L’adaptabilité du cerveau humain aux changements internes et externes, connue sous le nom de plasticité neuronale, constitue le fondement de la compréhension des fonctions cognitives telles que la mémoire et l’apprentissage, ainsi que de divers troubles neurologiques. Une nouvelle recherche menée par une équipe dirigée par le Dr PARK Joo Min du Centre pour la cognition et la socialité de l’Institut des sciences fondamentales (IBS) dévoile une nouvelle technique qui pourrait transformer le paysage du traitement des troubles cérébraux. L’équipe a développé une méthode de stimulation cérébrale non invasive appelée LILFUS (Modeled Low-Intensity Low-Frequency Ultrasound), qui présente un énorme potentiel pour induire des changements durables dans la fonction cérébrale.
Traditionnellement, des méthodes de stimulation cérébrale magnétique et électrique sont utilisées pour moduler les fonctions cérébrales. Cependant, ces méthodes présentent des limites inhérentes qui limitent leur résolution spatiale et leur profondeur de pénétration, ce qui rend difficile la stimulation précise de régions spécifiques du cerveau avec une efficacité optimale. Les méthodes plus invasives, telles que celles qui nécessitent des interventions chirurgicales, présentent un contrôle et des effets thérapeutiques supérieurs pour une stimulation cérébrale profonde spécifique, mais elles comportent des risques tels que des lésions tissulaires, une inflammation et une infection. Ces limitations ont alimenté la recherche d’approches alternatives capables de surmonter ces contraintes et de fournir une modulation plus efficace et plus précise des fonctions cérébrales.
Dans la dernière étude dévoilée par l’IBS, les chercheurs ont utilisé les ultrasons pour permettre une stimulation précise de zones spécifiques du cerveau. Contrairement aux ondes électromagnétiques, les ultrasons ont l’avantage de pouvoir pénétrer profondément dans les tissus cérébraux. Les chercheurs ont découvert que la stimulation par ultrasons peut moduler la plasticité neuronale – la capacité du cerveau à se recâbler – grâce à l’activation de voies moléculaires clés. Plus précisément, l’étude a mis en évidence l’effet des ultrasons sur les canaux calciques mécanosensibles des astrocytes, qui contrôlent la capacité des cellules à absorber le calcium et à libérer des neurotransmetteurs.
LILFUS a été conçu sur la base de paramètres échographiques spécifiques qui imitent les modèles d’ondes cérébrales des oscillations thêta (5 Hz) et gamma (30 Hz) observées au cours des processus d’apprentissage et de mémoire. Le nouvel outil a permis aux chercheurs d’activer ou de désactiver à volonté des régions spécifiques du cerveau. Il a été constaté que l’émission intermittente d’ultrasons induisait des effets de potentialisation à long terme, tandis que des schémas continus entraînaient des effets de dépression à long terme.
L’un des aspects les plus prometteurs de cette nouvelle technologie est sa capacité à faciliter l’acquisition de nouvelles capacités motrices. Lorsque les chercheurs ont administré une stimulation ultrasonore au cortex moteur cérébral chez la souris, ils ont observé des améliorations significatives dans l’apprentissage des capacités motrices et dans la capacité à récupérer de la nourriture. Fait intéressant, les chercheurs ont même pu modifier la préférence des souris pour les membres antérieurs. Cela suggère des applications potentielles dans les thérapies de réadaptation pour les survivants d’un AVC et les personnes souffrant de déficiences motrices.
Les implications de cette recherche s’étendent bien au-delà de la fonction motrice. Il peut être utilisé pour traiter des affections telles que la dépression, où l’altération de l’excitabilité et de la plasticité du cerveau sont des caractéristiques importantes. Avec une exploration plus approfondie, LILFUS pourrait être adapté à divers protocoles de stimulation cérébrale, offrant ainsi un espoir pour diverses pathologies allant des déficiences sensorielles aux troubles cognitifs.
Cette étude a non seulement développé une technologie de régulation neuronale nouvelle et sûre avec des effets à long terme, mais a également découvert les changements de mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation neuronale par ultrasons à motifs d’ondes cérébrales. Nous prévoyons de poursuivre les études de suivi pour appliquer cette technologie au traitement des troubles cérébraux liés à une excitation et à une inhibition anormales du cerveau et à l’amélioration des fonctions cognitives.
Dr Park Joo Min du Centre pour la cognition et la socialité, Institut des sciences fondamentales
