Une équipe de recherche de l'Université de Glasgow au Royaume-Uni a réalisé une avancée majeure : pour la première fois, elle a réussi à détecter des signaux lumineux pénétrant dans tout le crâne d'un adulte.Cette dernière recherche, publiée dans la revue Neurophotonics, dépasse les limites en profondeur de la technologie d'imagerie optique cérébrale existante et devrait conduire à de nouveaux dispositifs capables de détecter les tissus cérébraux plus profonds.
La spectroscopie proche infrarouge (fNIRS) est utilisée depuis des décennies comme moyen non invasif de détection des fonctions cérébrales. Le principe est de refléter indirectement l’activité neuronale en analysant les changements dans l’absorption de la lumière proche infrarouge de longueurs d’onde spécifiques par le flux sanguin cérébral.
Bien qu'il présente les avantages de la portabilité et du faible coût, le fNIRS traditionnel présente des limites importantes : la lumière ne peut pénétrer que jusqu'à une profondeur d'environ 4 centimètres à la surface du cerveau, ce qui rend difficile l'accès aux zones cérébrales profondes étroitement liées à la mémoire, à la régulation des émotions, aux fonctions motrices, etc.
Pour surmonter ce problème, l'équipe de recherche a conçu un plan expérimental innovant : utiliser un laser pulsé de haute puissance comme source de lumière, couplé à un détecteur monophotonique à ultra-haute sensibilité, et effectuer des mesures dans des conditions strictement protégées de la lumière ambiante.Finalement, ils ont réussi à enregistrer de faibles signaux lumineux qui entraient d’un côté de la tête, pénétraient dans tout le crâne et sortaient de l’autre côté.
Pour garantir la fiabilité des résultats, l’équipe a non seulement mené des expériences précises de pénétration du crâne humain, mais a également utilisé une technologie de simulation informatique pour reconstruire complètement le chemin de propagation de la lumière dans les structures multicouches du crâne (telles que le cuir chevelu, le crâne, le liquide céphalo-rachidien et les tissus cérébraux). Les résultats de la simulation sont très cohérents avec les données expérimentales et révèlent un phénomène important : lorsque les photons traversent des tissus cérébraux complexes, ils se propagent préférentiellement le long de structures présentant des coefficients de diffusion plus faibles, comme le liquide céphalo-rachidien.
Bien que la technologie actuelle ait encore des limites - un seul processus de détection prend environ 30 minutes et les sujets doivent avoir la peau claire et ne pas avoir de zones capillaires - cette étude de démonstration de principe fournit une nouvelle idée de conception et une base physique pour le développement de systèmes fNIRS de nouvelle génération.
L’équipe de recherche prédit qu’avec l’optimisation itérative continue des sources lumineuses, des détecteurs et des algorithmes associés, cette méthode de détection optique pénétrante devrait se développer en une solution portable et économique d’imagerie cérébrale profonde.À l'avenir, cette technologie pourrait être appliquée au diagnostic rapide au chevet du patient ou sur place des accidents vasculaires cérébraux, des traumatismes crâniens, des tumeurs cérébrales et d'autres maladies, en particulier dans des scénarios particuliers où les gros équipements d'IRM ne peuvent pas être utilisés (comme les traitements médicaux sur le terrain et les zones pauvres en ressources).
