Des chercheurs ont réussi à améliorer des fonctions cognitives humaines par la stimulation cérébrale et l’IA

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Améliorer les capacités cognitives ou aider des patients à faire face à certains troubles mentaux, ce sont des applications technologiques qui sont désormais d’actualité. Récemment par exemple, une femme a pu se débarrasser de la majorité des symptômes de sa dépression sévère grâce à un implant cérébral conçu sur mesure. Aujourd’hui, ce sont d’autres chercheurs qui, suite à un essai pilote sur l’Homme, démontrent qu’il est possible d’améliorer certaines facultés cognitives par une stimulation cérébrale électrique ciblée, combinée à l’intelligence artificielle.

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de la faculté de médecine de l’université du Minnesota et du Massachusetts General Hospital sont parvenus à améliorer la flexibilité mentale et le « contrôle cognitif » de patients épileptiques. Au total, 12 personnes ont été intégrées à l’étude. Toutes devaient initialement subir uniquement une procédure qui consiste à placer des centaines de minuscules électrodes dans le cerveau, dans le but d’enregistrer son activité et identifier l’origine des crises. Ce sont ces électrodes qui ont ensuite permis de stimuler certaines zones cérébrales. À l’avenir, des implants pourraient permettre de le faire en toute autonomie.

Les résultats, publiés dans la revue Nature Biomedical Engineering, révèlent entre autres une région du cerveau, appelé « capsule interne », qui permet d’améliorer certaines fonctions cognitives des patients lorsqu’elle est stimulée par de petites impulsions électriques. Cette zone est responsable de ce que les chercheurs appellent le contrôle cognitif, le processus de passage d’un schéma de pensée ou d’un comportement à un autre, qui est altéré dans la plupart des maladies mentales, de la plus légère à la plus sévère.

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Corriger les dysfonctionnements cognitifs liés à certains troubles mentaux

« C’est le cas, par exemple, d’une personne souffrant de dépression qui ne parvient pas à se défaire d’une pensée négative « bloquée ». Étant donné que ce phénomène est si central dans les maladies mentales, trouver un moyen de l’améliorer pourrait constituer un nouveau moyen puissant de traiter ces maladies », déclare dans un communiqué Alik Widge, auteur principal de l’étude, professeur adjoint de psychiatrie et membre de la Medical Discovery Team on Addiction à la faculté de médecine de l’université du Minnesota.

Pour mener à bien sa recherche, Widge s’est entouré d’experts issus de plusieurs domaines, dont Sydney Cash, experte en recherche sur l’épilepsie et Darin Dougherty, expert en stimulation cérébrale clinique, tous deux également actifs au sein du Massachusetts General Hospital.

« Ce système peut lire l’activité cérébrale, ‘décoder’ à partir de là le moment où un patient éprouve des difficultés, et appliquer une petite impulsion de stimulation électrique au cerveau pour l’aider à surmonter cette difficulté », déclare Widge dans le communiqué. « L’analogie que j’utilise souvent est celle d’un vélo électrique. Lorsque quelqu’un pédale mais éprouve des difficultés, le vélo le détecte et l’augmente. Nous avons réalisé l’équivalent de cela pour la fonction mentale humaine ».

Mais l’équipe ne s’est pas arrêtée à ses premiers résultats. Pour aller plus loin, les chercheurs ont conçu un dispositif permettant de suivre les capacités de contrôle cognitif des patients stimulés. Puis ils ont alimenté un algorithme d’apprentissage automatique avec les données issues de leurs actions et de leur activité cérébrale pour directement améliorer l’efficacité du dispositif de stimulation entier, en boucle fermée. En d’autres termes, cette méthode a permis d’automatiquement augmenter la stimulation électrique lorsque cela était nécessaire (quand le patient montrait de moins bons résultats à un test de contrôle cognitif). Cet algorithme en boucle fermée a permis d’obtenir un système deux fois plus efficace que la stimulation aléatoire.

En quoi cette étude est-elle innovante ?

Comme l’équipe l’indique, il s’agit de la toute première fois qu’il est démontré chez l’humain qu’une fonction cérébrale spécifique liée à une maladie mentale peut être améliorée de manière fiable en utilisant une stimulation cérébrale électrique ciblée. Dans une phase de l’étude visant à en savoir plus sur le fonctionnement des régions ciblées, les chercheurs ont également démontré que des sous-parties spécifiques de la « capsule interne » du cerveau sont particulièrement efficaces pour l’amélioration de certaines fonctions cognitives. Ce qui rend les résultats de leurs expériences sur l’Homme d’autant plus intéressants.

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Certains des patients présentaient une anxiété importante en plus de leur épilepsie. Lorsqu’ils ont reçu la stimulation d’amélioration cognitive, ils ont signalé que leur anxiété s’était atténuée, car ils étaient plus à même de détourner leurs pensées de leur détresse et de se concentrer sur ce qu’ils souhaitaient. Selon Widge, cela suggère que cette méthode pourrait être utilisée pour traiter les patients souffrant d’anxiété, de dépression ou d’autres troubles graves et résistants aux médicaments.

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« Cela pourrait être une approche totalement nouvelle dans le traitement des maladies mentales. Au lieu d’essayer de supprimer les symptômes, nous pourrions donner aux patients un outil qui leur permette de prendre le contrôle de leur propre esprit », a déclaré Widge. « Nous pourrions les remettre à la place du conducteur et leur permettre de ressentir un nouveau sentiment d’autonomie ».

C’est donc aussi pour cela que cette méthode de stimulation cérébrale est innovante, car elle permet d’agir sur la cause et non uniquement sur les symptômes — comme cela est le cas pour la femme souffrant de dépression ayant bénéficié d’un implant cérébral (c.f. début d’article).

Selon Widge, le passage de ce traitement expérimental dans le clinique pourrait être rapide, car la cible nécessaire à améliorer le contrôle cognitif est déjà approuvée par la Food and Drug Administration (FDA) dans le cadre de la stimulation cérébrale profonde, et ce avec les outils et les appareils existants. Les résultats encourageants obtenus et ces arguments promettant une adaptation rapide de la méthode propulsent directement les chercheurs à la phase de préparation des essais cliniques, qui devraient avoir lieu prochainement.

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Source : Nature Biomedical Engineering

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