle a rejoint l’Institut de la Vision avec son groupe. Elle a reçu la médaille d’Argent du CNRS en 2021.

Elle est pionnière dans l’application des techniques de modulation de front d’onde en neurosciences. Elle a notamment développé plusieurs méthodes — telles que l’holographie générée par ordinateur, le contraste de phase généralisé et la mise au point temporelle combinée à l’excitation multiphotonique — pour sculpter le volume d’illumination selon une forme parfaitement adaptée à la cible choisie. Combinée à l’optogénétique ou à l’imagerie du voltage, la modulation de front d’onde permet un contrôle de l’activité neuronale avec une précision spatiotemporelle inégalée. Ses travaux ont ouvert la voie à une manipulation entièrement optique des circuits cérébraux avec une résolution à l’échelle cellulaire, une méthodologie essentielle pour perturber ou activer les circuits neuronaux afin d’explorer le fonctionnement du cerveau.

ERC PoC 2025 : Two-photon miniaturized integrated neuro-optical photon system for neuronal circuits investigaiton in freely moving primates (2P-MINOPS)

La révolution de l’optogénétique a commencé avec la découverte de protéines photosensibles (opsines) activables par la lumière. Leur utilisation permet de contrôler l’activité de populations neuronales spécifiques permettant pour la première fois une cartographie fonctionnelle du cerveau. Cependant, l’illumination à champ traditionnellement utilisée en optogénétique active de façon synchrone de grandes populations de neurones, et ne permet pas d’atteindre la précision nécessaire pour reproduire les schémas de décharge complexes et naturels des circuits neuronaux. Pour dépasser cette limitation, le laboratoire d’Emiliani a développé « l’optogénétique de circuit », combinant holographie générée par ordinateur, focalisation temporelle et excitation bi-photonique.  Cette technique permet d’obtenir un contrôle optogénétique des circuits neuronaux avec une précision temporelle à l’échelle de la milliseconde, et une précision spatiale qui permet de cibler des cellules uniques en profondeur dans le tissu cérébral. Ces méthodes ont permis une cartographie et une manipulation des circuits neuronaux chez la souris avec une précision sans précédent.

Le projet HOLOVIS permet plusieurs avancées importantes. Grâce au ciblage holographique séquentiel ultra-rapide, il est possible d’augmenter le nombre de cibles atteignables. L’holographie tri-photonique permet, elle, d’atteindre des couches profondes du cerveau. Enfin, l’endoscopie holographique bi-photonique rend possible le contrôle optogénétique de circuits neuronaux chez des souris qui se déplacent librement. L’objectif actuel est de réussir à appliquer cette même précision aux primates non humains. Le projet vise à développer 2P-MINOPS qui est un système bi-photonique intégré et miniaturisé s’appuyant sur les avancées récentes en matière de sources, modulateurs et détecteurs miniaturisés. Cette plateforme permettra l’étude et la manipulation optiques sans fil des circuits cérébraux chez des primates en mouvement libre, ouvrant la voie à de nouvelles recherches sur les fonctions cérébrales complexes dans des modèles plus proches de l’humain.

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