« Dans ces études cliniques, nous avons été ravis de voir que les volontaires n’avaient rencontré aucun problème de sécurité et utilisaient régulièrement nos dispositifs expérimentaux de lumière et de son chez eux », a déclaré Li-Huei Tsai, professeur Picower à l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire à MIT et auteur principal de l’article décrivant les études en PLOS ONE 1er décembre. « Bien que nous soyons également encouragés à constater des effets positifs significatifs sur le cerveau et le comportement, nous les interprétons avec prudence compte tenu de la petite taille de l’échantillon et de la courte durée de notre étude. Ces résultats ne sont pas une preuve suffisante de l’efficacité, mais nous pensons qu’ils soutiennent clairement la poursuite d’une étude plus approfondie de la stimulation sensorielle à 40 Hz en tant que thérapeutique potentielle non invasive pour la maladie d’Alzheimer. »

Dans trois études couvrant la période 2016-2019, le laboratoire de Tsai a découvert que l’exposition de souris à des scintillements lumineux ou à des clics sonores à la fréquence du rythme cérébral de la bande gamma de 40 Hz – ou en utilisant la lumière et le son ensemble – produisait des effets bénéfiques généralisés. Des souris traitées modélisant la pathologie de la maladie d’Alzheimer ont connu des améliorations de l’apprentissage et de la mémoire ; réduction de l’atrophie cérébrale, de la perte de neurones et de synapses ; et ont montré des niveaux inférieurs des protéines bêta-amyloïde et tau phosphorylée caractéristiques de la maladie d’Alzheimer par rapport aux témoins non traités. La stimulation semble produire ces effets en augmentant la puissance et la synchronisation du rythme cérébral à 40 Hz, ce qui, selon le laboratoire, affecte profondément l’activité de plusieurs types de cellules cérébrales, y compris le système vasculaire cérébral.

Conceptions d’études

Sur la base de ces résultats encourageants, Diane Chan, neurologue au Massachusetts General Hospital et stagiaire postdoctorale dans le laboratoire de Tsai, a dirigé les deux nouvelles études cliniques au MIT. Une série de tests, une étude de « Phase 1 », a recruté 43 volontaires d’âges variés, dont 16 personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer à un stade précoce, pour confirmer que l’exposition à la lumière et au son à 40 Hz était sûre et tester si elle augmentait le rythme et la synchronie à 40 Hz après quelques minutes de exposition, telle que mesurée avec des électrodes EEG. L’étude a également inclus deux patients épileptiques de l’Université de l’Iowa qui ont consenti à ce que des mesures soient prises dans des structures cérébrales plus profondes lors d’une exposition à une stimulation sensorielle de 40 Hz lors d’une chirurgie liée à l’épilepsie.

La deuxième série de tests, une étude pilote de « phase 2A », a recruté 15 personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer à un stade précoce dans une étude contrôlée, randomisée et en simple aveugle pour recevoir une exposition à la lumière et au son de 40 Hz (ou une stimulation « factice » autre que 40 Hz pour contrôles expérimentaux) pendant une heure par jour pendant au moins trois mois. Ils ont subi des visites de référence et de suivi, y compris des mesures EEG pendant la stimulation, des IRM du volume cérébral et des tests cognitifs. L’appareil de stimulation que les volontaires utilisaient chez eux (un panneau lumineux synchronisé avec un haut-parleur) était équipé de caméras vidéo pour surveiller l’utilisation de l’appareil. Les participants portaient également des bracelets de surveillance du sommeil lors de leur participation à l’essai.

L’essai de phase 2A a été lancé juste avant le début de la pandémie de Covid-19 en 2020, empêchant certains participants de subir des suivis après trois mois. L’étude ne rapporte donc que des résultats sur une période de quatre mois.

Résultats de l’étude

Dans l’étude de phase 1, les volontaires ont rempli un questionnaire sur les effets secondaires, signalant quelques effets indésirables mineurs mais aucun effet indésirable majeur. Le plus courant était de se sentir « endormi ou somnolent ». Pendant ce temps, les mesures prises avec des électrodes EEG du cuir chevelu regroupées sur les sites frontaux et occipitaux ont montré des augmentations significatives de la puissance du rythme à 40 Hz sur chaque site cortical chez les participants plus jeunes et plus âgés cognitivement normaux ainsi que chez les volontaires atteints de la maladie d’Alzheimer légère. Les lectures ont également démontré une augmentation significative de la cohérence à la fréquence de 40 Hz entre les deux sites. Entre les deux volontaires atteints d’épilepsie, les mesures ont montré des augmentations significatives de la puissance de 40 Hz dans les régions cérébrales plus profondes telles que le gyrus rectus, l’amygdale, l’hippocampe et l’insula, sans effets indésirables, y compris les convulsions.

