Pr Sophie 14h30 JACQUIN-COURTOIS tdcs a fait l objet de nombreuses recherches tant chez des sujets sains que chez des patients atteints de pathologies

Transcription

1 ]GIF$DT)1_.giF([ Matériel: Sondes de stimulation +- focale Intensité de stim en % de la capacité max du condensateur Stimulation du cortex moteur: Permet d enregistrer un marqueur neurophysiologique: PEM COLLEGE FRANÇAIS DES ENSEIGNANTS UNIVERSITAIRES DE MEDECINE PHYSIQUE ET DE READAPTATION ENSEIGNEMENT UNIVERSITAIRE DE MEDECINE PHYSIQUE ET DE READAPTATION ANNÉE UNIVERSITAIRE Introduction Module Depuis 5 le début des années 1960, les scientifiques ont tenté de stimuler le cerveau afin de suppléer certains déficits moteurs ou cognitifs grâce à différentes techniques telles que la stimulation cérébrale profonde, la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) ou encore la stimulation transcrânienne à courant continu (transcranial direct current stimulation tdcs). La stimulation cérébrale profonde est utilisée afin de PROGRAMME traiter la maladie de Parkinson (Limousin et al., 1995 ; Voon et al., 2009) et les dépressions sévères résistantes aux médicaments (Lozano et al., 2008 ; Holtzheimer et Mayberg, 2010). Cependant, ces techniques ne sont pratiquées que dans les cas extrêmes résistants aux traitements médicamenteux chez les patients atteints de la maladie de Parkinson et sont encore au stade expérimental pour les patients souffrant de Troubles moteurs au cours des pathologies du système nerveux central dépression sévère (Bewernick et al., 2012). La SMT est connue pour ses effets dans le traitement de troubles neurologiques telles que les migraines (Clarke et al., 2006), la dépression (Padberga et al., 1999) et la dystonie (Havrankova et al., 2010). Bien que son utilisation ne soit pas encore répandue en pratique clinique, cette technique a pour avantage principal d être non invasive. Les facteurs de risques et complications Mercredi 10 avril 2013 Plasticité 10h00 12h00 : et programmes sont, dès lors, nettement moindres que ceux provoqués par de la stimulation cérébrale profonde, qui nécessite l implantation central de l adulte (Yves ROSSETTI) d électrodes dans le cerveau.toutefois, des contre-indications effets indésirables persistent. En effet, cette technique peut 12h00 13h30 : Croissance, Apprentissage, Restauration, Plasticité cérébrale et adaptation de l apprentissage moteur induire des crises d épilepsie, des sensations inconfortables (Gilles RODE) ou douloureuses, des migraines, et dans le cadre d une rééducation: TMS mauvaiset utilisation, tdcs elle peut également provoquer des électrique continu pour moduler l activité neuronale sousjacente aux électrodes placées sur le scalp des sujets. Plus précisément, une batterie connectée àdeux électrodes, une anode activatrice et une cathode inhibitrice, envoie un courant continu d une amplitude variant de 1 à 2 ma. La taille des électrodes varie en fonction des protocoles utilisés par les groupes de recherche ; leur position est fonction de la finalité de la stimulation. Cette méthode de stimulation est plus confortable, plus simple d utilisation et moins coûteuse que la SMT. Les seules contre-indications sont la présence d un pacemaker et l implantation(s) cérébrale(s) d objets métalliques (George et Aston-Jones, 2010). En ce qui concerne les effets immédiats ressentis par les sujets sains et les patients, aucun effet délétère n a jamais été objectivé. Seule une partie de la population peut ressentir des picotements durant les premières secondes de stimulation ou la sensation d un flash de lumière si la stimulation est allumée ou coupée brusquement (Nitsche et al., 2003b). Les premières études ont été Pr Sophie 14h30 JACQUIN-COURTOIS 16h00 : Rééducation et réadaptation du traumatisé crânien réalisées(philippe sur des animaux AZOUVI) dans les années Depuis, la tdcs a fait l objet de nombreuses recherches tant chez des 16h00 17h30 : sujets sains que chez des patients atteints de pathologies Hôpital Henry Gabrielle - Hospices diverses telles que Civils