Faits: A. Le 12 juin 2004, D._, hospitalisé à l'Hôpital psychiatrique X._, est décédé pendant qu'il prenait un bain. Des séquestres des dossiers médicaux ont été ordonnés et l'Institut universitaire de médecine légale de Lausanne (IUML) a rendu un rapport d'autopsie le 29 septembre 2004 et des expertises datées du 24 novembre 2005, du 8 mai et du 2 juin 2006. Une instruction pénale pour homicide par négligence a été ouverte le 19 juillet 2006, respectivement le 18 août 2006, par le Juge d'instruction de l'Office du Bas-Valais contre les docteurs E._, médecin-chef de l'hôpital psychiatrique, B._, C._, tous deux spécialistes en neurologie, et A._, alors en formation de spécialiste en psychiatrie et psychothérapie. Le 15 janvier 2009, il a été constaté l'extinction de l'action pénale à l'encontre du docteur E._ en raison de son décès le 16 octobre 2008. Sa part des frais et ses dépens ont été mis à la charge de l'Etat. Le docteur F._ et le professeur G._ ont été mandatés pour réaliser de nouvelles expertises. Leur rapport ont été rendus le 26 mai 2010 pour le premier, puis le 28 juin 2010 pour le second. Ces expertises ont été complétées le 4 septembre 2010, le 11 octobre 2010, ainsi que le 22 décembre 2010 par le professeur G._ et le 30 novembre 2010 par le docteur F._. Le 8 août 2011, le Ministère public de l'Office régional du Bas-Valais a classé les procédures pénales ouvertes contre B._, C._ et A._ en raison de la prescription de l'action pénale. Il a précisé que cette issue se serait également imposée en vertu des conclusions des deux experts qui écartaient un manquement aux règles de l'art. Les frais de procédure - à l'exclusion de ceux relatifs aux rapports d'expertise des 24 novembre 2005, 8 mai et 2 juin 2006 -, soit 30'849.15 fr., ainsi que les dépenses obligatoires des parties plaignantes (à fixer ultérieurement) ont été mis à charge des trois docteurs, à raison d'un tiers chacun. B. Le 23 mai 2012, le Juge unique de la Chambre pénale du Tribunal cantonal valaisan a admis les recours formés par A._, C._ et B._. Il a modifié l'ordonnance de classement en ce sens que tous les frais de procédure, à hauteur de 36'543.90 fr., étaient mis à charge de l'État du Valais et que les hoirs de D._ n'avaient pas droit à une indemnité pour les dépenses obligatoires causées par la procédure. Le Procureur a été enjoint de statuer sur l'indemnité pour les frais occasionnés par l'exercice raisonnable des droits de procédure des trois médecins. C. Par mémoire du 25 juin 2012, le Ministère public de l'Office régional du Bas-Valais forme un recours en matière pénale contre cette décision, concluant à son annulation et au renvoi du dossier à la Chambre pénale pour nouvelle décision. Invités à se déterminer, le Juge unique s'est référé aux considérants de son ordonnance, tandis que les hoirs de D._ s'en sont remis à justice. A._ et C._ ont conclu, principalement, à l'irrecevabilité du recours et, subsidiairement, à son rejet. Quant à B._, il conclut au rejet. 