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Impacts of acoustic parameters on the efficacy of ultrasound neurostimulation: Experimental device & preclinical study. Influence de paramètres acoustiques sur l’efficacité de la neurostimulation ultrasonore : dispositif expérimental et étude préclinique
Archive ouverte
Edité par CCSD -
Neuropsychiatric, neurodevelopmental, and neurodegenerative disorders constitute a major public health issue nowadays. Drug therapies, when available, face high resistance levels for many of these diseases. Thus, research has investigated brain stimulation techniques (electrical or magnetic), which have, however, serious limitations. Thereby, ultrasound neurostimulation (USNS), which is free of those limitations, appears to be a promising alternative. Nevertheless, this technique still needs an optimization of the acoustic parameters to use. In this context, the objective of this thesis is to study the influence of some of these parameters (frequency, peak negative pressure, pulse duration – PD, and focal spot diameter) on the efficacy of USNS. To do so, the primary motor cortex of mice was targeted with ultrasound, and the elicited motor responses were evaluated visually and with electromyography. Also, immunohistochemistry (c-Fos) was used to determine the impact of the stimulation on neural activation. The results showed a combined influence of different parameters on the efficacy of USNS and on neural activation, highlighting the importance of choosing well the frequency and the geometrical features of the used ultrasonic probe. Moreover, they showed that the use of a low frequency (0.5 MHz) or a long PD (320 ms) allowed the occurrence of more robust motor responses. However, it appeared that choosing the optimal parameters depends on the desired application of the technique. Finally, a feasibility study of USNS on sheep was conducted, which paved the way for future optimization and validation studies on this subject. . Les maladies neuropsychiatriques, neurodéveloppementales et neurodégénératives constituent un problème de santé publique majeur de nos jours. Les thérapies médicamenteuses, lorsqu’elles existent, se caractérisent par des taux de résistance élevés pour plusieurs de ces maladies. La recherche s’est ainsi orientée vers des techniques de stimulation cérébrale (électrique ou magnétique), qui présentent cependant de sérieuses limitations. Ainsi, la neurostimulation ultrasonore, qui est dépourvue de ces limitations, constitue une alternative prometteuse. Néanmoins, cette technique nécessite une optimisation des paramètres acoustiques à utiliser. Dans ce contexte, cette thèse s’est fixée pour objectif d’étudier l’influence de certains de ces paramètres (fréquence, pic négatif de pression, durée d’impulsion ultrasonore – DI, et diamètre de tâche focale) sur l’efficacité de la neurostimulation ultrasonore. A cet effet, le cortex moteur primaire de souris a été ciblé avec des ultrasons, et les réponses motrices ainsi générées ont été évaluées, visuellement et par électromyographie. Une étude immunohistochimique (c-Fos) a aussi été menée, afin d’évaluer l’impact de cette stimulation sur l’activation neurale. Les résultats ont démontré une influence conjuguée de différents paramètres acoustiques sur l’efficacité de la technique et sur l’activation neurale, mettant en avant l’importance du choix de la fréquence et des caractéristiques géométriques de la sonde ultrasonore. Aussi, ils ont montré que l’utilisation d’une basse fréquence (0,5 MHz) ou d’une longue DI (320 ms) permet d’obtenir des réponses plus robustes. Cependant, il s’avère que le choix des paramètres acoustiques optimaux dépend de l’utilisation de la technique souhaitée. Enfin, une étude de faisabilité de la neurostimulation ultrasonore sur la brebis a été effectuée, posant les bases de futures études d’optimisation et de validation sur ce sujet.
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