Restoration de l'audition par neurostimulation ultrasonore focalisée – HEAR-US

L’implant cochléaire permet de restaurer des sensations auditives aux sourds profonds en stimulant électriquement leur nerf auditif. Bien que nombre d’utilisateurs d’implant parviennent à suivre des conversations dans des environnements calmes, leurs performances s’effondrent dans des situations d’écoute plus complexes, comme en présence de bruit. Ceci est en grande partie dû au manque de sélectivité spatiale de la stimulation électrique. En effet, le courant délivré par chaque électrode de l’implant se diffuse largement le long de la cochlée et excite une population étendue de neurones du ganglion spiral (SGNs). Le projet Hear-US a pour but d’étudier la neurostimulation ultrasonore comme alternative à la stimulation électrique afin de stimuler les SGNs avec une meilleure sélectivité spatiale. L’utilisation d’ultrasons (US) focalisés pour la neurostimulation est une méthode récemment étudiée dont la faisabilité a été démontrée pour plusieurs types de neurones. Cependant, les mécanismes de la stimulation US demeurent peu connus et il n’y a, à notre connaissance, pas de données portant sur les neurones auditifs de mammifères. Nous proposons ici :
(1) De mieux comprendre les mécanismes physiques et moléculaires sous-jacents à la neurostimulation US. Un dispositif sera mis en place pour mesurer les effets des US focalisés sur des neurones en culture en utilisant l’imagerie calcique. Des simulations numériques et des campagnes de mesure seront conduites pour évaluer quel(s) phénomène(s) (force de radiation acoustique, streaming, changement de température) induit(s) par les US est responsable de l’activation de neurones dans notre dispositif in vitro. Les mécanismes moléculaires seront étudiés en commençant par identifier le type de neurones du ganglion spinal répondant aux US. L’ARN des neurones répondants et celui des neurones non-répondants seront ensuite soumis à un séquençage profond et comparés entre eux afin d’identifier les gènes potentiellement impliqués dans la sensibilité aux US. Les gènes exprimés à la fois dans les neurones du ganglion spinal et du ganglion spiral seront sélectionnés et leur implication sera validée dans une expérience supplémentaire de gain et perte de fonction.
(2) D’étudier la stimulation US à différents niveaux du système auditif afin de comprendre comment les ondes US sont transduites en potentiels d’action. Ces expériences seront réalisées chez des cochons d’inde normo-entendants ou rendus sourds. L’activité électrophysiologique sera mesurée à l’aide d’électrodes implantées dans le système auditif central. Les paramètres US produisant une excitation neuronale seront comparés à ceux obtenus dans les mesures in vitro.
(3) D’évaluer si les US peuvent produire une excitation avec une meilleure résolution spatiale que la stimulation électrique. Cette hypothèse sera testée in vitro en utilisant des cultures de SGNs placées sur des tapis de micro-électrodes et in vivo chez des cobayes rendus sourds.
Le projet Hear-US rassemble trois laboratoires avec des compétences complémentaires : le LMA pour le design d’implant cochléaire et les US, l’IBDM pour la biologie moléculaire et cellulaire, et le LNSC pour la neurophysiologie auditive. Cette recherche a pour but de poser les bases au développement d’une nouvelle génération d’implants cochléaires basés sur des transducteurs multi-éléments en réseau phasé, par analogie avec les implants cochléaires multi-électrodes. Comme énoncé précédemment, les US focalisés devraient permettre de cibler des populations de SGNs de façon sélective, ce qui, à l’heure actuelle, n’est pas possible. Notre méthodologie combinant des préparations in vitro et in vivo ainsi que des simulations numériques contribuera également à la compréhension de la neurostimulation US. Enfin, les applications potentielles de cette recherche portent aussi sur d’autres modalités pour lesquelles une stimulation focale est nécessaire, tel que pour les aveugles ou pour les patients paralysés.