La stimulation technologique peut-elle améliorer nos fonctions cérébrales ?

Avez-vous une longue liste de courses à retenir ? Ou les noms des invités à une réunion importante ?

Il existe des techniques de mémorisation utilisées pour entraîner le cerveau et améliorer son fonctionnement : la méthode dite « logicielle » pour améliorer les capacités mentales.

Mais pourrait-on aussi utiliser du matériel , c'est-à-dire des dispositifs qui envoient au cerveau une impulsion électrique ?

Jusqu'à présent, cette technologie a été développée pour aider à restaurer les fonctions cérébrales dans certaines affections neurologiques.

La stimulation cérébrale profonde (SCP) en est un exemple : une technique complexe utilisée depuis de nombreuses années pour traiter les personnes atteintes de troubles du mouvement tels que la maladie de Parkinson.

Stimulateur cérébral

La professeure Francesca Morgante, de l'université City St George's de Londres, a observé l'impact de la stimulation cérébrale profonde (SCP) sur ses patients.

« [La DPE] est envisagée pour ceux dont les médicaments ne parviennent pas à contrôler les symptômes », a-t-il déclaré à l'émission CrowdScience du service mondial de la BBC.

Dans la maladie de Parkinson, les cellules qui produisent la dopamine, le messager chimique, meurent.

La dopamine est essentielle à la transmission des signaux dans les régions du cerveau qui contrôlent les mouvements. Un manque de dopamine peut entraîner chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson des symptômes tels que des tremblements, une rigidité et une lenteur des mouvements.

La maladie s'aggrave avec le temps et il n'existe actuellement aucun traitement curatif.

La stimulation cérébrale profonde (SCP) consiste à implanter chirurgicalement un générateur d'impulsions sous la peau, généralement juste en dessous de la clavicule. Ce générateur est relié à des fils ou des électrodes insérés dans les zones cérébrales affectées afin de les stimuler par un faible courant électrique.

L'appareil agit comme un stimulateur cérébral, explique Morgante, contribuant à rétablir une signalisation cérébrale normale.

Il n'existe pas d'approche unique qui convienne à tous

Bien que la stimulation cérébrale profonde puisse contribuer à soulager certains symptômes de la maladie de Parkinson, elle n'est pas toujours efficace.

Les mécanismes par lesquels le vaste réseau de neurones s'envoie des signaux électriques sont complexes et, jusqu'à présent, ne sont pas entièrement compris.

« Il existe bien d'autres symptômes que les tremblements et les problèmes de mobilité », explique le Dr Lucia Ricciard, également de l'université City St George's de Londres. « Parmi eux, on retrouve la dépression, l'anxiété, le manque de motivation, les troubles de la mémoire et les difficultés d'endormissement. »

Il ajoute que des études suggèrent que la stimulation cérébrale profonde pourrait également contribuer à atténuer certains de ces symptômes, tels que la dépression et l'anxiété, mais que des recherches supplémentaires sont nécessaires.

De plus, il faut tenir compte des facteurs individuels. Chaque cerveau est extrêmement complexe et unique ; il n'existe donc pas de solution universelle.

Les fils implantés utilisés dans la stimulation cérébrale profonde (SCP) sont constitués de plusieurs segments indépendants qui se connectent à différents neurones.

Les experts doivent déterminer quels segments stimuler pour obtenir le meilleur impact sur les symptômes du patient.

« La décision de savoir lequel activer et avec quels paramètres en termes de fréquence, d'amplitude et d'impulsion : il y a de nombreux aspects que nous devons prendre en compte », explique Ricciard.

Ce processus d'étalonnage personnalisé, traditionnellement réalisé par tâtonnement, s'améliore constamment, notamment grâce à l'IA qui peut désormais suggérer les combinaisons les plus adaptées à chaque cerveau.

Un stimulant de mémoire ?

On ignore encore si la stimulation cérébrale peut améliorer d'autres fonctions comme la mémoire. Cependant, des recherches sont actuellement menées à ce sujet.

La mémoire humaine est localisée dans une région du cerveau appelée hippocampe.

Cette zone reçoit des informations provenant d'autres parties du cerveau, comme l'odeur, le son et l'image d'une expérience, et les convertit en un code qui est stocké à court ou à long terme, explique le Dr Robert Hampson, expert en mémoire à l'université Wake Forest aux États-Unis.

Il y a plusieurs années, son équipe a mené des expériences sur de petits rongeurs, en leur confiant une tâche qui nécessitait l'utilisation de la mémoire, et a observé l'apparition de schémas électriques spécifiques avant que l'animal ne décide de ce qu'il devait faire.

« Si le rat de laboratoire tourne à gauche, j'obtiens un schéma que j'appelle "gauche", et s'il tourne à droite, j'obtiens un schéma que j'appelle "droite" », a expliqué Hampson.

« Nous avons découvert qu'il existe des schémas associés au bon fonctionnement de la mémoire et à ses éventuelles défaillances », a-t-il déclaré.

Hampson commença à se demander s'il serait possible d'influencer ces schémas et de « réparer la mémoire lorsqu'elle dysfonctionne ».

Son équipe a été la première à réaliser des essais cliniques sur l'homme d'un dispositif appelé prothèse neurale hippocampique, bien que Hampson l'ait décrite comme « ressemblant davantage à une béquille ou à un plâtre » qu'à une prothèse.

Semblable à la stimulation cérébrale profonde (SCP), elle implique l'implantation chirurgicale de nombreuses électrodes, cette fois-ci dirigées vers l'hippocampe.

Cette technologie n'est pas encore totalement au point. C'est pourquoi, au lieu d'un stimulateur cardiaque, les électrodes sont reliées à un ordinateur externe de grande taille capable d'envoyer et de recevoir des signaux provenant du cerveau.

« Nous essayons de rétablir la fonction lorsqu'elle s'affaiblit ou est perdue », a-t-il déclaré.

Les premiers résultats sont prometteurs lorsqu'ils sont testés sur des personnes épileptiques.

« Nous avons observé une amélioration de 25 à 35 % de la capacité à retenir l'information sur cette période, allant d'environ une heure à 24 heures », a commenté Hampson. « Ce résultat a été constaté chez les sujets qui présentaient les plus grands problèmes de mémoire au début du test. »

Perspectives d'avenir

Cette technologie pourrait un jour aider les personnes souffrant de troubles de la mémoire comme la maladie d'Alzheimer, selon Hampson.

Mais pourrait-on améliorer le cerveau de n'importe qui, et pas seulement celui des personnes souffrant de maladies dégénératives ?

Hampson pense que nous avons encore beaucoup à apprendre sur les raisons pour lesquelles la mémoire de certaines personnes fonctionne mieux que celle d'autres.

« Nous ne disposons pas nécessairement de suffisamment d'informations pour dire : "Peut-on améliorer (le cerveau) au-delà de la normale ?" », a-t-il déclaré.

Et, bien sûr, il faut tenir compte des obstacles éthiques, en plus des risques liés à la chirurgie cérébrale elle-même.

« La mémoire est l'essence même de ce qui nous définit, et la seule chose que nous ne voulons pas, c'est la changer », a commenté le Dr Hampson.