Des chercheurs de l’EPFL ont combiné réalité virtuelle, stimulation cérébrale non invasive et techniques avancées d’imagerie cérébrale pour améliorer la navigation spatiale chez des participants en bonne santé. L’étude constitue une première étape dans la lutte contre la démence dans une population vieillissante sans médicaments ni chirurgie.
À mesure que nous vieillissons, il devient plus difficile de se rappeler où se trouvent les choses, qu'il s'agisse de se rappeler où nous avons laissé les clés ou où nous avons garé la voiture. Cette mémoire spatiale se détériore encore davantage avec l'apparition de la démence, une maladie que développe une personne dans le monde toutes les trois secondes, selon Alzheimer's Disease International.
Des chercheurs de deux laboratoires de l'EPFL ont uni leurs forces pour stimuler la mémoire spatiale en créant un dispositif expérimental unique combinant stimulation cérébrale profonde non invasive, formation en réalité virtuelle et imagerie IRMf, le tout hébergé au sein du Campus Biotech à Genève. Publiée dans Science Advances, l'étude démontre que des impulsions électriques ciblées et indolores sur l'hippocampe et les structures adjacentes, une région cérébrale profonde impliquée dans la mémoire et la navigation spatiale, peuvent améliorer la capacité du cerveau à se rappeler des emplacements et à naviguer plus efficacement.
En trouvant des moyens d'améliorer la mémoire spatiale sans chirurgie ni médicament, nous répondons à une préoccupation sérieuse pour une population importante et croissante : les personnes âgées, ainsi que les patients atteints de traumatismes crâniens et ceux touchés par la démence.
Friedhelm Hummel, directeur du laboratoire Hummel
L'étude est le résultat d'une collaboration entre le Hummel Lab et le Laboratoire de neurosciences cognitives (LCNO) d'Olaf Blanke, tous deux situés à l'institut Neuro X de l'EPFL. En combinant l'expertise de Hummel en matière de stimulation cérébrale non invasive avec la recherche cognitive de Blanke sur la navigation spatiale dans des environnements de réalité virtuelle, les chercheurs ont développé une configuration neurotechnologique unique.
Une combinaison unique de neurotechnologies
L'expérience commence lorsque les chercheurs placent quatre électrodes inoffensives sur la tête d'individus en bonne santé pour stimuler l'hippocampe et les structures adjacentes. Cette technique non invasive, appelée stimulation électrique par interférence temporelle transcrânienne (tTIS), envoie des impulsions ciblées sans provoquer d'inconfort pour le participant.
Ensuite, les volontaires sont immergés dans un monde virtuel à l'aide de lunettes VR. S'appuyant sur des recherches antérieures menées par Hyuk-June Moon, co-premier auteur, les scientifiques chargent les participants de naviguer à travers une série de lieux et de se souvenir des points de repère clés. Ce cadre virtuel immersif permet aux chercheurs de mesurer avec précision dans quelle mesure les participants peuvent se souvenir et naviguer dans les informations spatiales tout en recevant le tTIS.
« Lorsque la stimulation était appliquée, nous avons observé une nette amélioration du temps de rappel des participants – le temps qu'il leur fallait pour commencer à se déplacer vers l'endroit où ils se souvenaient de l'objet », explique Elena Beanato, l'autre auteur principal de l'étude. « Cela nous amène à croire qu'en stimulant l'hippocampe, nous avons temporairement augmenté la plasticité cérébrale, ce qui, combiné à un entraînement dans un environnement virtuel, conduit à une meilleure navigation spatiale. »
L’ensemble de l’expérience a été menée dans un scanner IRMf. Cela a fourni aux chercheurs des images en temps réel de l'activité cérébrale, leur permettant de surveiller la façon dont l'hippocampe et les régions environnantes ont répondu au tTIS pendant les tâches de navigation spatiale. Les données de l'IRMf ont révélé des changements dans l'activité neuronale associés aux changements de comportement observés, en particulier dans les régions responsables de la mémoire et de la navigation, donnant aux chercheurs un aperçu plus approfondi de la façon dont la stimulation non invasive module la fonction cérébrale.
Cette intégration de technologies avancées à l'Institut Neuro X de l'EPFL fait du Campus Biotech l'un des rares endroits où les trois techniques expérimentales peuvent être combinées dans une seule étude.
« L'alliance du tTIS, de la réalité virtuelle et de l'IRMf offre une approche hautement contrôlée et innovante pour étudier la réponse du cerveau à la stimulation et son impact sur les fonctions cognitives », ajoute Olaf Blanke. « À long terme, nous envisageons d'utiliser cette approche pour développer des thérapies ciblées pour les patients souffrant de troubles cognitifs, offrant ainsi un moyen non invasif d'améliorer la mémoire et les capacités spatiales. »