Une prothèse restaure la mémoire en cas de lésion cérébrale

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Si la stimulation cérébrale profonde est utile pour traiter les troubles de la mémoire, elle présente un risque de dommage des circuits neuronaux. Récemment, des scientifiques ont mis au point une prothèse utilisant des électrodes cérébrales pour imiter l’hippocampe et ainsi stimuler l’encodage des souvenirs. Elle serait deux fois plus efficace que la stimulation cérébrale profonde chez les patients ayant subi une lésion cérébrale suite à une pathologie ou un accident. Des études complémentaires sont nécessaires avant son déploiement clinique.

Il faut savoir que si la stimulation cérébrale permet de traiter certains troubles de la mémoire, tout comme une prothèse technologiquement avancée, il est indispensable de répondre à certaines des limites des différentes approches.

Actuellement, il est admis que la stimulation cérébrale profonde peut affecter les réseaux cérébraux associés à la mémoire, même si les scientifiques ne savent pas exactement comment cet effet se produit. Cependant, à mesure que la pathologie cellulaire progresse à partir d’une blessure ou d’une maladie, ces réseaux affectés diffèrent anatomiquement de patients sans lésions ni maladie.

D’autre part, la stimulation multisites peut restaurer la fonction de mémoire en « contournant » les zones cérébrales endommagées, améliorant l’activité synaptique ou favorisant la réparation cellulaire et la neurogenèse (production de neurones). Même dans ces cas, il est possible qu’un point puisse être atteint où la stimulation dépendante du réseau n’est tout simplement plus efficace. Ainsi, une véritable neuroprothèse doit fonctionner pour remplacer la fonction cognitive perdue non seulement en contournant, mais aussi en remplaçant la sortie de l’hippocampe et des régions de mémoire associées.

C’est pourquoi récemment, des chercheurs de l’Université de Caroline du Sud et de la Wake Forest School of Medicine, ont développé et testé une véritable prothèse cérébrale imitant le rôle de l’hippocampe, à savoir former des souvenirs à court terme, mais également diriger les souvenirs vers d’autres régions pour un stockage à long terme. Leurs travaux sont publiés dans la revue Frontiers in Human Neuroscience.

Imiter le fonctionnement du cerveau, une recherche de longue date

L’étude actuelle s’appuie sur plus de 20 ans de recherche préclinique sur les « codes de mémoire », dirigée par Sam Deadwyler, professeur de physiologie et de pharmacologie à Wake Forest Baptist, avec Hampson, Berger et Song et leurs travaux précliniques de 2018. Leur idée est d’utiliser des électrodes cérébrales pour comprendre les schémas électriques d’activité qui se produisent lorsque les souvenirs sont encodés, puis d’utiliser ces mêmes électrodes pour déclencher des schémas d’activité similaires et aider à la formation et au stockage des souvenirs.

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Ainsi, à travers l’étude pilote de 2018, les auteurs ont démontré la mise en œuvre réussie d’un système prothétique MIMO (multi-entrées, multi-sorties) qui utilise les propres schémas de mémoire d’une personne pour faciliter la capacité du cerveau à coder et rappeler la mémoire. D’ailleurs, les performances de la mémoire à court terme des participants ont montré une amélioration de 35 à 37% par rapport aux mesures de base.

Robert Hampson, Ph. D., professeur de physiologie/pharmacologie et de neurologie à Wake Forest Baptist, a déclaré dans un communiqué : « C’est la première fois que des scientifiques ont été en mesure d’identifier le code ou le modèle de mémoire des cellules cérébrales d’un patient et, en substance [d’écrire] ce code pour améliorer le fonctionnement de la mémoire existante, une première étape importante dans la restauration potentielle de la mémoire ».

Récemment, ils ont testé, sur le même groupe de personnes épileptiques de 2018, un système dérivé de MIMO, un modèle de décodage de la mémoire (MDM), qui imite les modèles d’activité électrique à travers l’hippocampe se produisant naturellement lorsque chaque personne forme avec succès des souvenirs. Le modèle MDM prend une moyenne de ces schémas pour chaque individu, puis déclenche ce schéma de stimulation électrique pour aider à la formation de souvenirs.

Des réponses cérébrales individuelles et uniques

Pour comparer les deux types de prothèses, l’équipe a soumis les volontaires, ayant des électrodes implantées pour étudier leur épilepsie, aux mêmes tests que ceux de 2018. Il s’agit de deux séries de deux tests, l’un pour évaluer la mémoire immédiate, l’autre pour déterminer la mémoire à plus long terme. La première série de deux tests a permis d’estimer les deux modèles MIMO et MDM. Durant la seconde série de tests, les chercheurs ont délivré une stimulation basée sur MIMO ou sur MDM aux sites d’électrodes pendant la phase d’encodage des souvenirs.

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Hampson déclare dans un article du MIT Technologies Review : « Jusqu’à présent, nous constatons que c’est différent pour chaque personne ». Néanmoins, la prothèse améliore les performances aux tests de mémoire, bien plus encore si les volontaires reçoivent le bon schéma de stimulation (MIMO ou MDM) lors de l’encodage des souvenirs. Hampson ajoute : « Cela suggère que la prothèse de mémoire peut aider à coder les souvenirs dans le cerveau. Nous constatons des améliorations allant de 11 à 54% ».

Étonnamment, les auteurs ont noté que cette stimulation de l’hippocampe pour restaurer la mémoire était plus bénéfique pour les sujets ayant déjà subi une lésion cérébrale (autre que l’épilepsie), comparativement à des sujets témoins (épileptiques) qui n’avaient pas subi de lésion cérébrale. Mais la raison de cette différence reste encore inconnue et nécessite des études complémentaires.

Un projet encore loin de l’utilisation clinique

Malgré des résultats encourageants et la volonté des auteurs à voir leur prothèse largement utilisée pour restaurer la mémoire chez les personnes souffrant de troubles mémoriels, il reste de nombreux défis à relever.

En effet, les électrodes utilisées dans l’étude mesurent environ un millimètre de large et elles sont implantées suffisamment profondément dans le cerveau de tous les volontaires pour atteindre l’hippocampe — à environ 10 centimètres de profondeur. Elles sont plutôt rudimentaires selon les normes de recherche modernes et ne peuvent entrer en contact qu’avec environ 40 à 100 neurones seulement, explique Dong Song de l’Université de Californie du Sud, co-auteur de l’étude, au MIT Technologies Review.

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Sans compter que les auteurs n’ont pas déterminé si cette prothèse devrait fonctionner en permanence ou uniquement lorsque le cerveau s’apprête à encoder un souvenir, car certaines actions du quotidien, pour les personnes ayant des défaillances de mémoire, ne demandent pas l’intervention du souvenir.

Enfin, il est admis que l’hippocampe rejoue certains souvenirs la nuit pour consolider les données ; faudrait-il donc que la prothèse puisse le faire également ? Ce sont de nombreuses questions qui nécessitent des études supplémentaires.

Song déclare dans l’article du MIT Technologies Review : « Les patients atteints de lésions cérébrales seraient les premiers [candidats]. De telles blessures ont tendance à affecter des régions spécifiques du cerveau. Les lésions à l’hippocampe seraient plus faciles à cibler que les maladies dégénératives comme Alzheimer, qui ont tendance à endommager de nombreuses régions du cerveau ».

Source : Frontiers in Human Neuroscience

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