Alimenter la recherche sur le cerveau

La dernière décennie a vu une révolution dans notre compréhension du cerveau. L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) donne aux scientifiques un aperçu de nos pensées les plus profondes et de nos angoisses cachées. De minuscules réseaux d'électrodes qui enregistrent les signaux neuronaux des différentes parties du cerveau révèlent des indices sur la façon dont nos neurones encodent et envoient des informations. Mais quelles découvertes la prochaine génération de technologies apportera-t-elle aux neurosciences ? Les scientifiques du MIT espèrent hâter cette réponse avec le McGovern Institute Neurotechnology Program, un nouveau programme dédié au développement de nouvelles neurotechnologies. Charles Jennings, directeur du programme nouvellement embauché, s'entretient avec Examen de la technologie sur sa vision de l'avenir.

Charles Jennings, directeur nouvellement embauché du programme de neurotechnologie du McGovern Institute, espère encourager le développement des technologies de nouvelle génération pour le cerveau.

Examen de la technologie : Pourquoi lancer un programme spécifique pour développer les neurotechnologies ?

Charles Jennings : Les neurosciences ont toujours été à la fois motivées et limitées par les technologies disponibles pour les étudier. Le cerveau est si difficile, vous avez besoin de moyens pour l'enregistrer et le stimuler. La puissance avec laquelle vous pouvez faire ces choses détermine le rythme de la recherche et des applications cliniques éventuelles.

ENFANTS : Quelles sont les limites des technologies existantes pour étudier les neurosciences ?

JC : Pour la plupart, l'enregistrement à partir du cerveau implique de regarder à travers le crâne de manière fondamentalement limitée. La FMRI, qui était une grande avancée et l'une des plus puissantes de ces techniques, mesure le flux sanguin. Ainsi, vous ne pouvez jamais obtenir une meilleure résolution que la vitesse du flux sanguin. Vous ne pouvez jamais descendre au niveau d'une seule cellule.

À l'autre extrémité du spectre, nous pouvons insérer une électrode dans le cerveau, généralement d'animaux, une technique qui a été extrêmement importante. Mais la plupart du temps, nous ne pouvons enregistrer qu'à partir d'un ou plusieurs des milliards de neurones du cerveau. De nombreuses informations sont codées dans la synchronisation des signaux entre les neurones, que vous ne pouvez pas voir à moins d'enregistrer à partir de nombreux neurones à la fois.

Nous sommes également limités par la durée que nous pouvons enregistrer. Si vous souhaitez étudier un processus ou un comportement qui prend des semaines à acquérir, vous devez être capable d'observer le cerveau sur de longues périodes de temps. Cette capacité ouvrirait de nombreuses questions de recherche : les processus qui sous-tendent la formation d'habitudes, la dégénérescence à long terme, comme la maladie d'Alzheimer, ou les maladies psychiatriques, qui se développent souvent au fil des années.

L'enregistrement à long terme est également important sur le plan clinique pour les traitements de stimulation cérébrale de la maladie de Parkinson et de la dépression. [Dans cette procédure, une électrode est implantée chirurgicalement dans une partie du cerveau impliquée dans la maladie. L'administration d'impulsions électriques via l'implant bloque les signaux électriques provoquant des tremblements et d'autres symptômes de la maladie de Parkinson, et, plus récemment, elle s'est révélée prometteuse dans le traitement de la dépression sévère.] Et c'est important dans les appareils prothétiques pour les victimes de paralysie, dans lesquels un appareil enregistre de la partie du cerveau impliquée dans la planification et traduit ensuite cette activité en mouvement d'un curseur d'ordinateur ou d'un membre artificiel. Le défi consiste à créer quelque chose que vous pouvez implanter dans le cerveau et qui se comportera de manière cohérente sur de longues périodes de temps.

ENFANTS : Quelles sont les nouvelles technologies intéressantes que vous voyez à l'horizon des neurosciences ?

JC : Je pense que nous allons voir un grand impact de la génétique humaine. Nos voisins du Broad [Institut], par exemple, ont développé des outils pour examiner les variations individuelles de notre information génétique et recherchent des gènes impliqués dans la schizophrénie et le trouble bipolaire. (Voir Une nouvelle carte pour la santé.) Peu de gènes ont été identifiés jusqu'à présent, il est donc vraiment urgent de découvrir la base génétique de ces maladies.

L'une des tendances que nous avons observées au cours des deux dernières années est l'intérêt pour la combinaison de la génétique et de l'imagerie cérébrale. Si vous identifiez un gène impliqué dans une maladie psychiatrique, vous voulez vous demander comment ce gène affecte le comportement et comment il affecte la fonction cérébrale. Le cerveau est une boîte noire jusqu'à ce que vous l'examiniez. Le plus grand défi sera d'établir toutes les connexions entre les gènes et le comportement. Comment les influences environnementales interagissent-elles avec la génétique pour façonner le cerveau et influencer le comportement ?

ENFANTS : Quels types de technologies souhaitez-vous développer ?

JC : Jusqu'à présent, nous collaborons avec Ian Hunter, professeur de génie mécanique au MIT, qui développe des électrodes à nanofils beaucoup plus fines que les électrodes actuelles. (Voir Petites électrodes pour le cerveau.) Vous pouvez les introduire dans davantage de parties du cerveau tout en endommageant moins les tissus.

Un autre projet consiste à développer de nouvelles méthodes pour l'IRMf. Nous voulons créer des molécules rapporteurs sensibles à différents [produits chimiques] dans le cerveau, comme le calcium, une molécule de signalisation importante. Un marqueur qui change avec la concentration de calcium pourrait imager l'activité neuronale avec une résolution beaucoup plus grande que les méthodes actuelles.

À long terme, nous voulons penser à des projets grands, à haut risque et à haut rendement. Si vous regardez l'IRMf, c'est une nouvelle façon radicale de regarder le cerveau. Qu'est-ce qui le remplacera dans 20 ans ? La vue de science-fiction serait des dispositifs miniatures qui se logeraient dans les capillaires et enregistreraient à partir des neurones proches et transmettraient ces données à travers le crâne. Pensez à ce que vous pourriez faire si vous aviez un grand nombre de ces choses qui pourraient s'autoalimenter et pulluler dans le cerveau. Nous ne savons pas si cela peut être fait, mais on m'a dit qu'il n'y avait aucune raison théorique pour laquelle cela ne pourrait pas.

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