Le cerveau prêt pour la prothèse de la pensée ?

4. décembre 2012
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L’utilisation de prothèses est généralement limitée à la substitution de la fonction des membres. Une neuroprothèse a récemment été mise au point par des chercheurs américains. Elle devrait permettre de récupérer des capacités cognitives perdues.

L’activité neuronale des cellules nerveuses peut être influencée électriquement. Cette propriété est déjà utilisée en thérapeutique dans diverses maladies telles que la maladie de Parkinson ou l’épilepsie. Dans ce processus, un dispositif appelé stimulateur cérébral stimule des régions spécifiques du cerveau afin de prévenir ou supprimer la défaillance des cellules nerveuses. Des chercheurs du Wake Forest Baptist Medical Center en Caroline du Nord ont mis au point une neuroprothèse qui peut affecter la cognition. Grâce à cette prothèse, non seulement des circuits existants peuvent être redessinés, mais il est aussi possible de réaliser des changements au niveau cellulaire.

Modèle MIMO

Dans un premier temps, Robert Hampson et al. identifièrent une région du cortex préfrontal qui importante pour les décisions par tomographie par émission de positons (TEP) chez cinq singes rhésus. Cela fut suivi par l’implantation de deux électrodes dans deux couches différentes des six couches du cortex cérébral. Les deux couches sélectionnées correspondent à une couche externe pour le traitement des stimuli sensoriels (entrée de stimulus) et une couche interne étant connectée à d’autres couches cérébrales (sortie). Le placement des électrodes et l’enregistrement du motif d’impulsions nerveuses suivent le modèle « multi-input multi-output nonlinear (MIMO) », un modèle mathématique qui a été développé par des chercheurs de l’Université de Caroline du Sud. En résumé, elles permettent d’enregistrer les signaux de la couche externe et délivrer des signaux à la couche interne.

Amplification du signal de bonnes décisions

Les singes prirent part à un entraînement pendant lequel ils devaient regarder différents symboles sur un écran d’ordinateur et les retrouver après un délai de deux minutes parmi plusieurs symboles différents. Les bonnes décisions furent récompensées. Après deux années d’entraînement, les chercheurs enregistrèrent l’activité neuronale associée à une bonne décision dans le choix des photos. Les chercheurs exploitèrent ce modèle particulier de signaux du cerveau concernant les bonnes décisions et renforcèrent les signaux du cerveau lors de choix correct, alors que les singes n’en étaient qu’à réfléchir à leur choix. Le nombre de bonnes décisions pouvait ainsi être augmenté.

La cocaïne simule des dommages cognitifs

Puis, les scientifiques simulèrent une blessure grave du cerveau qui affecte la cognition. Cela fut rendu possible par l’administration intraveineuse de cocaïne. Comme on s’y attendait, la capacité cognitive en souffrit et fut réduite de 13 pour cent. L’activation de la prothèse dans cette situation put à nouveau améliorer la performance, ainsi que celle des singes sans simulation de dommages au cerveau. De plus, les résultats furent améliorés de dix pour cent par rapport à ceux de l’expérience sans cocaïne. La cognition limitée sous l’influence de la cocaïne pourrait, par conséquent, au moins chez les animaux de laboratoire, être contrecarrée par la stimulation électrique ciblée efficacement. De plus, le cerveau humain ne se distingue pas particulièrement de celui des singes, de sorte que les chercheurs caressent l’espoir d’aider un jour les gens ayant des lésions cérébrales et des troubles cognitifs.

Les besoins de la recherche

Cependant, l’utilisation de la neuroprothèse est limitée à une seule tâche. Habituellement, une lésion cérébrale touche plusieurs domaines et plus d’une faculté est affaiblie. Comme on le sait depuis le traitement de la maladie de Parkinson, la stimulation électrique est également associée à des problèmes et tous les patients ne tirent pas profit de cette thérapie. Les effets secondaires du traitement peuvent créer des troubles de la parole et de l’équilibre. De plus, l’efficacité du traitement diminue au fil du temps.

Dans la recherche sur la maladie Parkinson, il y a maintenant le projet de recherche DBS SMART, lancé en mai 2012 et financé par le Ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche, sur le développement de stimulateurs du cerveau qui agiraient spécifiquement sur les lésions des ensembles nerveux concernés.

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