Stimuler les circuits neuronaux avec le magnétisme
La stimulation cérébrale pourrait ressembler à une démonstration de Frankenstein d'une foire scientifique victorienne. Mais en réalité, c'est une technique contemporaine qui a un impact énorme en neurosciences en abordant une limitation de longue date des méthodes traditionnelles pour étudier la fonction cérébrale humaine. De telles techniques, comme l'EEG et l'IRMf, ne peuvent être utilisées que pour déduire les effets d'un stimulus ou d'une tâche sur l'activité cérébrale, et non l'inverse. Par exemple, un scientifique pourrait utiliser l'EEG pour étudier l'effet d'une tâche comme le mouvement du bras sur l'activité cérébrale, mais comment peut-on étudier l'effet de l'activité cérébrale sur le mouvement du bras?
Aujourd'hui, des techniques de stimulation cérébrale non invasives telles que la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) offrent des alternatives aux anciens paradigmes. La SMT peut exciter ou supprimer les tissus cérébraux sous-jacents de façon sécuritaire et éthique, ce qui permet aux chercheurs d'étudier les relations causales entre les circuits cérébraux et le comportement. De plus, la TMS peut avoir une valeur thérapeutique dans le traitement de troubles cérébraux tels que la dépression.
Voici comment cela fonctionne. Une bobine de fil circulaire est fixée sur la tête d'un sujet, et le courant dans le fil induit un champ magnétique. Parce que les particules chargées dans un champ magnétique subissent une force perpendiculaire à la direction du champ, le mouvement des ions dans les tissus cérébraux sous-jacents est modifié par ce champ. Cela perturbe le déclenchement des neurones dans le tissu cortical, simulant une «lésion» cérébrale. Par exemple, l'activation de la bobine sur la zone de Broca – une région du cerveau nécessaire à la production de la parole – amène les participants à bégayer et à cesser de parler à mi-phrase. Cependant, le participant peut toujours chanter une chanson si on lui demande de le faire, démontrant ainsi que parler et chanter dépendent de différents circuits neuronaux.
Comme son nom l'indique, le TMS peut également exciter le tissu cérébral, en fonction de la fréquence des impulsions appliquées. Utilisé sur le cortex moteur, par exemple, le TMS peut induire des contractions dans des muscles spécifiques. Une expérience particulièrement créative illustrant cet effet a été réalisée par des chercheurs de l'Université de Washington à Seattle. Rajesh PN Rao et ses collègues ont utilisé la sortie de l'EEG d'un sujet comme entrée de la bobine TMS d'un autre sujet. Lorsque le premier sujet a imaginé fléchir son index droit, l'EEG a enregistré l'activité électrique liée à ce mouvement imaginaire du cuir chevelu sur le cortex moteur. La sortie électrique enregistrée avec EEG a ensuite été envoyée à la bobine TMS du second sujet, fixée sur la même région du cuir chevelu, ce qui a provoqué une contraction du deuxième sujet!
TMS peut, dans un sens étroit, même rendre l'aveugle à nouveau. Chez les personnes qui ont perdu la vue en raison de lésions oculaires, le TMS appliqué sur le cortex visuel induit l'expérience visuelle de formes et de couleurs appelées phosphènes, tout comme les formes et les couleurs que vous pourriez voir après vous être frotté les yeux.
Les utilisations thérapeutiques du TMS visent à corriger l'activité cérébrale dans une variété de troubles allant de la dépression au trouble obsessionnel compulsif (TOC). Les études de TMS pour la dépression montrent un soulagement des symptômes dépressifs lorsque la stimulation est appliquée sur une région corticale appelée cortex préfrontal dorsolatéral. Les résultats de ces études sont généralement mesurés par rapport à une condition fictive, dans laquelle une stimulation simulée est utilisée pour s'assurer que les résultats ne sont pas dus à un effet placebo. Le TMS offre un nouvel espoir aux patients déprimés qui ne répondent pas aux traitements médicamenteux et peuvent également être efficaces dans le traitement d'autres troubles. Mais comme de nombreux traitements psychiatriques, les chercheurs ne savent toujours pas comment et pourquoi le TMS soulage les symptômes. Étant donné le grand nombre de cellules et de synapses dans la région du cerveau à laquelle le TMS est appliqué, les effets d'une simple impulsion magnétique sont impossibles à calculer complètement.
