Étude sur la souris: des chercheurs conçoivent une forme non invasive de stimulation cérébrale profonde

Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), en collaboration avec Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) et la Fondation IT’IS en Suisse, ont mis au point une forme non invasive de stimulation cérébrale profonde.

Cette nouvelle approche pourrait rendre la stimulation cérébrale profonde moins risquée, moins coûteuse et plus accessible aux patients atteints de la maladie de Parkinson et d’autres troubles. Plutôt que de nécessiter une intervention chirurgicale pour implanter des électrodes à l'intérieur du cerveau, cette nouvelle méthode fonctionne en appliquant des électrodes sur le cuir chevelu.

Jusqu'à présent, la nouvelle approche a été étudiée chez des souris vivantes où il a été démontré qu'elle stimulait sélectivement les structures cérébrales profondes sans affecter l'activité des cellules dans les régions sus-jacentes. Les résultats sont publiés dans la revue Cellule.

«La stimulation cérébrale profonde traditionnelle nécessite d'ouvrir le crâne et d'implanter une électrode, ce qui peut entraîner des complications. Deuxièmement, seul un petit nombre de personnes peuvent faire ce type de neurochirurgie », explique l'auteur principal Ed Boyden, professeur agrégé de génie biologique et de sciences cérébrales et cognitives au MIT.

La stimulation cérébrale profonde traditionnelle a été utilisée avec succès sur de nombreux patients atteints de la maladie de Parkinson. Il a également été utilisé pour traiter certains patients atteints de troubles obsessionnels compulsifs, d'épilepsie et de dépression, et est actuellement à l'étude comme traitement de l'autisme. La nouvelle approche non invasive pourrait faciliter l'adaptation de la stimulation cérébrale profonde pour traiter des troubles supplémentaires, selon les chercheurs.

«Avec la capacité de stimuler les structures cérébrales de manière non invasive, nous espérons que nous pourrons aider à découvrir de nouvelles cibles pour le traitement des troubles cérébraux», déclare Nir Grossman, ancien post-doctorant Wellcome Trust-MIT travaillant au MIT et au BIDMC, qui est maintenant chercheur à l'Imperial College de Londres.

Lors du traitement de la maladie de Parkinson, les électrodes sont généralement placées dans le noyau sous-thalamique, une structure en forme de lentille située sous le thalamus, au plus profond du cerveau. Il a été démontré que les impulsions électriques délivrées à cette région du cerveau améliorent de nombreux symptômes de la maladie, mais la chirurgie nécessaire pour implanter les électrodes comporte des risques, notamment une hémorragie cérébrale et une infection.

D'autres chercheurs ont tenté de stimuler le cerveau de manière non invasive en utilisant des techniques telles que la stimulation magnétique transcrânienne (TMS), approuvée par la FDA pour le traitement de la dépression. Le TMS étant non invasif, il a également été utilisé chez des sujets humains normaux pour étudier la science fondamentale de la cognition, de l'émotion, de la sensation et du mouvement.

Cependant, l'utilisation du TMS pour stimuler les structures cérébrales profondes peut également entraîner une forte stimulation des régions de surface, entraînant la modulation de plusieurs réseaux cérébraux.

Les chercheurs du MIT ont découvert comment fournir une stimulation électrique au plus profond du cerveau, via des électrodes placées sur le cuir chevelu, en tirant parti d'un phénomène connu sous le nom d'interférence temporelle.

Cette stratégie nécessite de générer deux courants électriques à haute fréquence à l'aide d'électrodes placées à l'extérieur du cerveau. Ces champs sont trop rapides pour entraîner les neurones. Cependant, ces courants interfèrent les uns avec les autres de telle manière que là où ils se croisent, au plus profond du cerveau, une petite région de courant basse fréquence est générée à l'intérieur des neurones. Ce courant basse fréquence peut être utilisé pour stimuler l'activité électrique des neurones, tandis que le courant haute fréquence traverse les tissus environnants sans effet.

En réglant la fréquence de ces courants et en modifiant le nombre et l'emplacement des électrodes, les chercheurs peuvent contrôler la taille et l'emplacement du tissu cérébral qui reçoit la stimulation à basse fréquence. Ils peuvent cibler des emplacements situés au plus profond du cerveau sans affecter aucune des structures cérébrales environnantes. Ils peuvent également orienter l'emplacement de la stimulation, sans déplacer les électrodes, en modifiant les courants. De cette manière, des cibles profondes pourraient être stimulées, à la fois pour un usage thérapeutique et pour des recherches scientifiques fondamentales.

«Vous pouvez opter pour des cibles profondes et épargner les neurones sus-jacents, même si la résolution spatiale n’est pas encore aussi bonne que celle de la stimulation cérébrale profonde», déclare Boyden, membre du Media Lab du MIT et du McGovern Institute for Brain Research.

Li-Huei Tsai, directrice de l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire du MIT, et des chercheurs de son laboratoire ont testé cette technique chez des souris et ont découvert qu’elles pouvaient stimuler de petites régions au plus profond du cerveau, y compris l’hippocampe. Ils ont également pu déplacer le site de stimulation, ce qui leur a permis d'activer différentes parties du cortex moteur et d'inciter les souris à bouger leurs membres, leurs oreilles ou leurs moustaches.

«Nous avons montré que nous pouvons cibler très précisément une région du cerveau pour susciter non seulement une activation neuronale, mais aussi des réponses comportementales», explique Tsai. "Je pense que c'est très excitant parce que la maladie de Parkinson et d'autres troubles du mouvement semblent provenir d'une région très particulière du cerveau, et si vous pouvez cibler cela, vous avez le potentiel de l'inverser."

De manière significative, la nouvelle approche n'a pas activé les neurones dans le cortex, la région située entre les électrodes sur le crâne et la cible au plus profond du cerveau. Les chercheurs n'ont également trouvé aucun effet nocif dans aucune partie du cerveau.

Source: Institut de technologie du Massachusetts