Un article de synthèse rédigé par des chercheurs de l’Institut de technologie de Pékin a résumé les avancées et les défis récents dans l’utilisation du couplage interfréquence (CFC) pour les neurosciences et les systèmes cyborg et bioniques (CBS).
Le nouvel article de synthèse, publié le 31 mai dans la revue Cyborg et systèmes bioniquesa fourni un aperçu des derniers développements de la recherche sur les CFC, en mettant l’accent sur les méthodologies, les mécanismes neuronaux et les applications en CBS, en particulier les interventions cliniques.
Le CFC a suscité un grand intérêt en tant qu’outil d’investigation et de traduction en neurosciences pour leur association avec le traitement physiologique et les états pathologiques. »
Chien-Hung Yeh, auteur de l’étude, professeur à l’Institut de technologie de Pékin
Le CFC soutient l’avancement de la compréhension de la neurophysiologie de la cognition et du contrôle moteur, car il caractérise les interactions multifréquences et reflète la manière dont ces oscillations couplées contribuent à la transmission neuronale descendante. CFC, PAC en particulier, fournit des mesures relativement précises de la structure temporelle enchevêtrée dans les circuits neuronaux. Il convient de noter que pour éviter les confusions méthodologiques dans la mesure du CFC, les approches non linéaires permutées basées sur le cycle introduites dans cette revue suggèrent une voie réalisable vers une estimation plus fiable du CFC.
La revue récemment publiée résume les dernières études sur les CFC dans les processus cognitifs et divers troubles neurologiques, y compris, mais sans s’y limiter, la maladie d’Alzheimer, l’épilepsie et la maladie de Parkinson, ainsi que des discussions sur les techniques de neuromodulation potentielles pour les interventions cliniques. Par exemple, dans la MA, un signe précoce de dysfonctionnement neuronal entraînant des troubles cognitifs pourrait être une réduction du couplage θ-γ entre l’hippocampe et le cortex préfrontal. Fait intéressant, il a récemment été démontré que la stimulation transcrânienne par courant alternatif module ce couplage dans les régions frontales-occipitales, ce qui améliore les performances dans les tâches de mémoire de travail.
À l’avenir, le CFC peut jouer un rôle vital dans les interfaces cerveau-ordinateur (BCI) en permettant un décodage plus robuste et plus précis des signaux neuronaux. En capturant les interactions complexes entre différentes bandes de fréquences dans le cerveau, les BCI peuvent extraire des caractéristiques plus détaillées et informatives de l’activité neuronale, facilitant ainsi un meilleur contrôle et une meilleure communication entre le cerveau humain et les dispositifs externes. « Le but ultime est de permettre une interaction plus transparente entre les éléments biologiques et artificiels en libérant tout le potentiel des CFC », a déclaré Yeh.
Cependant, il reste encore des défis importants à surmonter dans l’application du CFC dans le CBS. L’un est l’efficacité et la fiabilité de l’évaluation des intensités de CFC sans introduire de retards ou de biais clairs. La recherche et le développement futurs décoderont probablement avec précision les enregistrements électrophysiologiques, puis traduiront les biomarqueurs CFC en contrôles des dispositifs CBS. De plus, ces utilisations de la traduction nécessitent des tests et une validation rigoureux pour garantir leur sécurité, leur efficacité et leur fiabilité dans les applications du monde réel. Celles-ci impliquent des tests et une validation approfondis dans des contextes précliniques et cliniques, ainsi qu’une surveillance et une optimisation continues du CBS à base de CFC au fil du temps.
« Le domaine de recherche consistant à traduire les découvertes de CFC dans un système cyborg et bionique en est encore à ses balbutiements », a déclaré Yeh, expliquant que la plupart des études se concentrent sur l’étude de l’observation des changements dans les CFC par rapport aux populations témoins en bonne santé pour surveiller la progression de la maladie et évaluer les réponses thérapeutiques. . Le CFC peut offrir une compréhension plus approfondie des mécanismes oscillatoires enchevêtrés sous-jacents des troubles neurologiques. Le document de synthèse appelle les chercheurs, les professionnels de la santé, les ingénieurs et d’autres experts à rassembler en collaboration la recherche sur les mesures des CFC en applications pratiques dans le CBS.
L’équipe de recherche comprend Chien-Hung Yeh, Chuting Zhang et Wenbin Shi de l’Institut de technologie de Pékin ; Men-Tzung Lo de l’Université centrale nationale ; Gerd Tinkhauser de l’Hôpital universitaire de Berne et de l’Université de Berne; et Ashwini Oswal de l’Université d’Oxford.
La recherche est financée par la National Natural Science Foundation of China, le BIT High-level Fellow Research Fund Program, la MRC Clinician Scientist Fellowship, le Swiss National Science Foundation et le National Science and Technology Council.
