Réalisation du film par Noxediem
La navigation spatiale peut être durablement altérée à la suite d’un traumatisme crânien, même léger (commotion), ou dans certains cas d’épilepsie. Sans cette fonction essentielle du cerveau, les personnes concernées perdent souvent leurs capacités d’orientation à court ou plus long terme. Parmi les cas de traumatismes crâniens légers à modérés (dans 80% des situations), près de 15% des personnes présentent des troubles persistants à plus de six mois. Elles peuvent alors signaler des difficultés de mémorisation spatiale, de repérage ou des désorientations. « Des gestes simples comme se repérer dans une ville, retrouver son chemin ou mémoriser des trajets pourtant familiers deviennent alors difficiles à réaliser », explicite Elena Beanato, cheffe de projet à la Consultation de santé cérébrale et mentale des HUG. À l’heure actuelle, les traitements disponibles restent cependant limités.
Pour remédier à cette situation, la chercheuse pilote une équipe transdisciplinaire afin d’explorer une approche innovante : stimuler des régions profondes du cerveau sans recourir à la chirurgie invasive. La technologie utilisée pour y parvenir est la stimulation transcrânienne à interférence temporelle. Elle repose sur deux courants électriques à haute fréquence appliqués à la surface de la tête. « Là où leurs champs se croisent, une modulation se crée en profondeur et peut influencer l’activité des neurones de manière ciblée, notamment dans l’hippocampe, une région clé pour la mémoire et l’orientation », détaille Elena Beanato, qui mène ce projet de recherche lauréat de l’un des deux Prix scientifiques Leenaards 2026, en collaboration avec le Prof. Friedhelm Christoph Hummel, directeur du Hummel Lab de l’EPFL, et professeur associé à la Faculté de médecine de l’UNIGE, et le Prof. Pierre Mégevand, neurologue aux HUG et chercheur au Human Neuron Lab de la Faculté de médecine de l’UNIGE.
Perspectives pour d’autres maladies neurodégénératives comme Alzheimer
Pour comprendre précisément l’effet de cette stimulation, les scientifiques collaborent avec des patients souffrant d’épilepsie implantés avec des électrodes intracrâniennes dans le cadre de leur traitement. « Grâce à ces capteurs, on a une fenêtre assez unique sur le fonctionnement du cerveau humain. Cela nous permet de comprendre comment ces champs électriques influencent l’activité du cerveau de nos patients », souligne le Prof. Pierre Mégevand, neurologue aux HUG et chercheur au Human Neuron Lab de l’UNIGE. Dans une seconde phase, la méthode est testée chez des patients ayant subi un traumatisme crânien. En recourant à des environnements immersifs en réalité virtuelle, les scientifiques évaluent leur capacité à s’orienter et à se déplacer, avant et après la stimulation. « Nos premiers tests semblent confirmer que, grâce à la stimulation électrique, nos patients améliorent leurs capacités à se repérer dans l’espace. À terme, nous espérons pouvoir développer des stratégies de réhabilitation et proposer de nouvelles approches thérapeutiques », explique le Prof. Friedhelm Christoph Hummel, expert international en neurosciences et réadaptation neurologique à l’EPFL.
« À la croisée des neurosciences, de l’ingénierie et de la pratique clinique, notre projet ambitionne d’ouvrir une nouvelle génération de traitements non invasifs pour les troubles cognitifs », se réjouit l’équipe du projet. Si les résultats sont confirmés, cette approche pourrait constituer une alternative plus légère et plus sûre aux techniques chirurgicales actuelles. Et ouvrir des perspectives pour d’autres troubles cognitifs et certaines pathologies neurodégénératives, comme la maladie d’Alzheimer, en ciblant directement les réseaux cérébraux impliqués.
Restoring cognitive function with non-invasive electrical stimulation
The research group is led by Elena Beanato, who holds a PhD in translational neuroscience. Her team at HUG is exploring a new non-invasive approach for restoring cognitive function – and especially spatial orientation capabilities – after a head trauma and in cases of epilepsy. Their approach uses electric fields to carry out transcranial deep brain stimulation, eliminating the need for invasive surgery.
Film produced by Noxediem
People’s ability to orient themselves in their surroundings – an essential function of the human brain – can be temporarily or permanently altered by even a mild traumatic brain injury (like a concussion) or some forms of epilepsy. Around 80% of traumatic brain injuries can be classified as mild to moderate and, of these, nearly 15% result in a disorder that continues more than six months after the trauma. This disorder includes impaired spatial memory, an inability to situate oneself and disorientation. “Even simple tasks like getting your bearings in a city, finding your way and remembering familiar routes can become a real challenge,” says Elena Beanato, a project manager at the HUG Outpatient Clinic for Brain and Mental Health. For now, few options are available for treating this condition.
Beanato’s cross-disciplinary research group is working to change that by developing an innovative method for deep brain stimulation without invasive surgery. The team has designed a procedure that uses temporal interference to stimulate areas deep inside the brain. In their method, two high-frequency electric fields are applied to a patient’s scalp. “The two fields intersect deep within the patient’s brain and produce a modulation that can influence neural activity in a targeted way – particularly in the hippocampus, which is a key region for memory and spatial orientation,” says Elena Beanato. In this project selected for the 2026 Leenaards Science Prize, she is working with Prof. Friedhelm Christoph Hummel, head of EPFL’s Hummel Lab and associate professor at the UNIGE Faculty of Medicine, and Prof. Pierre Mégevand, a neurologist at HUG and researcher at the Human Neuron Lab at the UNIGE Faculty of Medicine.
Potential applications for other neurodegenerative diseases like Alzheimer’s
To better understand how their new method affects cognitive function, the research team is working with epilepsy patients who received intracranial electrode implants as part of their treatment. “These sensors give us a unique window into how the human brain works,” says Prof. Mégevand. “We gain important insight into how the electric fields affect patients’ neural activity.” In the second phase of the research, the team is testing their method on patients who have suffered brain trauma. These patients are placed in an immersive virtual reality environment, and scientists measure their ability to orient themselves and move around, both before and after receiving the stimulation. “Our initial tests seem to confirm that the electric-field stimulation improves patients’ spatial orientation capabilities,” says Prof. Hummel. “We hope to eventually develop rehabilitation strategies as well as new therapeutic approaches.”
“Our research brings together neuroscience, engineering and clinical practice to develop a new generation of non-invasive treatments for cognitive disorders,” the project team explains. If further tests confirm the effectiveness of the team’s method, it could give doctors a safer, less complicated alternative to the surgical procedures currently being used. And it could open up new research avenues for other cognitive disturbances and certain neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s by directly targeting the associated neural networks.