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Les scientifiques de l’Institut Technion d’Israël utilisent les ultrasons pour produire des charges électriques dans les membranes cellulaires du cerveau pour stimuler l’activité nerveuse. Il y a un énorme potentiel dans ce domaine qui pourrait servir de traitements contre l’épilepsie, mais aussi donner la vue aux aveugles.

Les scientifiques savent depuis un certain temps que les ondes ultrasonores peuvent affecter les cellules de plusieurs façons. Par exemple, les médecins utilisent les ultrasons pour stimuler la production de vaisseaux sanguins et de la moelle, et également utilisé dans la thérapie de la chaleur. Lorsqu’elles sont appliquées à des neurones, les ondes ultrasonores peuvent changer la façon dont les neurones produisent et transmettre des signaux électriques. « L’échographie est connue pour faire toutes sortes de choses dans les cellules», explique le professeur Kimmel.

Professeur Eitan Kimmel Prof Shy Shoham

Cette nouvelle manière de comprendre l’interaction des ondes sonores et les cellules repose sur la membrane cellulaire. Cette structure microscopique est la peau qui entoure une cellule, en gardant les organelles – comme le noyau et l’ADN qu’il contient. Les molécules qui forment la membrane sont disposés de manière à ce qu’il y ait deux couches, avec un espace entre eux.

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Selon le modèle de Kimmel, lorsque les ondes ultrasonores rencontrent une cellule, les deux couches de la membrane cellulaire commencent à vibrer (un peu comme la façon dont les cordes vocales vibrent d’une personne lorsque l’air passe par le larynx). Les membranes cellulaires agissent également comme des condensateurs, et stockent une charge électrique. Comme les couches vibrent, la charge électrique de la membrane se déplace également, et la création d’un courant alternatif conduit à une accumulation de la charge. Plus les vibrations continuent, plus la charge s’accumule dans la membrane.

L’équipe du Technion a pu utiliser le modèle pour prédire les résultats expérimentaux qui ont ensuite été vérifiés par des expériences de stimulation du cerveau chez des souris par une équipe de l’Université de Stanford. Selon le professeur Shoham, c’est « la première théorie prédictive de stimulation de l’échographie. » Tous ces résultats signifient que les scientifiques pourraient être sur le point  de comprendre comment les ultrasons affectent les cellules nerveuses.

  Cette nouvelle découverte pourrait conduire à d’importants nouveaux progrès de la médecine. Par exemple, les scientifiques pourraient utiliser des ondes ultrasoniques pour sonder la structure interne du cerveau, une technique non invasive qui serait plus sûr que l’implantation d’électrodes et complétera les informations fournies par l’IRM. Les médecins peuvent aussi utiliser des ultrasons pour traiter les crises d’épilepsie. Le Professeur Shoham a commencé à étudier la façon dont les ondes ultrasonores pourraient stimuler les cellules de la rétine, lors de la création d’images en testant les gens dans un endroit sans lumière. « Il y a un grand potentiel pour des applications supplémentaires», dit Kimmel.

Les Professeurs Eitan Kimmel et Shy Shoham sont membres de la Faculté du génie biomédical  à l’Institut Technion-Israël de technologie.