Peut-on éclairer le cerveau avec un appareil de photobiomodulation ?

Publié le Catégorisé comme Photobiomodulation

Lors de la thérapie par photobiomodulation, il est parfois nécessaire que la lumière puisse pénétrer le corps en profondeur afin de stimuler, guérir ou régénérer les cellules d’un organe profond. C’est d’autant plus le cas lors des séances de photobiomodulation transcrânienne, où l’on souhaite atteindre le cerveau. Mais peut-on réellement éclairer notre encéphale en posant un appareil de photobiomodulation sur notre crâne ? Peut-on le faire de façon non invasive et indolore ?

Crédit photo : Wavy hair photo created by lookstudio – www.freepik.com

On peut être sceptique en imaginant cela… Alors dans cet article, nous ferons le point sur ce qui a été démontré scientifiquement. Pourquoi la lumière rouge et proche infrarouge arrive à pénétrer notre corps ? Jusqu’où peut-elle aller ? Et enfin, je vous proposerai une petite expérience amusante à reproduire chez vous.

Un appareil de photobiomodulation émet une lumière rouge ou proche infrarouge

Pour commencer, si vous ne connaissez pas la photobiomodulation, je vous invite à découvrir cette thérapie en lisant cette page.

Cette lumière bien spécifique est directement « absorbée » par nos cellules

Durant la thérapie, nous utilisons un appareil de photobiomodulation qui émet une lumière rouge ou proche infrarouge bien spécifique. Cette lumière, qui est une forme d’énergie, est absorbée par une enzyme, nommée cytochrome c oxydase, présente dans les mitochondries de nos cellules 1https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128153055000038.

Mécanisme de la thérapie par photobiomodulation dans les mitochondries 2https://www.researchgate.net/publication/322403495_Brain_Photobiomodulation_Therapy_a_Narrative_Review

Ainsi, cette enzyme utilise l’énergie de la lumière pour déclencher une série de réactions biochimiques, qui sont bénéfiques et énergisantes pour nos cellules, nos organes et notre corps.

Le cerveau : un organe inaccessible à la lumière ?

Lors de la thérapie par photobiomodulation, l’un des nombreux défis est de pouvoir atteindre un organe profond avec cette lumière bien spécifique. Il est très facile d’éclairer la peau afin de stimuler et d’accélérer, par exemple, la cicatrisation 3https://link.springer.com/article/10.1007/s10103-017-2387-3. Mais à l’inverse, il est plus complexe d’atteindre un organe profond… comme le cerveau !

Si nous souhaitons que les neurones, ainsi que toutes les autres cellules de notre cerveau, puissent profiter des réactions positives liées à la photobiomodulation, il faut alors s’assurer que la lumière puisse les atteindre. Donc avant cela, elle devra traverser plusieurs barrières naturelles. Parmi elles : les cheveux, le cuir chevelu, les os du crâne et le sang.

Les différentes couches protégeant le cerveau (auteur de l’image : Blausen.com staff)

Que dit la science au sujet de ces différents tissus et fluides corporels protégeant notre encéphale ?

Les cheveux : ennemis des appareils de photobiomodulation

Notre chevelure, véritable vestige de notre évolution, est une barrière naturelle aux rayonnements UV 4https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/php.12433. Grâce à elle, notre boîte crânienne reste au frais, même lors des journées ensoleillées. Mais c’est aussi une véritable barrière contre la lumière rouge et proche infrarouge !

homme cheveux photobiomodulation
Les cheveux et poils bloquent la pénétration des UV, de la lumière rouge et proche infrarouge

D’ailleurs, j’ai déjà rédigé un article à ce sujet. La conclusion était sans appel ! Pour pouvoir éclairer le cerveau, il n’y a pas de secret : contournez les cheveux, ou utilisez des zones dégarnies (comme le front) !

Le cuir chevelu, le sang, les os…

Une fois les cheveux évités, la lumière produite par notre appareil de photobiomodulation devra traverser d’autres barrières naturelles avant d’atteindre le cerveau : le cuir chevelu, quelques fluides et les os.
Ces tissus biologiques contiennent des molécules ayant la capacité d’absorber la lumière. Ce sont les chromophores. Les principaux chromophores rencontrés par notre lumière seront : l’eau, les graisses corporelles, les enzymes, la mélanine, l’hémoglobine et le collagène 5https://discovery.ucl.ac.uk/id/eprint/10104457.

Les différentes couches de la peau. (Auteur de l’image : Sean P Doherty)

Fort heureusement pour nous, ces chromophores disposent d’une fenêtre optique dans laquelle leur capacité d’absorption à la lumière est plus faible !

