Au fil des années, de nombreuses expériences de contrôle cérébral à distance ont été réalisées sur des animaux et des humains. Elles reposent généralement sur l’installation d’électrodes ou de puces neuronales qui lient le sujet à un système externe et qui, la plupart du temps, nécessitent une intervention chirurgicale invasive. Cependant, des scientifiques sont sur le point de changer la donne en exploitant les champs magnétiques et des nanoparticules magnétisées. Dans le cadre d’une première expérience impliquant leur technologie, baptisée Nano-MIND, les chercheurs sont parvenus à contrôler des régions spécifiques du cerveau de souris pour contrôler notamment l’appétit, la sociabilité et le comportement maternel.
Des chercheurs du Centre de nanomédecine de l’Institute for Basic Science (IBS) et de l’Université Yonsei en Corée du Sud ont développé une approche innovante permettant de cibler les voies cérébrales en utilisant une combinaison de nanoparticules et de champs magnétiques. Cette technologie, baptisée Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics), offre une façon nouvelle de manipuler et de contrôler le système nerveux à distance.
« Il s’agit de la première technologie au monde permettant de contrôler librement des régions spécifiques du cerveau à l’aide de champs magnétiques », a déclaré dans un communiqué Jinwoo Cheon, directeur du Centre IBS de nanomédecine et auteur principal de l’étude, publiée dans Nature Nanotechnology. Pour développer Nano-MIND, les scientifiques se sont inspirés de la stimulation magnétique en la combinant avec l’optogénétique.
La stimulation magnétique est un domaine émergent en neurologie. Elle consiste à utiliser des impulsions électromagnétiques pour « masser » des régions entières du cerveau afin d’en modifier le comportement. Pour cibler des circuits spécifiques, l’équipe s’est basée sur l’optogénétique, une approche qui vise à intégrer génétiquement des mécanismes dans des cellules et activables par une source de lumière.
Une alternative non invasive
Par rapport aux autres méthodes existantes de manipulation neuronale, le Nano-MIND permet une modulation sans fil des circuits neuronaux profonds spécifiques du cerveau en utilisant le magnétisme. Elle permet d’activer à distance des circuits neuronaux spécifiques sans recourir à des électrodes ou une puce neuronale. Le secret de l’efficacité de cette technologie réside dans le génie génétique, qui permet d’intégrer des canaux ioniques dans des cellules nerveuses cibles.
Ces canaux, contrairement à l’optogénétique standard, sont actionnables non pas par une source de lumière, mais par un champ magnétique. Pour cela, un champ magnétique environnant puissant est nécessaire. Lorsque le champ magnétique est activé, les nanoparticules présentes dans les zones ciblées activent les canaux ioniques, modifiant ainsi le comportement de l’animal.
Dans le cadre de l’étude, l’équipe a mené trois expériences distinctes. La première consistait à cibler des récepteurs situés dans l’hypothalamus latéral d’un groupe de souris, une région au cœur du cerveau impliquée dans le comportement alimentaire et la récompense.
L’équipe a réussi à réguler les comportements alimentaires des souris en activant et désactivant leur désir de se nourrir. Sous l’influence du champ magnétique, le groupe dont les neurones excitateurs étaient ciblés a perdu 50 % de son appétit, tandis que le groupe aux neurones inhibiteurs modifiés a consommé deux fois plus de nourriture.
Dans la seconde expérience, les scientifiques ont activé les neurones responsables de la sociabilité, également localisés dans l’hypothalamus latéral. Les souris, placées avec des congénères inconnues, ont alors montré des comportements amicaux.
La dernière expérience consistait à utiliser le système Nano-MIND pour activer les récepteurs neuronaux responsables des comportements maternels, situés dans la zone préoptique médiale, chez des souris femelles n’ayant jamais reproduit. Selon l’équipe, « ces souris ont ensuite montré des comportements nourriciers accrus, comme amener leurs petits à leur nid, semblables aux souris maternelles ».
« Nous espérons qu’il sera largement utilisé dans la recherche visant à comprendre les fonctions cérébrales, les réseaux neuronaux artificiels sophistiqués, les technologies bidirectionnelles BCI et les nouveaux traitements pour les troubles neurologiques », conclut Cheon.