Dans l’étude de phase 2A, ni les volontaires traités ni les volontaires témoins n’ont signalé d’effets indésirables graves. Les deux groupes ont utilisé leurs appareils 90 % du temps. Les huit volontaires traités avec une stimulation à 40 Hz ont ressenti plusieurs effets bénéfiques qui ont atteint une signification statistique par rapport aux sept volontaires dans la condition témoin. Les participants témoins ont présenté deux signes d’atrophie cérébrale comme prévu avec la progression de la maladie : volume réduit de l’hippocampe et volume accru d’espaces ouverts, ou ventricules. Les patients traités n’ont pas connu de changements significatifs dans ces mesures. Les patients traités ont également montré une meilleure connectivité entre les régions cérébrales impliquées dans le mode par défaut du cerveau et les réseaux visuels médians, qui sont respectivement liés à la cognition et au traitement visuel. Les patients traités ont également présenté des habitudes de sommeil plus cohérentes que les témoins.

Ni les groupes de traitement ni les groupes de contrôle n’ont montré de différences après seulement trois mois sur la plupart des tests cognitifs, mais le groupe de traitement a obtenu des résultats significativement meilleurs sur un test d’association visage-nom, une tâche de mémoire avec une forte composante visuelle. Les deux groupes, qui étaient également appariés par l’âge, le sexe, le statut du gène de risque APOE et les scores cognitifs, différaient par les années d’éducation, mais cette différence n’avait aucun lien avec les résultats, ont écrit les chercheurs.

« Après une si courte période, nous ne nous attendions pas à voir des effets significatifs sur les mesures cognitives, il était donc encourageant de voir qu’au moins sur l’association visage-nom, le groupe de traitement a obtenu des résultats nettement meilleurs », a déclaré Chan.

Dans PLOS ONE les chercheurs ont conclu : « Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que 40Hz GENUS a des effets positifs sur la pathologie et les symptômes liés à la MA et devrait être étudié plus en profondeur pour évaluer son potentiel en tant qu’intervention modificatrice de la maladie pour la MA. »

Après la fin de l’étude, tous les participants ont été autorisés à continuer à utiliser les appareils configurés pour fournir la stimulation à 40 Hz.

L’équipe du MIT prévoit maintenant de nouvelles études cliniques pour tester si la stimulation sensorielle à 40 Hz peut être efficace pour prévenir l’apparition de la maladie d’Alzheimer chez des volontaires à haut risque et lance des études préliminaires pour déterminer son potentiel thérapeutique pour la maladie de Parkinson et le syndrome de Down. Cognito Therapeutics, une société dérivée du MIT cofondée par Tsai et le co-auteur Ed Boyden, professeur Y. Eva Tan de neurotechnologie au MIT, a lancé des essais de phase 3 de stimulation sensorielle à 40 Hz en tant que traitement de la maladie d’Alzheimer à l’aide d’un appareil différent.

Tsai, Boyden et le co-auteur Emery N. Brown, Edward Hood Taplin Professor of Computational Neuroscience and Medical Engineering au MIT, sont parmi les cofondateurs de l’Aging Brain Initiative du MIT, qui a fait progresser cette collaboration et d’autres recherches sur la neurodégénérescence au MIT.

Outre Tsai, Chan, Boyden et Brown, les autres auteurs de l’étude sont Ho-Jun Suk, Brennan Jackson, Noah Milman, Danielle Stark, Elizabeth Klerman, Erin Kitchener, Vanesa S. Fernandez Avalos, Gabrielle de Weck, Arit Banerjee, Sara D. Beach, Joel Blanchard, Colton Stearns, Aaron D. Boes, Brandt Uitermarkt, Phillip Gander, Matthew Howard III, Eliezer J. Sternberg, Alfonso Nieto-Castanon, Sheeba Anteraper, Susan Whitfield-Gabrieli et Bradford C. Dickerson.

Le financement de l’étude provenait de sources telles que la Fondation de la famille Robert A. et Renee E. Belfer, la Fondation de la famille Ludwig, la Fondation JPB, la Fondation caritative Eleanor Schwartz, la Fondation Degroof-VM, la Fondation de la famille Halis et David B Emmes, Gary Hua et Li Chen, la famille Ko Han, Lester Gimpelson, Elizabeth K. et Russell L. Siegelman, Joseph P. DiSabato et Nancy E. Sakamoto, Alan et Susan Patricof, Jay L. et Carroll D Miller, Donald A. et Glenda G. Mattes, la Fondation Marc Haas, Alan Alda et Dave Wargo.