Un appareil à ultrasons qui peut stimuler avec précision les zones au plus profond du cerveau sans chirurgie a été développé par des chercheurs de l'UCL et de l'Université d'Oxford, ouvrant de nouvelles possibilités de recherche neurologique et de traitement des troubles tels que la maladie de Parkinson.
Les scientifiques recherchent depuis longtemps un moyen de moduler la fonction cérébrale, ce qui pourrait améliorer notre compréhension du fonctionnement du cerveau et aider à traiter les maladies neurologiques, en utilisant des méthodes non invasives qui n'impliquent pas la chirurgie.
Une technologie qui pourrait aider est la stimulation par échographie transcrânienne (TUS), qui a récemment été découverte pour être capable de moduler l'activité des neurones (les cellules de communication clés du cerveau) en fournissant des impulsions mécaniques douces qui influencent la façon dont ces cellules envoient des signaux.
Mais à ce jour, les systèmes actuels ont eu du mal à atteindre des zones plus profondes du cerveau avec une précision suffisante pour cibler des structures cérébrales spécifiques. Les systèmes TUS conventionnels affectent souvent des régions plus larges que prévu, limitant leur utilité pour une neuromodulation ciblée.
L'étude, publiée dans Communications de la natureintroduit un nouveau dispositif à ultrasons capable d'influencer les régions du cerveau profond sans chirurgie pour la première fois, ciblant les zones d'environ 1000 fois plus petites que les appareils à ultrasons conventionnels peuvent identifier et 30 fois plus petits que les appareils d'échographie du cerveau profond précédent.
La nouvelle technologie comprend 256 éléments configurés dans un casque spécial pour envoyer des faisceaux focalisés d'échographie à des parties spécifiques du cerveau afin de remonter ou vers le bas de l'activité neuronale. Il comprend également un masque facial en plastique souple qui aide à cibler les ondes échographiques plus précisément en gardant la tête immobile.
L'équipe de recherche a démontré les capacités du système sur sept volontaires humains en ciblant une partie du thalamus, une petite structure au centre du cerveau qui aide à relayer les informations sensorielles et moteurs, appelées noyau géniculé latérale (LGN). Le LGN est impliqué dans le traitement des informations visuelles.
Dans la première expérience, les participants ont regardé un damier clignotant, qui a envoyé des signaux au cerveau à travers les yeux. Pendant la stimulation avec le dispositif à ultrasons, un scanner d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) a montré une activité significativement accrue dans le cortex visuel des participants, confirmant un ciblage précis du LGN.
Une deuxième expérience a révélé une diminution soutenue de l'activité du cortex visuel pendant au moins 40 minutes après la stimulation par échographie, mettant en évidence le potentiel du système pour induire des changements durables dans la fonction cérébrale.
Bien que les participants ne perçoivent pas consciemment aucun changement dans ce qu'ils voyaient au cours des expériences, les analyses cérébrales ont révélé des changements importants dans l'activité neuronale. L'objectif ultime est d'exploiter ces effets pour produire des résultats cliniquement bénéfiques, tels que l'arrêt des tremblements de main.
Cette avancée ouvre des opportunités à la fois pour la recherche en neurosciences et le traitement clinique. Pour la première fois, les scientifiques peuvent étudier de manière non invasive les relations causales dans des circuits cérébraux profonds qui n'étaient auparavant accessibles que par chirurgie.
Cliniquement, cette nouvelle technologie pourrait transformer le traitement des troubles neurologiques et psychiatriques comme la maladie de Parkinson, la dépression et les tremblements essentiels, offrant une précision sans précédent dans le ciblage des circuits cérébraux spécifiques qui jouent un rôle clé dans ces conditions.
La capacité de moduler avec précision les structures cérébrales profondes sans chirurgie représente un décalage de paradigme dans les neurosciences, offrant une méthode sûre, réversible et reproductible pour comprendre la fonction cérébrale et développer des thérapies ciblées. «
Professeur Bradley Treeby, auteur principal de l'étude de l'UCL Medical Physics and Biomedical Engineering
En plus de ses applications de recherche, le système pourrait ouvrir la voie à de nouvelles interventions cliniques. La stimulation cérébrale profonde (DBS), actuellement utilisée pour traiter des affections comme la maladie de Parkinson, nécessite une chirurgie invasive et comporte des risques associés. Le nouveau système d'échographie offre une alternative non invasive avec une précision comparable, permettant potentiellement aux cliniciens de tester les zones du cerveau qui pourraient être utilisées pour traiter la maladie avant la chirurgie ou même remplacer les approches chirurgicales.
Reconnaissant ce potentiel clinique, plusieurs membres de l'équipe de recherche ont récemment fondé Neuroharmonics, une entreprise de spin-out UCL développant une version portable et portable du système. La société vise à rendre la thérapie cérébrale profonde précise et non invasive accessible à la fois pour le traitement clinique et les applications thérapeutiques plus larges.
Le Dr Eleanor Martin, premier auteur de l'étude de l'UCL Medical Physics and Biomedical Engineering, a déclaré: « Nous avons conçu le système comme compatible avec l'IRMf simultané, nous permettant de surveiller les effets de la stimulation en temps réel. Cela ouvre des possibilités passionnantes pour la neuromodulation en boucle fermée et les thérapies personnalisées. »
Les chercheurs soulignent que d'autres études sont nécessaires pour bien comprendre les mécanismes sous-jacents à la neuromodulation induite par TUS. Cependant, les résultats marquent une étape importante dans le développement de technologies de stimulation cérébrale sûres, efficaces et ciblées.
Le Dr Ioana Grigoras, un premier auteur de l'étude du Nuffield Department of Clinical Neurosciences, Université d'Oxford, a déclaré: « Ce nouveau dispositif de stimulation cérébrale représente une percée dans notre capacité à cibler précisément les structures du cerveau profond qui étaient auparavant impossibles à atteindre les maladies de Parkinson.
L'étude a été soutenue par le Conseil de recherche sur l'ingénierie et les sciences physiques (EPSRC), Wellcome et le Nihr Oxford Health Biomedical Research Center.
