Des scientifiques développent une approche non invasive de la stimulation électrique du cerveau en profondeur

Les traitements actuels qui utilisent une stimulation électrique du cerveau profond nécessitent qu'un chirurgien ouvre les électrodes du crâne et de l'implant à l'intérieur du cerveau. Maintenant, dans une nouvelle étude utilisant des souris, les scientifiques démontrent une approche non invasive appelée stimulation interférant temporellement, qui utilise des électrodes placées sur le cuir chevelu pour stimuler électriquement les régions profondes du cerveau. La technique expérimentale ne nécessite pas d'implants chirurgicaux et ne perturbe pas le tissu cérébral de surface.
Les résultats d'une étude récente ont montré que le DBS peut être réalisé de manière non invasive à l'aide d'une stimulation par TI.

Dans un article publié dans la revue CelluleLes chercheurs, y compris une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Cambridge, expliquent comment ils ont testé la nouvelle méthode de stimulation interférant temporellement (TI) sur le cerveau des souris.

La stimulation cérébrale profonde (SCP) a été conçue à l'origine pour traiter les symptômes de la maladie de Parkinson, qui comprennent généralement des mouvements incontrôlables, des raideurs, des tremblements et des problèmes de marche.

Dans les approches actuelles de la SCP, la stimulation électrique est délivrée par deux électrodes qui doivent être implantées chirurgicalement dans le cerveau.

Cependant, en raison de leur caractère invasif, de telles approches de la SCP comportent des risques d’infection, d’accident vasculaire cérébral et de saignement dans le cerveau.

Les techniques de stimulation cérébrale non invasive, telles que la stimulation magnétique transcrânienne approuvée pour le traitement de la dépression, sont très efficaces pour stimuler les tissus situés près de la surface du cerveau.

Malheureusement, ils sont moins efficaces pour stimuler des régions plus profondes du cerveau, notamment sans perturber les régions superficielles.

La stimulation par TI cible de manière sélective les régions cérébrales profondes

La stimulation par TI repose sur le fait que placer des électrodes à haute fréquence sur le cuir chevelu a pour conséquence que la fréquence de chaque électrode est trop élevée pour que le courant puisse stimuler les neurones seuls; les propriétés biophysiques des cellules leur permettent seulement de s'exciter par des courants de basse fréquence.

Cependant, la mise en place des courants à haute fréquence pour que leurs fréquences soient légèrement différentes, où ils se croisent, leur permet de générer une petite zone de courant à basse fréquence capable de stimuler les neurones.

Par exemple, il est possible d'avoir une électrode envoyant un signal de 4 000 hertz placé d'un côté de la tête, et une autre envoyant un signal de 4 001 hertz de l'autre côté.

C’est précisément ce que les chercheurs ont fait: ils ont mis en place les courants à haute fréquence dans les électrodes du cuir chevelu afin qu’ils se rencontrent dans une région particulière, au plus profond des cerveaux de souris vivantes.

Ils ont d'abord testé la méthode dans des maquettes physiques à l'aide de modèles informatiques, puis, sur la base de ces résultats, ils ont effectué des tests sur les souris.

En utilisant une technique appelée marquage des neurones c-Fos, ils ont confirmé que les signaux électriques de TI excitaient uniquement les cellules cérébrales dans la région cible et ne perturbaient pas les neurones dans les tissus de surface traversés par les courants à haute fréquence.

Dans leur étude, les auteurs décrivent comment ils ont utilisé la stimulation par TI pour cibler l'hippocampe et d'autres petites régions situées à l'intérieur des cerveaux des souris.

Ils ont montré comment ils pouvaient contrôler la taille et l'emplacement de la zone cible au plus profond du cerveau en modifiant les fréquences des signaux électriques et en modifiant le nombre et la position des électrodes externes.

Il était même possible de stimuler sélectivement des parties du cortex moteur et de faire bouger les souris, leurs oreilles, leurs pattes gauches et leurs pattes droites.

La technique peut offrir de nouvelles façons de traiter et d'étudier le cerveau

En 2016, le professeur Li-Huei Tsai, un des chercheurs et professeur de neurosciences au MIT, a utilisé des souris pour montrer qu'un type de luminothérapie peut offrir un traitement non invasif pour la maladie d'Alzheimer.

Cette technique fait briller la lumière dans les yeux pour créer des oscillations d'une fréquence particulière dans le cerveau, entraînant une réduction des niveaux neuronaux de plaques amyloïdes - une caractéristique connue de la maladie d'Alzheimer.

Tsai dit qu'elle veut maintenant savoir si la stimulation par TI pourrait avoir un effet similaire.

Les chercheurs prévoient également d'étudier les effets de la stimulation par TI chez l'homme. Ils voient un potentiel d'utilisation non seulement pour traiter les maladies du cerveau, mais aussi pour les étudier.

Ils notent que la stimulation par TI peut ne pas être en mesure de cibler des régions du cerveau aussi précises que la SCP, de sorte que la technique invasive pourrait toujours devenir le traitement de choix pour la maladie de Parkinson.

Cependant, ils suggèrent que la technique non invasive peut encore bénéficier aux patients souffrant d'autres affections - telles qu'un accident vasculaire cérébral, une perte de mémoire et une lésion cérébrale traumatique - qui ne nécessitent pas la résolution précise de la SCP.

"Avec la capacité de stimuler les structures cérébrales de manière non invasive, nous espérons pouvoir aider à découvrir de nouvelles cibles pour le traitement des troubles cérébraux."

Premier auteur Dr. Nir Grossman, Imperial College London, Royaume-Uni

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