la parésie d un membre ou l aphasie Lyon à la suite d un accident vasculaire cérébral (AVC), la maladie de Parkinson, la maladie d Alzheimer, la dépression ou la fibromyalgie (Creutzfeldt et al., 1962 ; Bindmann et al., revue neurologique 169 (2013) Dates : 10, 11 et 12 avril 2013 Coordonnateurs : J Luaute, P Decavel Public : internes de Médecine Physique et de Réadaptation DIU de médecine de rééducation Accès limité aux seuls pré-inscrits au module 14h30 16h00 : 16h00-17h00 : Jeudi 11 avril 2012 : 8h30 10h00 : 10h30 11h30 : 11h30 12h30 : 12h30 13h30 : Vendredi 12 avril 2012 : Physiopathologie des troubles de la motricité volontaire au cours des affections acquises du système nerveux Fig. 1 Schéma du placement des électrodes (rouge : anode ; bleue : cathode) pour une stimulation du cortex moteur primaire droit ; Purpura et McMurtry, 1965). Au sein de cette revue, nous décrirons les mécanismes d actions liés à la tdcs. Nous exposerons ensuite les résultats des précédentes études et décrirons les principaux effets obtenus sur les capacités motrices, mnésiques et langagières. Nous discuterons également des effets antidépresseurs et antalgiques de cette technique (Fig. 1). 2. État des connaissances Plasticité et programmes de rééducation : contrainte brûlures cutanées induite, (Rossi stimulation et al., 2009). magnétique Cependant, depuis transcrânienne, la publication des recommandations de sécurité, aucun effet stimulation électrique : (Sophie JACQUIN COURTOIS et Jacques LUAUTÉ) secondaire grave n a été observé. La tdcs est, quant à elle, une technique de stimulation non invasive utilisant un courant Imagerie fonctionnelle et système nerveux (Pascal GIRAUX) 2.1. Mécanisme d action Les principales affections cérébro-spinales (Pierre DECAVEL) Réentrainement à l effort du patient hémiplégique (Vincent GREMEAUX) Rééducation du parkinsonien (Jean-Michel GRACIES) Rééducation de l hémiplégique : membre supérieur, plasticité, posture et marche (Jean-Michel GRACIES) États végétatifs, états pauci-relationnels et locked-in syndrome : évaluation et rééducation (Jacques LUAUTÉ) La tdcs permet de moduler l activité neuronale grâce à l induction d un débit relativement faible de courant électrique continu à travers le cortex cérébral via deux électrodes, l anode et la cathode, placées au niveau du scalp. Selon la polarité de la stimulation, cette technique induit une augmentation ou une diminution de l excitabilité corticale et de l activité spontanée des neurones (Jacobson et al., 2012). L hyperexcitabilité neuronale de la région stimulée est produite par l anode qui provoque l abaissement du seuil de dépolarisation de la membrane (Purpura et McMurtry, 1965 ; Jefferys, 1995). Inversement, la cathode induit une augmentation du seuil de dépolarisation et, par conséquent, une diminution de l activité neuronale sous-jacente. De manière générale, l anode améliore la fonction de l aire stimulée alors que la cathode réduit les performances ou n a aucun effet (Jacobson et al., 2012). Dans la majorité des protocoles, les courants utilisés sont de 1 ou 2 ma et sont appliqués durant cinq à 30 minutes sur une aire corticale spécifique (Been et al., 2007). Une partie de l influx est perdu au niveau du scalp et du crâne (entre 40 et 60 %), le reste du courant atteint le cortex et sesneurones (Mirandaetal., 2006). Leseffetsinstantanés sont la conséquence de l hyperexcitabilité neuronale provoquée par l anode ou l hypoexcitabilité induite par la cathode. Les effets à moyen terme, quant à eux, perdurent environ une heure (Nitsche et Paulus, 2001) et auraient un lien avec une activation des récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA), Matériel: 2 électrodes éponges de 25 à 35 cm2, humidifiées (eau ou NaCl) Sti 0,5 à 2 ma (svt 1 ma) Effet clinique : Picotement initial Placebo facile Selon site de stim 9h00 10h30 : 10h45 12h00 : MPR et SEP (Sophie JACQUIN COURTOIS) Filières de soins, Centres de référence multidisciplinaires dans les maladies et traumatismes du système nerveux central (Alain YELNIK)

