Les scientifiques ont développé une méthode non invasive de stimulation cérébrale, l’échographie à basse fréquence et de faible intensité structurée (LILFUS), qui peut moduler avec précision la fonction cérébrale et induire des changements durables. Cette percée surmonte les limites des méthodes de stimulation traditionnelles et montre un potentiel pour traiter les troubles neurologiques, améliorer les capacités motrices et éventuellement contribuer aux thérapies de réadaptation. La recherche ouvre de nouvelles voies pour l’utilisation des ultrasons en thérapie cérébrale, avec des implications pour le traitement d’un large éventail de pathologies. Crédit : Issues.fr.com
Les ultrasons structurés de faible intensité et basse fréquence (LILFUS) offrent une méthode sûre et efficace pour contrôler les fonctions cérébrales.
La capacité du cerveau humain à s’adapter aux changements internes et externes, appelée plasticité neuronale, est cruciale pour comprendre les processus cognitifs tels que la mémoire et l’apprentissage, ainsi qu’une gamme de conditions neurologiques. Une étude révolutionnaire dirigée par le Dr Park Joo Min du Centre pour la cognition et la socialité de l’Institut des sciences fondamentales (IBS) présente une approche innovante qui promet de révolutionner le 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.
Dans cette expérience, des protocoles échographiques comprenant deux modèles de stimulation distincts combinant des ultrasons de faible intensité et basse fréquence (LILF) 30 Hz et 5 Hz ont été utilisés. Le premier modèle, connu sous le nom de TBUS intermittent, comportait une stimulation intermittente avec 2 secondes de stimulation suivies de 8 secondes de repos. Le deuxième modèle, appelé TBUS continu, impliquait 40 secondes de stimulation ininterrompue. Tout au long de la stimulation, les ondes cérébrales ont été surveillées en analysant le couplage phase-amplitude entre les ondes thêta et gamma, qui sont deux principaux types d’ondes cérébrales. Le graphique ci-joint illustre ces changements observés. Crédit : Institut des sciences fondamentales
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.
Stimulation par ultrasons : une nouvelle frontière
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.
Cette figure résume les résultats suite à une stimulation par ultrasons. La stimulation par ultrasons de faible intensité, semblable à celle d’un motif d’ondes cérébrales, stimule séquentiellement TRPA1 dans les astrocytes, conduisant à la sécrétion de neurotransmetteurs dépendant de BEST1. Ceci, à son tour, stimule les neurones adjacents, induisant une plasticité neuronale dans les neurones. Ce processus décrit brièvement comment les changements dans les fonctions cognitives associés à la mémoire et à l’apprentissage dépendants des modèles, ainsi que les changements dans les aspects comportementaux, deviennent évidents. Crédit : Institut des sciences fondamentales
L’innovation de LILFUS
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.
Implications plus larges et orientations futures
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.
Le Dr Park a déclaré : « 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 du mécanisme moléculaire impliqués dans la régulation neuronale par ultrasons à base d’ondes cérébrales. » Il a ajouté : « 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. »
L’étude a été financée par l’Institut des sciences fondamentales.
