Dans les profondeurs du cerveau

Sur la toile, on trouve des vidéos dont le contenu reste gravé dans la mémoire. Un homme est assis sur un canapé, une télécommande à la main. Manifestement, il est atteint de la maladie de Parkinson : ses mains et ses bras tremblent et s'agitent. Puis il soulève la télécommande vers sa poitrine, appuie sur un bouton gris - et les tremblements cessent presque instantanément.

Ce que l'on ne voit pas sur la vidéo : Deux électrodes reliées à un stimulateur cardiaque implanté au niveau de la poitrine sont placées dans le cerveau de la personne concernée. En appuyant sur un bouton, le stimulateur envoie des impulsions électriques dans les ganglions de la base, un groupe de noyaux cellulaires qui contr?lent la planification des mouvements. La stimulation de cette zone du cerveau, fortement perturbée dans la maladie de Parkinson, stoppe presque instantanément les importants troubles moteurs. C'est carrément fantomatique.

"La stimulation cérébrale profonde pour la maladie de Parkinson est probablement l'un des plus grands succès des neurosciences", déclare Johannes Bohacek, professeur assistant à l'Institut des neurosciences de l'ETH Zurich. Les scientifiques utilisent également la stimulation cérébrale à titre expérimental pour traiter la dépression, mais une grande partie de cette recherche n'en est encore qu'à ses débuts. Certaines choses relèvent parfois de la science-fiction.

Des virus dans le cerveau

Johannes Bohacek lui-même utilise les stimulations cérébrales pour étudier le stress et ses conséquences sur l'organisme. "Le stress aigu et chronique est un facteur de risque pour les maladies psychiques", explique le neuroscientifique. Mais il est très compliqué d'étudier les réactions au stress, car celui-ci a des répercussions sur l'ensemble du corps et implique de nombreux organes et neurotransmetteurs. "Cela rend difficile l'étude ciblée du phénomène du stress".

Bohacek simplifie donc en se concentrant sur des éléments isolés ; actuellement sur le système noradrénergique, qui joue un r?le central dans le stress. Dans les situations de stress aigu, par exemple lorsqu'une alarme incendie se déclenche soudainement, le cerveau est inondé de noradrénaline. Une seule et minuscule zone du cerveau, le locus caeruleus, en est responsable. Il est caché dans le tronc cérébral, comme une aiguille dans une botte de foin. "Il est trop petit et trop difficile à atteindre pour les sondes utilisées pour la stimulation cérébrale profonde", explique Bohacek. Un locus caeruleus hyperactif est à la base de certains troubles anxieux et paniques. C'est pourquoi de nombreux chercheurs et le secteur pharmaceutique s'intéressent de près à une meilleure compréhension de ses fonctions.

Pour pouvoir étudier de manière ciblée ce qui se passe dans cette zone du cerveau en cas de stress, le professeur de l'ETH modifie de manière ciblée les cellules nerveuses du locus caeruleus à l'aide de virus. Pour ce faire, il travaille avec une ligne de souris spéciale qui force le virus à pénétrer dans le locus caeruleus. Le virus fait en sorte qu'un récepteur artificiel (molécule réceptrice) se forme à la surface des cellules nerveuses.

Les chercheurs administrent ensuite aux souris une substance qui se lie à ces récepteurs afin d'exciter les neurones concernés et de provoquer la libération d'adrénaline du Nord, sans qu'il soit nécessaire d'activer au préalable l'ensemble du système de stress. Bohacek et son équipe peuvent ainsi expliquer ce qui se passe ensuite dans l'ensemble du cerveau.

Le neuroscientifique espère que de telles expériences permettront de mieux comprendre les causes des maladies liées au stress. "Pour pouvoir développer des thérapies plus efficaces, nous devons d'abord mieux conna?tre les mécanismes moléculaires du stress. Une approche passionnante consisterait à freiner l'excitabilité du locus caeruleus par des méthodes similaires à la stimulation cérébrale", explique Bohacek. "Reste à savoir si et quand ces techniques feront leur entrée dans la réalité clinique".

Interface cerveau-machine

Les nouvelles thérapies pour les maladies cérébrales figurent également en tête de l'ordre du jour de Mehmet Fatih Yanik. "Nous travaillons sur de nouvelles technologies pour corriger les dysfonctionnements du réseau dans les maladies cérébrales. De tels dysfonctionnements sont à la base de maladies telles que la dépression, la schizophrénie ou l'autisme", explique le professeur de neurotechnologie à l'Institut de neuroinformatique de l'ETH et de l'Université de Zurich.

Les maladies cérébrales continuent d'être traitées le plus souvent par des pilules. Une substance active se lie alors à la molécule cible appropriée dans la cellule nerveuse et déclenche ainsi une cascade de signaux biochimiques dans la cellule. Cela n'est toutefois pas très spécifique, car les molécules cibles sont souvent présentes dans l'ensemble du cerveau, voire dans le reste du corps, et pas seulement dans les zones cérébrales sur lesquelles on souhaite agir avec le médicament.

Yanik a donc une autre idée de ce à quoi pourrait ressembler la thérapie des maladies du cerveau à l'avenir. "Pour l'instant, c'est une pure vision", dit-il en souriant. Mais en fait, il est très sérieux. Récemment, il a posé sa candidature avec succès pour obtenir des fonds de recherche de l'UE avec ce projet.

Son idée : une personne est allongée dans son lit, la tête posée sur l'oreiller, qui communique sans fil avec des micropuces placées sur le cortex cérébral. Pendant que la personne dort, des milliers de minuscules électrodes transmettent des informations à haute résolution sur l'activité des différents neurones aux puces. Celles-ci calculent si les circuits cérébraux fonctionnent normalement ou s'ils présentent des schémas pathologiques nécessitant une intervention thérapeutique.

Un implant connecté à la circulation sanguine libère alors des microparticules chargées de substances actives. Les micropuces activent ensuite d'autres modules qui génèrent des ondes ultrasonores et se dirigent vers un endroit précis du cerveau. Là, les particules s'agglomèrent pendant un court instant et libèrent les substances actives. De cette manière, elles régulent de manière très concentrée et extrêmement ciblée les circuits cérébraux déréglés.

Il est certes encore à des décennies de la réalisation d'un tel système, mais certaines pièces du puzzle font actuellement l'objet de recherches intensives et sont testées sur des animaux. Par exemple, les substances actives libérées par ultrasons focalisés. Yanik et ses collaborateurs ont récemment réussi à utiliser des ondes ultrasonores de faible intensité pour concentrer des microparticules dans des zones cérébrales définies chez le rat, à les ouvrir et à libérer leur charge - des substances actives déjà autorisées pour des applications cliniques. L'équipe de Yanik a également développé un algorithme inédit permettant d'identifier des schémas d'activité cérébrale pathologique dans un modèle animal et de traiter la maladie correspondante.

Reste la question : l'humanité a-t-elle vraiment besoin d'un tel scénario de science-fiction pour guérir les maladies du cerveau ? Yanik en est convaincu : "Les thérapies existantes ne suffisent pas. Quarante des maladies cérébrales les plus graves ne peuvent toujours pas être traitées. Aujourd'hui, nous avalons des pilules contre les maladies psychiques ou, au mieux, nous utilisons des rayonnements électromagnétiques ou des ultrasons. C'est à peu près aussi efficace que si l'on voulait réparer un superordinateur avec un marteau".