2 2-Applications aux déficits moteurs 3-Applications aux déficits cognitifs

3 2-Applications aux déficits moteurs 3-Applications aux déficits cognitifs

4 Parallèle historique TMS / tdcs Dès le XIXième siècle XIX ième siècle Faraday Priori, 03: tiré de Aldini 1804 TTT experimental des troubles mentaux avec des courants galvaniques sur le scalp D Arsonval, 1896: Magnétophosphènes Merton et Morton, 1980: la stim électrique du cortex moteur induit un mouvement chez le sujet éveillé mais douloureuse ++ Barker,1985: la stimulation magnétique du cortex moteur permet d induire un mouvement sans douleur XX ième siècle E Hitzig,1867: traitement de la dépression par un courant électrique continu 1960: réapparition de la tdcs pour le traitement de la dépression mais protocoles et résultats très variables Abandon au profit des TTT médicamenteux Dr N André-Obadia : développement des indications thérapeutiques de la rtms XXI ième siècle Nitsche, 2000: réhabilitation de la tdcs en apportant la preuve d une modulation de l excitabilité du cortex moteur

5 Rationnel de l utilisation de la stimulation transcrânienne Rééquilibrage de la balance interhémisphérique Amélioration des apprentissages (plasticité synaptique «LTP-like»)

6 Rationnel de l utilisation de la stimulation transcrânienne Rééquilibrage de la balance interhémisphérique + - Stimulation excitatrice de l hémisphère lésé rtms fréquence élevée 5-20Hz tdcs anodique Stimulation inhibitrice de l hémisphère sain rtms 0.2-1Hz tdcs cathodique

7 Rationnel de l utilisation de la stimulation transcrânienne Amélioration des apprentissages (plasticité synaptique «LTP-like») M1 + Skill measure tdcs Day 1 Day 2 Day 3 Day 4 Day5 Fig. 4. The learning curve for the sham (white diamonds) and anodal (gray squares) tdcs Reis groups et al, 2009 for the 30 training blocks over 5 days. Each block depicts the group mean of the averaged number of trials (40 in blocks 1 and 6; 30 in F

8 TMS 1-rTMS et tdcs: mécanismes d action basée sur principe d induction électromagnétique (Faraday, 1830) années 1990: outil électrophysiologique de la mesure de conduction cortico-spinale stimulation du cortex moteur TMS: outil d évaluation de l excitabilité corticale enregistrement d un marqueur neurophysiologique PEM de l excitabilité corticale Seuil moteur au repos: Propriétés membranaires des cellules pyramidales Stimulation par doubles chocs: ISI < 5 ms: inhibition intracorticale / activation d interneurones GABA A ISI 5 à 15 ms: facilitation intracorticale / activation d interneurones glutamatergiques ISI longs ( ms): inhibition intracorticale / activation d interneurones GABA B stimulation par doubles chocs ISI<5ms: inhibition intra-corticale activation d interneurones GABA A ISI 5 à 15 ms: facilitation intra-corticale activation d interneurones Glut ISI ms: inhibition intra-corticale activation d interneurones GABA B Applications en pathologie et pour tester l effet d un traitement pharmacologique ou d une stimulation sur l excitabilité corticale JP Lefaucheur Applications en pathologie et pour tester l effet -d un ttt pharmacologique ou -d une stimulation sur l excitabilité corticale

9 TMS puis méthode psychophysiologique indirecte non invasive d induction d une lésion virtuelle transitoire préciser le rôle fonctionnel d une aire corticale investiguer les interactions temporelles M. entre Lotze / Functional2 lesions régions of the motor system with TMS achallenge for individual functional mapping

10 TMS puis en sa basant sur les expérimentations animales appliquée sur un mode répétitif rtms trains à haute ou basse fréquence appliqués pdt 10 à 20 mn sur une aire corticale chgts de plasticité synaptique corticale dans un objectif physiopathologique comme potentiel ttt neuromodulateur cortical

11 TMS: les différents modes de stimulation THETA BURST (TBS) Nouvelle technique de stimulation : Hung et al (2005) THETA BURST (TBS) Nouvelle technique de stimulation : Hung et al (2005) -selon fréquence: Haute Fréquence HF 5-20 Hz stimulation Basse Fréquence BF Hz inhibition -theta-burst TBS: 3 trains de rtms HF ( Hz) à fréquence théta (5 Hz) (toutes les 200 ms) toutes les intermittent itbs stimulation continuous ctbs inhibition itbs intermittent theta burst stimulation un train de 2 s de TBS est répété toutes les 10 secondes sur une durée totale de 190 secondes (600 pulses). Inhibitrice imtbs: Intermediarie theta burst stimulation itbs train intermittent de 5 s de theta TBS, burst répété stimulation un train 15 s, de pour 2 une s de durée TBS est totale répété de 110 toutes s les 10 secondes (600 pulses) sur.placebo une durée totale de 190 secondes (600 pulses). Inhibitrice imtbs: ctbs: continuous Theta Burst Stimulation Intermediarie theta burst stimulation Train train de ininterrompu 5 s de TBS, de répété 40 secondes ( pulses) s, pour.excitarice une durée totale de 110 s (600 pulses).placebo toutes les effets + robustes et + durables tps d application + court 19

12 il de stimulation d changement tique 1-rTMS et tdcs: mécanismes Matériel: d action TMS: matériel Courant E Champ M Courant E -sondes de stimulation +/- focales: TMS Sondes de stimulation +- fo Intensité de stim en % de l capacité max du condensa Stimulation du cortex mot Permet d enregistrer un ma neurophysiologique: PEM épaisseur: récision» rond: forte intensité, peu focal en 8: moins intense, plus focal ité, peu focaux ses, plus focaux. -intensité de la stimulation en % de la capacité max du condensateur