Bien que le mécanisme exact par lequel TMS traite la dépression est incertain, il peut exercer ses effets thérapeutiques par des principes abstraits similaires à la thérapie électroconvulsive, ou ECT, qui traite la dépression sévère en induisant une crise. Cette expérience est différente d'une crise d'épilepsie, car le patient reçoit une anesthésie et des myorelaxants après avoir donné son consentement à être traité. Alors, pourquoi une crise est-elle réellement utile? Carey Bagdassarian, maître de conférences en études interdisciplinaires au Collège de William et Mary, a spéculé que le choc électrique donné par ECT peut "pousser" le cerveau hors d'un état déprimé comme une poussée forte perturbe une balle hors d'une vallée profonde. Dans cette analogie, le paysage des vallées est l'espace mathématique couvert par des variables pertinentes du cerveau telles que les taux de décharge neuronale. Il est important de garder à l'esprit que cette spéculation n'a pas encore été formalisée ou testée directement (que se passe-t-il si le "push" est donné dans la mauvaise direction?). Cependant, des chercheurs au Royaume-Uni ont découvert que le traitement ECT pour la dépression réduisait, en fait, les corrélations entre les modèles d'activité métabolique dans les régions du cerveau frontal et le reste du cerveau. Ceci suggère que l'ECT libère les circuits cérébraux frontaux d'un état dépressif qui peut contraindre leurs activités, comme la vallée métaphorique suggérée par Bagdassarian.
Qu'elle soit justifiée ou non, la réputation d'ECT auprès du public a été endommagée par des rapports de pertes de mémoire et d'allégations d'abus. TMS, cependant, peut offrir une alternative plus subtile, plus nuancée pour redémarrer le cerveau, peut-être par un mécanisme similaire. Comme les ECT, les traitements de TMS pour la dépression semblent modifier les corrélations entre l'activité métabolique dans le cortex préfrontal dorsolatéral et une autre région du cerveau connue sous le nom de cingulate subgénérique. Mais contrairement à ECT, TMS provoque rarement des crises lorsqu'il est administré correctement, et sa stimulation peut viser des régions spécifiques du cortex cérébral, faisant discutablement TMS un outil plus souple et polyvalent que ECT.
Au-delà de la TMS et de l'ECT, la stimulation cérébrale continue de s'épanouir en une famille de techniques ayant des forces et des applications différentes. La stimulation cérébrale profonde, ou DBS, implante chirurgicalement des électrodes pour stimuler les structures cérébrales de base qui ne peuvent pas être atteintes depuis le cuir chevelu, telles que le thalamus et les ganglions de la base. Bien qu'invasive, la technique est très prometteuse pour le traitement de la maladie de Parkinson. D'autre part, la stimulation transcrânienne à courant continu, ou STCC, est une technique qui a suscité l'inquiétude avec de nombreux rapports d'auto-expérimentation de style bricolage par des amateurs de garage (je ne le recommande pas). La technique elle-même est relativement simple, impliquant l'application d'un courant faible et continu à travers la tête. Bien qu'elle montre une certaine efficacité dans le traitement de la dépression, une démonstration de sobriété dans les cadavres humains plus tôt cette année suggère que le courant STCC peut ne pas traverser le cerveau du tout, soulevant un débat féroce quant à son véritable mécanisme d'action.
Une personne ne choisit pas le cerveau avec lequel elle est née. La stimulation cérébrale offre l'espoir que nous pouvons réparer les circuits dans les cerveaux malades de patients atteints de dépression autrement insoluble et de troubles similaires. Tous les essais cliniques de TMS ne réussiront pas, et les possibilités offertes par des techniques plus accessibles, comme le STCC, doivent être abordées de manière responsable. Mais indiscutablement, la stimulation cérébrale inaugure une nouvelle ère de contrôle du cerveau, ce qui est impossible jusqu'à présent.
Les références
Rao, Rajesh PN, et al. "Une interface cerveau-cerveau directe chez les humains." PloS one 9.11 (2014): e111332.
Gothe, Janna et al. "Changements dans l'excitabilité du cortex visuel chez les sujets aveugles comme démontré par la stimulation magnétique transcrânienne." Brain 125.3 (2002): 479-490.
Bagdassarin, Carey, courriel à l'auteur, 28 octobre 2016.
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