Soutenance de thèse de Florian MISSEY

La stimulation électrique est utilisée en neurosciences pour l'étude ou la thérapie du système nerveux. Bien que ce type de technique soit largement utilisé, un compromis inévitable apparaît lorsqu'on examine les protocoles classiques de stimulation électrique : focalité contre invasivité. Si l'on étudie la stimulation du système nerveux central à l'aide de l'électricité, on trouve deux techniques utilisées, la stimulation à l'extrémité d'électrodes implantées dans le cerveau, focale mais risquée, et la stimulation à l'aide d'un système externe comme la stimulation magnétique transcrânienne ou la stimulation transcutanée à courant continu, qui fournit une stimulation non invasive mais peu profonde. Il est donc difficile de fournir une stimulation profonde, focale et non invasive, ce qui permettrait de surmonter les problèmes posés par les stimulations présentées plus haut, comme les lésions cérébrales ou l'efficacité partielle. L'interférence temporelle, proposée par Grossman en 2017, fournit une stimulation électrique focale en profondeur dans le cerveau sans utiliser d'électrode implantée dans celui-ci. En se basant sur l'interférence additive et destructive des champs électriques, appliqués en surface sur le crâne/dure-mère et se combinant en profondeur, une zone de stimulation efficace est créée dans une région donnée du cerveau. Enfin, l’interférence temporelle présente des avantages et des inconvénients. Un des inconvénients est l'utilisation d'appareils encombrants et d'électrodes câblées. Des dispositifs appelés photocondensateurs organiques sont prouvés comme biocompatibles et efficaces pour convertir la lumière en électricité. En remplaçant la source de courant par des photocondensateurs au lieu d'électrodes câblées, nous avons pu optimiser à nouveau la stimulation cérébrale profonde. En combinant la stimulation par interférence temporelle et les dispositifs organiques, nous avons pu créer une nouvelle technique de stimulation, l’interférence temporelle laser, qui permet une stimulation cérébrale profonde, focale, non invasive et entièrement sans fil.

Electrical stimulation has been used for ages in neurosciences for investigation or therapy of both the central and peripheral nervous system. Although this kind of technics is widely employed, an inevitable tradeoff appears when looking at the classical electrical stimulation protocols: focality versus invasiveness. Focusing on the central nervous system stimulation using electricity we can find major technics used, stimulating at the tip of electrodes directly implanted in the brain with a great focality but a poor safety and stimulating with external apparatus like transcranial magnetic stimulation or transcutaneous direct current stimulation providing a non-invasive but shallow and wide stimulation. Thus, providing deep, focal, and non-invasive stimulation is challenging but would overcome issues brought by focal or non-invasive stimulation like brain damages or partial effectiveness due to the location of the target. Temporal interference, first proposed by Grossman in 2017 provides focal electrical stimulation at depth in the brain without the use of any implanted electrode in it. Based on additive and destructive interference of electric fields, applied topically on the skull/dura but combined at depth, an effective stimulation zone can be created on a specific brain region. Finally, imparting non-invasive deep brain stimulation has assets and drawbacks and one of these disadvantages is the use of cumbersome wired apparatus and electrodes. Engineering devices named organic photocapacitors have been shown to be biocompatible and efficient to convert light into electricity. Changing the electrical source from wired electrodes to photocapacitors allowed us to again optimize deep brain stimulation. Combining temporal interference stimulation and organic engineered devices we were able to create a new stimulation technic, laser temporal interference, that provides focal, non-invasive, and completely wireless deep brain stimulation.