13 TMS: paramètres physiques de la stimulation -champ magnétique Mécanismes perpendiculaire au scalp d Action induit un champ électrique CE parallèle au scalp de activation la rtms des axones de de la même tdcs et orientation (neurones intercorticaux) Parallèle rtms / tdcs Paramètres physiques de la stim CE Science Museum/Jennie Hills Ukueberuwa, 2010

14 TMS: mécanismes d action -phénomène local: 1 Phénomène Local : Plasticité Synaptique plasticité synaptique similarités avec la LTP et LTD décrites chez l animal Similarités avec la LTP LTD décrite Stimulation HF intermittente chez l animal (cf revue Cooke, Brain 06): facilitation à long terme de la Stim HF transmission chimique intermittente: facilitation à long terme par activation concomitante de la transmission des éléments pré et post chimique synaptiques par activation LTP concomitante des éléments pré- et postsynaptiques (LTP) Stim BF prolongée: Stimulation BF prolongée diminution à long terme de l efficacité diminution à long synaptique de (LTD) l efficacité synaptique LTD

15 Arguments en faveur de la modulation de la plasticité synaptique par la rtms TMS: mécanismes d action rtms HF (>5 Hz) augmente rtms HF l excitabilité (>5 Hz) corticale (LTPlike) (Pascual l excitabilité Leone, 94) corticale augmente «LTP like rtms» BF (< 1 Hz) diminue Pascual Leone, 1994 l excitabilité corticale (LTDlike) (Wasserman, 96; Chen, 97, rtms BF Maeda, (<12000) Hz) diminue Ces l excitabilité effets de la rtms corticale sont «LTD like modulés» par les Wasserman antagonistes 1996; Chen, 1997, NMDA Maeda, 2000 ou GABA et par une stimulation effets électrique modulés précessive par antagonistes NMDA comme ou GABA la LTP chez l animal Mais pas d accès aux mécanismes synaptiques chez l homme! sham 1 Hz 10 Hz

16 TMS: mécanismes d action -effets métaboliques distants rtms chgts fonctionnels au sein d aires corticales interconnectées 2 Effets Métaboliques Distants module un réseau fonctionnel distribué corticosous cortical La rtms induit des changements fonctionnels au sein d aires corticales interconnectées et module un réseau fonctionnel distribué cortico-sous-cortical Siebner et al, Brain 2003

17 tdcs Mécanismes d Action de la rtms et de la tdcs utilise un courant électrique continu pour moduler l acticité neuronale sous-jacente aux électrodes placées sur le scalp du sujet batterie connectée à 2 électrodes une électrode active (région à stimuler) soit anode activatrice soit cathode inhibitrice une électrode de référence (position neutre) courant de faible amplitude Neurologie 1 à 2 ma Fonctionnelle et Epileptologie Science Museum/Jennie Hills Dr Nathalie André-Obadia

18 tdcs: matériel Présentation des techniques -taille des électrodes dépendantes des protocoles utilisés 2 électrodes éponges de 25 à 35 cm2 humidifiées (eau ou NaCl) TMS tdcs -stimulation de 0.5 à 2 ma (le plus souvent 1 ma) Matériel: Sondes de stimulation +- focale Intensité de stim en % de la capacité max du condensateur Stimulation du cortex moteur: Permet d enregistrer un marqueur Matériel: 2 électrodes éponges de 25 à 35 cm2, neurophysiologique: PEM -position des électrodes fonction de la finalité humidifiées de la stimulation (eau ou NaCl) Sti 0,5 à 2 ma (svt 1 ma)

19 Parallèle rtms / tdcs Paramètres physiques de la stimulation tdcs: paramètres physiques de la stimulation -courant électrique continu -aucun PA neuronal CE 0.5 à 2 ma Sur 25 à 35 cm2 20 à 80 ua/cm2 1 ua/cm2 Conductivité du LCR > celle du cortex -modulation de la probabilité des neurones d être activés par chgt du pot de mb le long de Courant leur axe électrique continu (I < - ou du seuil de dépolarisation SM) perpendiculaire au scalp de la mb -effet Induit sélectif un CE pour parallèle les neurones au orientés Aucun dans PA neuronal le plan du champ électrique scalp Modulation de la probabilité des neurones d être activés par Activation des axones de même orientation ie changement du pot de mb le long Champ magnétique Ukueberuwa, 2010

20 tdcs: mécanismes d action incertitudes -action pré et post synaptique? -population neuronale stimulée? fonction de la polarité et position des électrodes animal: neurones corticaux activés par stim anodale, inhibés par stim cathodique neurones corticaux profonds dans les sillons: inverse! effet dépendant de la géométrie et conductivité individuelle variable selon angle éponge-tête