Des chercheurs de la Keck School of Medicine de l’USC et du California Institute of Technology (Caltech) ont conçu et implanté une fenêtre transparente dans le crâne d’un patient, leur permettant de collecter des données d’imagerie cérébrale à haute résolution à l’aide de l’imagerie fonctionnelle par ultrasons (fUSI). Les résultats préliminaires, publiés dans la revue Science Translational Medicine, suggèrent que cette approche sensible et non invasive pourrait ouvrir de nouvelles voies pour la surveillance des patients, la recherche clinique et des études plus larges sur la fonction cérébrale.
Charles Liu, MD, PhD, professeur de chirurgie neurologique clinique, d’urologie et de chirurgie à la Keck School of Medicine et directeur du USC Neurorestoration Center, a souligné l’importance de cette étude, déclarant : « La capacité d’extraire ce type d’informations de manière non invasive à travers une fenêtre est assez important, d’autant plus que de nombreux patients nécessitant une réparation du crâne ont ou développeront des handicaps neurologiques. De plus, des « fenêtres » peuvent être implantées chirurgicalement chez des patients dont le crâne est intact si les informations fonctionnelles peuvent faciliter le diagnostic et le traitement. »
Un cas unique : le parcours de Jared Hager
Le participant à la recherche, Jared Hager, 39 ans, a subi un traumatisme crânien (TCC) suite à un accident de skateboard en 2019. Lors d’une intervention chirurgicale d’urgence, la moitié du crâne de Hager a été retirée pour soulager la pression sur son cerveau, laissant une partie de son cerveau couverte. uniquement avec la peau et le tissu conjonctif. En raison de la pandémie, il a dû attendre plus de deux ans pour que son crâne soit restauré avec une prothèse.
Pendant ce temps, Hager s’est porté volontaire pour des recherches antérieures menées par Liu, Jonathan Russin, MD, directeur chirurgical associé du USC Neurorestoration Center, et une autre équipe de Caltech sur un nouveau type d’imagerie cérébrale appelé fPACT. Lorsque le moment est venu d’implanter la prothèse, Hager s’est de nouveau porté volontaire pour faire équipe avec Liu et ses collègues, qui ont conçu un implant crânien personnalisé pour étudier l’utilité du fUSI tout en réparant la blessure de Hager.
Défis et potentiel de l’imagerie cérébrale fonctionnelle
L’imagerie cérébrale fonctionnelle, qui collecte des données sur l’activité cérébrale en mesurant les modifications du flux sanguin ou des impulsions électriques, peut offrir des informations clés sur le fonctionnement du cerveau, tant chez les personnes en bonne santé que chez celles souffrant de troubles neurologiques. Cependant, les méthodes actuelles, telles que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et l’électroencéphalographie intracrânienne (EEG), laissent de nombreuses questions sans réponse en raison de défis tels que la faible résolution, le manque de portabilité ou la nécessité d’une chirurgie cérébrale invasive. fUSI pourrait éventuellement offrir une alternative sensible et précise.
« Si nous pouvons extraire des informations fonctionnelles grâce à l’implant crânien d’un patient, cela pourrait nous permettre de fournir un traitement de manière plus sûre et plus proactive », y compris aux patients atteints de traumatisme crânien qui souffrent d’épilepsie, de démence ou de problèmes psychiatriques, a déclaré Liu.
Les chercheurs ont testé plusieurs implants crâniens transparents sur des rats et ont découvert qu’une fine fenêtre en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) donnait les résultats d’imagerie les plus clairs. Ils ont ensuite collaboré avec une société de neurotechnologie, Longeviti Neuro Solutions, pour construire un implant personnalisé pour Hager.
L’équipe de recherche a collecté des données fUSI pendant que Hager résolvait un casse-tête « relier les points » sur un écran d’ordinateur et jouait des mélodies sur sa guitare, avant et après l’installation de l’implant. Les résultats ont montré que la fUSI pouvait fournir des données d’imagerie précises et utiles, bien qu’avec une fidélité légèrement réduite par rapport aux données pré-implantaires.
La nouvelle technique pourrait offrir des informations à l’échelle de la population sur les traumatismes crâniens et d’autres affections neurologiques, ainsi que permettre aux scientifiques de collecter des données sur le cerveau sain et d’en apprendre davantage sur la façon dont il contrôle les fonctions cognitives, sensorielles, motrices et autonomes.
Alors que le fUSI et l’implant transparent sont actuellement expérimentaux, l’équipe de recherche travaille à l’amélioration de ses protocoles fUSI afin d’améliorer encore la résolution de l’image. Les recherches futures devraient également s’appuyer sur cette première étude de validation de principe en testant davantage de participants afin de mieux établir le lien entre les données fUSI et des fonctions cérébrales spécifiques.
