La première image d’un être humain est une échographie réalisée dans le ventre de la mère. Mais les ultrasons peuvent faire bien plus : les physiothérapeutes les utilisent depuis longtemps pour réchauffer les tissus corporels et les cancérologues détruisent les tumeurs grâce aux ultrasons de haute intensité et à la chaleur qu’ils dégagent à l’intérieur du corps.
Depuis une dizaine d’années, des scientifiques étudient en outre comment influencer de manière ciblée l’activité nerveuse dans le cerveau avec des ultrasons de faible intensité. Les premières études cliniques vérifient déjà si cette neuromodulation permet d’atténuer les symptômes de la maladie d’Alzheimer, de l’épilepsie ou les tremblements des patients atteints de tremblements.
Des chercheurs de l’ETH Zurich, de l’Université de Zurich et de l’Université de New York sont parvenus à améliorer la neuromodulation par ultrasons dans le cerveau. Les scientifiques ont développé un appareil qui permet pour la première fois de stimuler simultanément trois ou jusqu’à cinq points définis avec précision dans le cerveau, comme ils le montrent dans une étude. Jusqu’à présent, cela n’était possible qu’en partie et de manière beaucoup moins précise.
"Le cerveau fonctionne en réseaux. Il est donc plus facile de stimuler ou d’atténuer un réseau cérébral si on le fait sur plusieurs points à la fois", explique Daniel Razansky. Il est professeur à l’EPFZ et à l’Université de Zurich et a dirigé le travail avec un collègue de l’Université de New York.
A travers la boîte crânienne Dans cette technique, la neuromodulation se fait à travers la boîte crânienne. L’appareil est dirigé vers la tête. Il s’agit d’une méthode non invasive : une intervention chirurgicale n’est pas nécessaire.
Les chercheurs ont réalisé la neuromodulation en laboratoire sur des souris. Pour ce faire, ils ont placé la tête de ces dernières sous une cagoule de leur propre conception contenant plusieurs centaines de transducteurs à ultrasons. grâce à un système électronique de commande sophistiqué, ces transducteurs génèrent de courtes impulsions ultrasonores de telle sorte que les ondes ultrasonores s’annulent ou se renforcent mutuellement dans le cerveau. Le principe est comparable à celui d’un hologramme, une image tridimensionnelle produite par l’interaction d’ondes lumineuses. Avec la nouvelle méthode des chercheurs de Zurich et de New York, la superposition de nombreuses ondes ultrasonores crée des points focaux individuels.
En modulant les réseaux cérébraux en plusieurs points à la fois, les chercheurs peuvent travailler avec des ultrasons moins intenses qu’avec une modulation en un seul point. "Moins l’ultrason est intense, plus il est sûr pour le cerveau", explique Razansky. Les tentatives précédentes de neuromodulation par ultrasons ont souvent souffert d’un effet "tout ou rien" : des ultrasons trop faibles n’avaient aucun effet, tandis qu’une intensité trop forte entraînait une excitation incontrôlée de tout le cerveau, associée au risque de l’endommager. En outre, des ultrasons intenses peuvent provoquer des lésions vasculaires ou entraîner une surchauffe du crâne ou du cerveau.
Influence mécanique sur les protéines Les implants à ultrasons de faible intensité ont des effets à court terme, y compris une brève augmentation de la température dans la zone focale. En outre, elles influencent probablement aussi des protéines en forme de canal à la surface des cellules nerveuses, qui contrôlent le transport d’ions dans et hors des cellules. Les chercheurs doivent encore étudier en détail quels mécanismes contribuent à la stimulation ou à l’amortissement des cellules nerveuses et dans quelle mesure.
La nouvelle méthode permet en outre non seulement de stimuler les réseaux cérébraux, mais aussi de rendre cette stimulation visible par imagerie. Les chercheurs peuvent ainsi vérifier immédiatement quels réseaux ils ont stimulés.
La dernière étude publiée par les chercheurs dans la revue spécialisée Nature Biomedical Engineering avait pour but de développer la technologie et n’avait pas encore d’application médicale.
Expérimentation animale pour Comme l’autorité subit actuellement des pressions politiques et n’octroie plus de fonds à l’étranger, les chercheurs ne peuvent actuellement pas poursuivre leur collaboration dans le même cadre, explique Razansky. Il souhaite toutefois la poursuivre autant que possible avec d’autres sources de financement.
Les chercheurs souhaitent ensuite se consacrer à des applications et tester la technologie sur différentes maladies dans le cadre d’études animales. Outre la maladie d’Alzheimer, les tremblements et l’épilepsie, les champs d’application médicaux possibles sont la dépression, la maladie de Parkinson ainsi que la thérapie après une attaque cérébrale. "Pour notre recherche, nous sommes dépendants des animaux", souligne Razansky. "Il ne serait pas possible d’étudier de tels développements à un stade aussi précoce sur des humains. Nous devons d’abord apprendre à contrôler l’intervention, et nous devons nous assurer qu’elle est sûre et efficace pour le traitement des maladies cérébrales"
Le groupe de Razansky est spécialisé dans le développement de méthodes d’échographie et d’imagerie, dans les aspects d’ingénierie et dans l’analyse des données. Les collègues de New York ont apporté leur expertise en neurosciences. Le développement de l’appareil et les expériences ont eu lieu à Zurich.
Référence bibliographique
Estrada H, Chen Y, Lemaire T, Davoudi N, Özbek A, Parduzi Q, Shoham S, Razansky D : La neuromodulation holographique par ultrasons transcrâniens améliore l’efficacité de la stimulation en recrutant de manière coopérative des circuits cérébraux distribués. Nature Biomedical Engineering 2025, doi : 10.1038/s41551-025-01449-x
