La stimulation cérébrale profonde sans des implants

Les chercheurs ont réussi à effectuer la stimulation cérébrale profonde sans des implants. Une méthode non invasive pour analyser les régions profondes du cerveau.


Une stimulation TI stimule une zone dans l'hippocampe d'une souris (la couleur vert clair) via le marquage par C-Fos - Crédit : Nir Grossman, Ph.D., Suhasa B. Kodandaramaiah, Ph.D., and Andrii Rudenko, Ph.D.
Une stimulation TI stimule une zone dans l'hippocampe d'une souris (la couleur vert clair) via le marquage par C-Fos - Crédit : Nir Grossman, Ph.D., Suhasa B. Kodandaramaiah, Ph.D., and Andrii Rudenko, Ph.D.

Les chercheurs du MIT ont développé une méthode qui stimule des neurones profondément dans le sans utiliser des implants qu’on utilise habituellement pour la . Dans la revue Cell, les chercheurs montrent comment remuer les oreilles, les pattes et les moustaches d’une souris en utilisant uniquement des électrodes sur la tête du rongeur. La technique, appelée stimulation temporelle (TI), ouvre de nouvelles possibilités dans la recherche du cerveau et elle diffère énormément des autres types de stimulation cérébrale.

Les méthodes actuelles de stimulation cérébrale profonde exigent que des électrodes soient implantées dans le cerveau. Les médecins utilisent généralement cette thérapie invasive pour des maladies graves telles que la maladie de Parkinson. La et d’autres techniques non invasives stimulent assez bien les structures superficielles du cerveau. Mais ces techniques non invasives sont inefficaces pour stimuler les régions profondes du cerveau.

La vraie question est de savoir comment stimuler une zone profonde sans stimuler les régions supérieures du cerveau selon Ed Boyden, auteur principal et professeur au Media Lab du Massachusetts Institute and Technology.

La stimulation TI utilise les propriétés biophysiques des neurones qui provoquent uniquement des réponses à des signaux électriques à basse fréquence. En raison de ces propriétés, un signal électrique à haute fréquence traversera le cerveau sans exciter de nombreux neurones. La stimulation TI fonctionne en envoyant deux ou plusieurs signaux électriques à haute fréquence à une zone profonde du cerveau. Les signaux traversent la région externe du cerveau jusqu’à ce qu’ils se rencontrent dans la zone en s’interférant les uns avec les autres. Quand on configure légèrement les fréquences des signaux ainsi que leur section d’interférence, alors les neurones recevront une onde électrique à basse fréquence.

Par exemple, si on envoie un signal électrique de 4 000 Hz d’un côté de la tête et un signal de 4 001 Hz de l’autre côté dans la section où les deux signaux interfèrent, alors cela va créer une onde électrique à 1 Hz qui est dans la fréquence nécessaire pour stimuler les neurones.

Les chercheurs ont testé la stimulation TI avec une modélisation informatique, des maquettes physiques du cerveau et des souris vivantes. Ils ont confirmé que les signaux électriques stimulaient les zones cibles dans le cerveau et non les régions extérieures avec une technique par un marquage de C-Fos (un type de protéine).

Les chercheurs ont pu également contrôler la stimulation TI pour déplacer alternativement la patte droite, les moustaches et les oreilles de la souris, puis sa patte gauche, ses moustaches et ses oreilles. Malgré les démonstrations réussies de la stimulation TI, les chercheurs ignorent encore le fonctionnement précis de ce processus. Il se peut que les neurones fonctionnent, en termes d’ingénierie, comme des filtres électriques non linéaires et passe-bas.

Nous avons une découverte biophysique sur le fait que les neurones peuvent réagir à des enveloppes à basse fréquence provenant de champs à haute fréquence, mais nous n’avons pas encore identifié précisément le mécanisme selon Boyden. Une possibilité est que les neurones réagissent de manière non linéaire aux multiples champs en produisant un signal à la différence de fréquence. Ensuite, la propriété de filtrage passe-bas des neurones leur permet de réagir à cette fréquence de différence faible.

Boyden et ses collègues ont mené plusieurs expériences pour confirmer que la stimulation TI ne nuisait pas au tissu cérébral incluant compris la coloration immunohistochimique et le suivi de la température. Ils ont constaté que la stimulation TI n’a pas endommagé les neurones et ils n’ont vu aucun effet tel que des convulsions ou la « surchauffe » des cellules du cerveau au-delà de la variation naturelle de la température du cerveau.

La stimulation cérébrale profonde avec des implants peut stimuler une zone plus ciblée du cerveau que la stimulation TI et elle est utile pour traiter certaines conditions en raison de cette précision. Cependant, d’autres troubles pourraient bénéficier d’une stimulation cérébrale profonde plus large tels qu’un accident vasculaire cérébral, une lésion cérébrale traumatique ou une perte de mémoire.

Source : Cell (http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.05.024)

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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