Une cloche cachée dans un épais coffret peut être mise à sonner sans ouvrir le couvercle. Il suffit d'envoyer une onde sonore à travers les parois — et le battant se met à vibrer. C'est à peu près ainsi que fonctionnent les ultrasons transcrâniens : le son traverse les os du crâne et fait « sonner » les neurones au plus profond du cerveau — ils génèrent des impulsions électriques. Mais contrairement à une simple cloche, le neurone possède plusieurs « battants », et savoir lequel a réagi restait un mystère.
Les auteurs de ces travaux ont construit une copie numérique de ce processus — un pipeline de calcul qui suit pas à pas le destin de l'onde ultrasonore. D'abord, le son traverse le crâne (pour cela, ils ont utilisé une micro-TDM d'un échantillon humain réel), puis il se transforme en chaleur et en micro-vibrations dans les tissus, qui à leur tour étirent la membrane du neurone. L'accord final — le modèle canal ionique de Hodgkin-Huxley — produit une carte des cellules qui ont « tiré ». Chaque point du cerveau reçoit son propre score d'activité : environ 8 500 millimètres cubes de tissu autour de la cible répondaient de manière fiable à la stimulation.
Le plus précieux, c'est que ces cartes d'activation calculées peuvent être vérifiées dans une expérience réelle, en enregistrant l'activité électrique des neurones avec des microélectrodes. Ce n'est pas un simple jeu de l'esprit, mais un outil pour sélectionner des protocoles thérapeutiques sûrs et pour déterminer quelles cellules (excitatrices ou inhibitrices) répondent au son. À l'avenir, un tel modèle pourrait aider à traiter la dépression ou la douleur chronique sans ouvrir le crâne, en dirigeant simplement avec précision le faisceau d'ultrasons.
L'un des mécanismes du modèle est la réaction du neurone à de minuscules bulles de gaz (cavitation) qui peuvent se former dans le tissu sous l'effet des ultrasons. Ces bulles se comportent comme des pistons microscopiques qui poussent la membrane.
Dans la série « Black Mirror » (épisode « Arkangel »), la technologie permettait de voir le monde à travers les yeux d'une autre personne via une neuro-interface. La stimulation ultrasonore est un pas vers une « connexion » non invasive au cerveau, sans implants.