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L'échographie du cerveau humain améliore la perception sensorielle

De nouvelles recherches dans la cartographie de la connectivité du cerveau ont montré que les livraisons contrôlées d’ultrasons peuvent améliorer la perception sensorielle chez les sujets testés.

L'échographie - faisant écho aux fréquences acoustiques indétectables à l'oreille humaine - est déjà un outil de guidage commun pour certains animaux, y compris les chauves-souris et les baleines. Dès 1929, des expériences avaient montré que les ultrasons affectaient les nerfs, les muscles et les yeux des grenouilles et des tortues.

Des études ultérieures portant sur des chats, des souris, des rats, des lapins et des singes ont également révélé que l'exposition contrôlée aux ultrasons pourrait perturber les crises ou entraîner d'autres modifications contrôlées de la fonction cérébrale.

Mais cette nouvelle étude, menée par des scientifiques de l'Institut de recherche Virigina Tech Carilion et publiée dans la revue Neuroscience de la nature, est le premier à démontrer que des ultrasons ciblés de faible intensité peuvent avoir un effet positif et mesurable sur la fonction cérébrale humaine.

Les chercheurs ont concentré un faisceau acoustique d'ultrasons sur la zone du cortex cérébral responsable du traitement des informations sensorielles de la main chez des volontaires humains. Les scientifiques ont ensuite stimulé le nerf majeur traversant le bras en plaçant une électrode sur les poignets des volontaires.

Les réponses dans le cerveau des volontaires ont été mesurées à l'aide de l'électroencéphalographie (EEG) et deux tests neurologiques traditionnels ont été utilisés pour déterminer avec quelle précision les sujets pouvaient distinguer les sensations d'épingles ou de bouffées d'air touchant la peau.

Résultats surprenants

En examinant les résultats de l'EEG chez des sujets recevant une échographie, les chercheurs ont remarqué une diminution de l'activité des ondes cérébrales associée à l'interprétation du toucher. Mais les résultats des tests de mesure de la sensation ont surpris les scientifiques - la performance des volontaires exposés aux ultrasons avait considérablement augmenté.

Ces résultats semblent paradoxaux: comment les volontaires pourraient-ils détecter plus précisément les différences de sensations tactiles lorsque les ondes cérébrales responsables du décodage de ces sensations auraient été affaiblies?

Le professeur adjoint William "Jamie" Tyler, dont l'équipe a mené l'étude, a déclaré:

"Nous soupçonnons que la forme d'onde ultrasonore particulière utilisée dans l'étude modifie l'équilibre de l'inhibition synaptique et de l'excitation entre les neurones voisins du cortex cérébral.

Nous pensons que les ultrasons focalisés ont modifié l'équilibre des stimuli sensoriels du traitement par excitation et inhibition en cours dans la région du cerveau ciblée et que ce changement a empêché la propagation spatiale de l'excitation en réponse aux stimuli entraînant une amélioration fonctionnelle de la perception. "

Le déplacement du faisceau, même à un centimètre de la région cérébrale ciblée d'origine, a provoqué la cessation de l'effet. Cela signifie que le faisceau d'ultrasons était suffisamment précis pour que les scientifiques puissent localiser et "modifier" des régions spécifiques du cerveau d'un patient sans affecter les circuits neuronaux voisins.

Des implications prometteuses pour la neurologie

Les chercheurs ont analysé les résultats de 12 volontaires qui ont été exposés à des ultrasons correctement administrés et «simulés» (où l'équipement utilisé pour délivrer le faisceau acoustique a été retourné pour empêcher que l'énergie ultrasonore soit transmise aux têtes des volontaires).

Bien que les scientifiques fournissant le faisceau d’échographie sachent quels volontaires recevaient l’échographie «réelle» et «fictive», le chercheur traitant les résultats ne l’a pas fait pour éviter tout biais dans les résultats.

La fonction sensorielle améliorée chez les volontaires est importante car, comme le dit Tyler, «en neuroscience, il est facile de perturber les choses. Nous pouvons vous distraire, vous sentir engourdi, vous faire des illusions d'optique. il est difficile de les améliorer. Ces résultats nous font croire que nous sommes sur la bonne voie. "

Pouvoir ajuster avec précision différents circuits neuronaux sans chirurgie permet aux scientifiques de mieux cartographier les circuits neuronaux et de comprendre comment notre cerveau fonctionne. Cela pourrait aider à développer des traitements pour des troubles neurologiques tels que la maladie d'Alzheimer.

L'échographie est également sûre. Bien que les ultrasons fonctionnent mécaniquement, en appuyant sur les membranes cellulaires, à faible intensité, ils peuvent se concentrer à travers un crâne humain sans endommager les tissus cérébraux.

Bien que les résultats de l’étude ne signifient pas que les ultrasons nous donneront des sens semblables à ceux des chauves-souris ou des baleines, ils ont des implications prometteuses pour la neurologie.

Les scientifiques sont déjà capables de moduler la fonction cérébrale chez des sujets humains en utilisant des aimants (stimulation magnétique transcrânienne) ou en administrant des courants électriques faibles (stimulation transcrânienne par courant continu), mais les ultrasons peuvent potentiellement fournir des résultats beaucoup plus précis.

"Le travail de Jamie Tyler et de ses collègues est au premier plan du tsunami à venir pour développer de nouveaux moyens sûrs, efficaces et non invasifs de moduler le flux d'informations dans les circuits cellulaires du cerveau humain vivant", a déclaré Michael. Friedlander.

"Il arme la communauté neuroscientifique avec un nouvel outil puissant pour explorer la fonction du cerveau humain sain, en nous aidant à comprendre la cognition, la prise de décision et la réflexion", ajoute-t-il.

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