Pendant des décennies, la seule façon de stimuler électriquement une structure cérébrale profonde consistait à percer le crâne et à implanter des électrodes. Un nouveau dispositif de l’université du Texas à Austin fait presque l’inverse : un patch flexible collé à la peau délivre des ultrasons focalisés à sept centimètres (2,8 pouces) dans le cerveau, assez pour atteindre le noyau sous-thalamique, et lors d’un essai portant sur 28 personnes, il a modifié le sommeil de manière mesurable. Le délai d’endormissement en sommeil paradoxal a diminué de 43 minutes et la durée du sommeil paradoxal a augmenté d’environ 16 minutes, sans modification des autres stades du sommeil.
Le dispositif, baptisé NEUSLeeP, pour noninvasive electrophysiological recording and ultrasound neuromodulation sleep patch, c’est-à-dire un patch de sommeil pour l’enregistrement électrophysiologique non invasif et la neuromodulation par ultrasons, combine deux technologies en un seul dispositif portable. Un réseau d’émetteurs à ultrasons à anneaux concentriques, huit canaux et un peu plus de trois millimètres (0,12 pouce) d’épaisseur, génère des faisceaux focalisés dont la profondeur peut être ajustée en modifiant la phase de chaque anneau. Autour sont disposées des électrodes en hydrogel souple, quatre canaux EEG ainsi que des canaux de mouvements oculaires et musculaires, qui enregistrent les stades du sommeil pendant que la stimulation fonctionne. L’ensemble pèse environ 103 grammes (3,6 onces) et adhère à la peau grâce à un élastomère bioadhésif.
L’essai visait le noyau sous-thalamique, une structure située à environ 72 millimètres (2,8 pouces) sous le cuir chevelu dans le cerveau adulte, surtout connue comme cible de la stimulation cérébrale profonde dans la maladie de Parkinson. Le choix était délibéré : le STN est profond, ce qui en fait un test exigeant pour déterminer si des ultrasons non invasifs peuvent atteindre des structures jusqu’ici accessibles uniquement à des électrodes implantées. La stimulation utilisait des impulsions de 100 hertz, une fréquence qui, lors de travaux pilotes antérieurs, semblait inhibitrice, reproduisant l’effet de la stimulation cérébrale profonde clinique du STN sur le sommeil.
Les résultats principaux proviennent d’une comparaison intra-sujet : la latence du sommeil paradoxal est passée d’une moyenne de 177 minutes à 135 minutes, soit une réduction de 24 %, et la part du sommeil paradoxal dans le sommeil total est passée de 16,3 % à 20,9 %. L’essai ne visait pas à déterminer si les ultrasons pouvaient guérir l’insomnie, mais à prouver qu’une neuromodulation ciblée d’une structure profonde à travers le crâne intact peut modifier un état physiologique bien défini. Les auteurs notent que l’augmentation du sommeil paradoxal, environ 4,6 % du sommeil total, dépasse ce que la stimulation invasive du STN avait obtenu lors d’études antérieures, un point remarquable pour un dispositif qui ne touche que la peau.
L’ingénierie est aussi remarquable que la physiologie. Le bioadhésif, un composite d’élastomère de silicone et d’un polymère appelé PEIE, offre une adhérence à la peau environ 20 fois plus forte que le matériau de base seul et fait également office de milieu de couplage acoustique qui laisse passer les ultrasons avec une perte minimale. Les électrodes en hydrogel ont environ la moitié de l’impédance des électrodes EEG commerciales dans la bande qui importe pour la classification des stades du sommeil. Lors d’une validation séparée, la classification des stades du sommeil réalisée par le patch concordait avec celle d’un casque clinique standard à 32 canaux, avec un kappa de Cohen de 0,88, soit une concordance quasi parfaite, en n’utilisant que six électrodes. Le patch n’a laissé qu’une irritation cutanée négligeable après huit heures de port.
Le mécanisme mérite d’être examiné avec soin. La neuromodulation par ultrasons est réelle mais pas entièrement comprise ; les principales hypothèses impliquent des effets mécaniques sur les canaux ioniques et les membranes cellulaires plutôt qu’une excitation électrique directe. L’effet inhibiteur à 100 hertz observé dans cette étude concorde avec l’idée que le patch influence les mêmes circuits que ceux qu’atteint la stimulation cérébrale profonde, mais la chaîne biologique qui va de la pression acoustique à la modification de l’architecture du sommeil n’est pas encore entièrement cartographiée. La pression acoustique dératée, 0,9 mégapascal (130 psi), se situe au-dessus du seuil de sécurité couramment cité pour les ultrasons transcrâniens, et l’essai a été mené dans le cadre d’un protocole approuvé sous la supervision de la DARPA.
Le choix du sommeil paradoxal comme critère de résultat est notable. Le sommeil paradoxal présente des marqueurs physiologiques clairs, ce qui le rend mesurable, et beaucoup de personnes peinent à l’atteindre ou à le maintenir, des travailleurs de nuit aux personnes âgées en passant par les patients dépressifs, dont les schémas de sommeil paradoxal sont caractéristiquement perturbés. L’essai ne prétend traiter aucune de ces conditions ; il démontre une technique. Mais un dispositif portable non invasif capable d’orienter une structure cérébrale profonde dans une direction qui modifie de manière mesurable l’architecture du sommeil offre aux chercheurs un nouvel outil expérimental, et potentiellement thérapeutique, pour une classe de problèmes qui s’est montrée remarquablement résistante à l’intervention non invasive.
Il y a aussi un argument pratique. La polysomnographie, l’étalon-or de la mesure du sommeil, exige un laboratoire, un technicien et un casque à 32 canaux d’électrodes. Le patch NEUSLeeP réalise une classification comparable des stades du sommeil avec six électrodes et sans laboratoire, ce qui signifie que la recherche sur le sommeil pourrait quitter la clinique pour s’installer à domicile, et que l’enregistrement du sommeil pourrait devenir un outil de surveillance continu et peu coûteux plutôt qu’un instantané d’une seule nuit. Un dispositif portable qui mesure et module à la fois le sommeil est plus qu’une curiosité de laboratoire.
Les limites sont celles d’une étude pilote : 28 participants, une seule structure cible et des résultats qui établissent une faisabilité plutôt qu’un bénéfice clinique. La question de savoir si l’effet persiste en cas d’utilisation répétée, s’il s’applique aux personnes souffrant d’insomnie plutôt qu’aux dormeurs sains et si des structures plus profondes ou plus latérales peuvent être atteintes reste ouverte. Ce que l’essai démontre, c’est que la boîte à outils de la modulation cérébrale non invasive s’est agrandie : un patch posé sur la tempe peut désormais accomplir, au moins en miniature, ce qui exigeait autrefois une salle d’opération.
Traduit par Lydie
Sources : Tang, K.W.K., Baird, B., Moscoso-Barrera, W.D. et al. Skin-attached bioadhesive patch enabling ultrasound deep brain stimulation and real-time electrophysiological monitoring for REM sleep enhancement. Nature Communications 17, 5570 (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-73787-6.