Pendant des décennies, les scientifiques ont utilisé la lumière proche infrarouge pour étudier le cerveau de manière non invasive. Cette technique optique, connue sous le nom de « FNIR » (abréviation de « spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge »), mesure comment la lumière est absorbée par le sang dans le cerveau, pour déduire l'activité. Évalué pour la portabilité et le faible coût, les FNIR ont un inconvénient majeur: il ne peut pas voir très profondément dans le cerveau. La lumière n'atteigne généralement que les couches les plus externes du cerveau, environ 4 centimètres profondément pour étudier la surface du cerveau, mais pas des régions plus profondes impliquées dans des fonctions critiques comme la mémoire, l'émotion et le mouvement. Cet inconvénient a restreint la capacité d'étudier des régions cérébrales plus profondes sans équipement coûteux et volumineux comme les machines IRM.
Maintenant, les chercheurs de l'Université de Glasgow ont démontré quelque chose auparavant impossible: détecter la lumière qui a voyagé tout au long d'une tête humaine adulte. Leur étude, publiée dans Neurophotoniquemontre qu'avec la bonne configuration, il est possible de mesurer des photons qui passent d'un côté de la tête à l'autre, même à travers son point le plus large.
Pour y parvenir, l'équipe a utilisé des lasers puissants et des détecteurs très sensibles dans une expérience soigneusement contrôlée. Ils ont dirigé un faisceau laser pulsé sur un côté de la tête d'un volontaire et placé un détecteur du côté opposé. La configuration a été conçue pour bloquer toutes les autres lumière et maximiser les chances d'attraper les quelques photons qui ont fait le plein voyage à travers le crâne et le cerveau.
Les chercheurs ont également effectué des simulations informatiques détaillées pour prédire comment la lumière se déplacerait à travers les couches complexes de la tête. Ces simulations correspondaient étroitement aux résultats expérimentaux, confirmant que les photons détectés avaient en effet voyagé à travers toute la tête. Fait intéressant, les simulations ont révélé que la lumière a tendance à suivre des chemins spécifiques, guidés par les régions du cerveau avec une diffusion plus faible, comme le liquide céphalo-rachidien.
Cette percée suggère qu'il peut être possible de concevoir de nouveaux dispositifs optiques qui peuvent atteindre des zones cérébrales plus profondes que les technologies actuelles le permettent. Bien que la méthode actuelle ne soit pas encore pratique pour l'utilisation quotidienne – elle nécessitait 30 minutes de collecte de données et n'a travaillé que sur un sujet à peau claire et sans cheveux – ce cas extrême de détection de la lumière diamétralement à travers la tête peut inspirer la communauté à repenser ce qui est possible pour la prochaine génération de systèmes FNIRS.
Avec un développement ultérieur, cette approche pourrait aider à apporter une imagerie cérébrale profonde dans les cliniques et les maisons sous une forme plus abordable et portable. Cela pourrait éventuellement conduire à de meilleurs outils de diagnostic et de surveillance des conditions telles que les accidents vasculaires cérébraux, les lésions cérébrales ou les tumeurs, en particulier dans les contextes où l'accès à l'IRM ou aux tomodensitométrie est limité.
