Modulation de l'activité cérébrale par ultrasons transcrâniens d'intensité graduée

Modulation of cerebral activity by transcranial ultrasound with variable intensity

• Auteur / Autrice : Mohammed Bashaiweth
• Direction : Jean-François Aubry
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Inscription en doctorat le 01/06/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique pour la Médecine
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

Mots clés

Mots clés libres

Acoustique

Neuroscience

Ultrasons focalisés transcrâniens

Neuromodulation

Acoustics

Neuroscience

Transcranial focused ultrasound

Neuromodulation

Résumé

La neuromodulation (modulation de l'activité nerveuse) est un outil majeur en physiologie et en médecine, pour l'étude des mécanismes cérébraux mais également le traitement de maladies neurologiques, comme la dépression résistante aux médicaments. Un certain nombre de techniques ont été introduites pour améliorer la précision (stimulation cérébrale profonde, optogénétique), ou pour offrir une approche non-invasive (stimulation électrique transcrânienne (TES), stimulation magnétique transcrânienne (TMS)). Les ultrasons focalisés transcrâniens ont le potentiel unique de pouvoir réaliser des neurostimulations non seulement corticales mais également profondes, avec une résolution millimétrique, et ce de manière non-invasive. Malheureusement, les paramètres de stimulations de cette technologie en émergence restent sous-optimum et il existe un besoin de mettre au point des expérimentations systématiques et sous contrôle afin de les optimiser. Dans cette thèse, nous proposons de mettre en place un protocole de neurostimulation chez le primate, en collaboration avec l'Institut du Cerveau qui combinera un système de stimulation ultrasonore guidé par un neuronavigateur optique et un système d'imagerie fonctionnelle du cerveau par échographie ultra-rapide. L'ensemble sera utilisé dans le cadre de taches oculomotrices supervisée par un tracking automatique des mouvements de la pupille. Le-la doctorant-e devra synchroniser l'ensemble des appareils de stimulation et de mesure et effectuer l'analyse des données. Le-la doctorant-e devra mettre en place une acquisition de données suivant la méthodologie BIDS (Brain Imaging Data Structure). De plus, le-la doctorant-e investiguera la faisabilité d'utiliser une lentille acoustique pour un ciblage de la neurostimulation plus précis à haute fréquence.

Neuromodulation (modulation of the nervous activity) is a major tool in physiology and medicine, to study the cerebral mechanism and treat some neurological diseases such as treatment resistant depression. Several techniques have been introduced to improve the precision (deep brain stimulation, optogenetics), or to provide a non-invasive approach (Transcranial electric stimulation (TES), transcranial magnetic stimulation (TMS)). Transcranial focused ultrasound has the unique potential to perform neurostimulation not only of cortical regions but also of deep brain structures, non-invasively and with a millimetric resolution. However, the stimulation parameters of this emerging technology are still under optimized and there is a need to develop systematic experimentations to optimize them. During this thesis, We aim to develop a neurostimulation protocol in primates, in collaboration with l'Institut du Cerveau, that would combine an ultrasonic stimulation system guided by an optical neuronavigator and a functional imaging system of the brain by ultrafast echography. The whole system will be used for oculomotor tasks supervised by an automatic tracking of the movement of the pupil. The PhD student will have to synchronize all the stimulation systems, then measure and analyze the results. The PhD student will need to implement the BIDS(Brain Imaging Data Structure) method for data acquisition. Additionally, the PhD student will investigate the feasibility of using an acoustic lens for a more precise neurostimulation targeting at high frequencies.