Le pouvoir de pénétration de la lumière rouge et proche infrarouge

Le pouvoir d’absorption des chromophores est étudié depuis plusieurs décennies. Ainsi, nous savons que la lumière rouge et proche infrarouge sera moins absorbée par les différents tissus, comparé autres lumières. Si la lumière est moins absorbée par les molécules, alors elle peut continuer son chemin à travers le corps pour au final atteindre un organe profond.

Coefficient d’absorption des différents tissus humain (peau, os, sang…) 6https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23684868/

Si vous regardez le graphisme ci-dessus, vous remarquerez que la fenêtre optique (zone grisée) correspond à la lumière rouge et proche infrarouge. À l’aide de ces informations vous pouvez, par exemple, comprendre que la lumière verte sera beaucoup moins pénétrante (car plus absorbée) que la lumière rouge. Vous pouvez aussi constater que c’est la lumière proche infrarouge, d’une longueur d’onde de 810 nm, qui est la plus pénétrante. Voilà pour la théorie… mais qu’en est-il de la pratique ?

Les études réalisées sur l’humain

Il existe de nombreuses études qui ont déjà mesuré et validé la pénétration de la lumière émise par des appareils de photobiomodulation. Que ce soit sur l’animal, mais aussi sur l’humain. Cependant, pour vérifier la pénétration sur un encéphale humain, les solutions sont un peu plus limitées… impossible de le faire in vivo (sur un humain vivant).

Un appareil de photobiomodulation de la marque Vielight

En effet, le cerveau est enfermé dans sa boite crânienne, son accès est impossible. Néanmoins, les chercheurs ont pu confirmer cela en recourant à d’autres techniques, comme la simulation informatique médicale et les études post mortem (sur les cadavres humains). Ci-dessous, je vous présente quelques exemples.

Les simulations dîtes de « Monte Carlo »

En 2017, une équipe chinoise7https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S1793545817430027 a créé un modèle de tête humaine sur un simulateur médical de précision (dit de Monte Carlo). Chaque tissu du cerveau a été modélisé, et ses caractéristiques biologiques renseignées. L’équipe a vérifié la pénétration de la lumière avec différentes longueurs d’ondes. Elle en a conclu que la lumière rouge et proche infrarouge pouvait bel et bien pénétrer le cerveau de manière non invasive.

Dans cette simulation, la profondeur de pénétration a atteint 4,13 cm

« Notre étude a montré que 810 nm s’est avéré être le choix idéal pour la photobiomodulation transcrânienne, pour une pénétration la plus large et la plus profonde (…) Cela a permis à la lumière de traverser la matière grise et la matière blanche (ndlr : du cerveau) »

Ting Li – Institute of Biomedical Engineering Chinese Academy of Medical Science and Peking Union Medical College

En 2019, le Docteur Paolo Cassano 8https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30796882/, dont je vous ai déjà parlé dans un article précédent, a lui aussi réalisé une simulation médicale. À l’aide de son équipe, il a confirmé que la lumière pouvait bien atteindre le cerveau.

Ici les résultats pour un appareil de photobiomodulation placé au-dessus du front. Les zones du cerveau les plus « éclairées » sont en orange.

Toujours lors de la même étude, il confirmait aussi que la lumière pouvait atteindre le lobe frontal, en utilisant un appareil de photobiomodulation intranasal.

Les études post mortem

Il est difficile, voire impossible, de faire ce genre d’étude sur des sujets humains in vivo. Mais les chercheurs ont pu analyser l’efficacité des appareils de photobiomodulation transcrâniens sur des cadavres humains. Voici quelques exemples.

En 2012, une équipe américaine 9https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23077622/ a pu utiliser une tête humaine intacte, avec les différents tissus encore présents dessus. Ils confirment que le rayonnement proche infrarouge a bien été détecté à 1 cm de profondeur. De plus, d’après leurs résultats, la lumière proche (830 nm) avait une meilleure pénétration à la lumière rouge (633 nm).

Le pourcentage de lumière détecté à 1 cm de profondeur. Les colonnes grises représentent la lumière proche infrarouge. Les colonnes rouges représentent la lumière rouge.

Il est à noter que dans cette étude, c’est un appareil de photobiomodulation à LED qui a été utilisé. Malgré sa faible puissance, comparé aux appareils de photobiomodulation laser, la lumière a quand même réussi à atteindre le cerveau. Un patient utilisant un appareil à LED ne sentira rien, à peine une petite chaleur au niveau du cuir chevelu.

En 2015, une seconde équipe américaine 10https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25772014/ a elle aussi validé la pénétration de la lumière dans une tête de cadavre humain. Ici c’est un appareil de photobiomodulation laser très puissant (5 Watt) qui a été utilisé, et la distance de pénétration est énorme : entre 4 et 5 cm de profondeur !

Images d’illustrations, avec un test de pénétration sur un crâne d’agneau 11https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4552256/

En temps normal il n’y a pas besoin d’autant de puissance afin de profiter des effets bénéfiques de la photobiomodulation. J’ai sélectionné cet exemple uniquement pour vous montrer que de grandes profondeurs sont atteignables avec de la lumière proche infrarouge.

Nos résultats démontrent clairement la pénétration d’une lumière de longueur d’onde mesurable de 808 nm à travers le cuir chevelu, le crâne et les méninges jusqu’à une profondeur cérébrale de 40 à 50 mm » (…) La lumière de longueur d’onde de 808 nm a démontré une pénétration supérieure des tissus du système nerveux central

Docteur Clark E. Tedford

Une petite expérience pour constater la pénétration de la lumière rouge

Maintenant, voici une petite expérience pour illustrer le pouvoir de pénétration de la lumière rouge. Allumez le flash de votre smartphone et placez votre doigt dessus :

Voyez comme le bout de votre doigt devient rouge. À quoi cela est-il dû ? Sans doute que votre première idée est que la lumière blanche de votre flash « illumine » le sang. Et bien non !

La lumière blanche de votre flash est produite par une LED blanche. Si l’on décompose cette lumière blanche à travers un prisme, on peut alors constater qu’elle est composée d’un ensemble de couleurs

Un prisme décomposant

Donc si votre doigt est tout rouge, c’est parce ses tissus arrivent à absorber toutes les lumières, sauf la rouge qui a un pouvoir de pénétration plus important. La lumière blanche du flash pénètre votre doigt, seule la lumière rouge en ressort et finie dans la rétine de votre œil.

Oui, un appareil de photobiomodulation peut éclairer le cerveau !

Oui, la science a bien démontré que la lumière rouge et proche infrarouge pouvait atteindre le cerveau. Dans cet article, je ne vous ai proposé que quelques exemples d’études. Sachez que les mesures de la pénétration varient selon les études, allant de quelques millimètres à quelques centimètres. Mais attention, la photobiomodulation transcrânienne c’est simple à comprendre mais difficile à mettre en place. En effet, tous les appareils de photobiomodulation ne peuvent pas éclairer le cerveau. Par exemple un panneau de photobiomodulation, que l’on peut facilement trouver dans le commerce est inefficace, pour éclairer les organes profonds.

Voici un résumé de cet article en quelques points :

  • Les chromophores des différents tissus humains, protégeant le cerveau, ont un pouvoir d’absorption de la lumière visible et invisible.
  • Mais il existe une fenêtre optique, qui correspond aux lumières rouges et proche infrarouge, où le pouvoir d’absorption ces mêmes chromophores est beaucoup plus faible.
  • Cette lumière rouge ou infrarouge bien précise peut pénétrer les tissus humains en profondeur. Elle peut même atteindre le cerveau !
  • Cette lumière spécifique finira absorbée par les mitochondries de nos cellules.
  • S’en suivra une réaction biochimique positive pour nos cellules, nos organes et notre corps.

Pour terminer, j’aimerais préciser que pour réussir une thérapie par photobiomodulation du cerveau, tout n’est pas qu’une histoire de pénétration. Il faut aussi utiliser un appareil compatible (que ce soit LED ou laser), la bonne puissance et calculer le temps d’exposition afin de recevoir le bon dosage de lumière.

En savoir plus sur la photobiomodulation

Si vous êtes curieux à propos de la thérapie par photobiomodulation, n’hésitez pas à consulter mes autres articles consacrés à ce sujet.

Sources scientifiques

  • 1
    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128153055000038
  • 2
    https://www.researchgate.net/publication/322403495_Brain_Photobiomodulation_Therapy_a_Narrative_Review
  • 3
    https://link.springer.com/article/10.1007/s10103-017-2387-3
  • 4
    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/php.12433
  • 5
    https://discovery.ucl.ac.uk/id/eprint/10104457
  • 6
    https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23684868/
  • 7
    https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S1793545817430027
  • 8
    https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30796882/
  • 9
    https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23077622/
  • 10
    https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25772014/
  • 11
    https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4552256/

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