138 - Utiliser la stimulation pour élucider les fonctions et moduler le cerveau

Introduction. Le vieillissement est associé à l’apparition de difficultés à percevoir la parole en présence de bruit (PPB). Ce déclin est lié au vieillissement cérébral, notamment dans la voie dorsale du langage (Tremblay et al. 2022 NIMG). La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) pourrait être utilisée pour réduire les difficultés de PPB (Brisson & Tremblay 2021, Brain Lang). Ce projet vise à déterminer si la TMS appliquée à des aires de la voie dorsale peut améliorer la performance en PPB chez l’adulte, et à mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent les changements post-TMS.

Méthode. 30 participants âgés de 21 à 78 ans ont effectué un test de PPB après l’administration d’une séance de TMS placebo ou excitatrice appliquée au cortex prémoteur ventral (PMv), au gyrus temporal supérieur (STG) ou au sulcus temporal supérieur (STS) (4 sessions sur 2 visites).

Résultats. Les résultats préliminaires révèlent un effet de la cible sur le changement post-TMS qui interagit avec l’âge (p = 0.02) : la stimulation du PMv induit une plus grande amélioration du taux de bonnes réponses chez les personnes plus jeunes, alors que la stimulation du STG et du STS bénéficie davantage aux personnes plus âgées. Un niveau de performance initial plus faible est également associé à bénéfice post-TMS plus élevé. Les analyses finales, qui incluront des mesures de l’anatomie et de l’activité cérébrale, permettront d’éclaircir les mécanismes sous-jacents. 

Chez les personnes atteintes de lésion médullaire, la restauration de la marche est citée comme une priorité. La période optimale pour l’intervention thérapeutique post-lésion médullaire n’a été pas toujours établie. Nous avons développé la première stratégie de neurostimulation qui cible directement le cortex moteur en synchronie avec le mouvement. En faisant varier la période de notre intervention thérapeutique, la stimulation corticale a été appliquée 30 min/jour pendant l'entraînement sur tapis roulant pour 3 semaines, débutant à 1 (groupe aigu, n=2), 4 (groupe sous-chronique, n=2) ou 8 semaines (groupe chronique, n=1) après lésion spinale chez le rat. Des analyses comportementales de cinématique et de test d’échelle horizontale ont été réalisés en état intact, après lésion médullaire, et au cours 15 semaines suivant la lésion. Dès la première semaine de traitement, la hauteur du pas de la patte en déficit moteur ainsi que les performances sur l’échelle sont améliorées pour les 3 groupes. Un mois après, ces résultats ont été maintenus pour le groupe aigu et sous-chronique. Ces données préliminaires nous donnent des indices encourageants pour optimiser les effets bénéfiques de notre intervention thérapeutique sur la récupération motrice à long terme post-lésion médullaire.

Les lésions incomplètes de la moelle épinière (LME) induisent des déficits moteurs chroniques. Notre laboratoire a développé une nouvelle neuroprothèse qui stimule le cortex moteur et la moelle épinière en synchronie avec la marche. Les rats sont implantés avec des électrodes électromyographiques (EMGs) dans les muscles des membres postérieurs, une matrice de 32 électrodes dans le cortex moteur et deux électrodes épidurales sur les segments spinaux lombaire (L2) et sacrée (S1). Une LME incomplète (T9) induisant une paralysie d’un membre postérieur est ensuite effectuée.  Les rats sont ensuite entraînés sur un tapis roulant pour 3 semaines avec une stimulation corticale et/ou spinale. Les rats contrôles ne sont pas stimulés. Les effets immédiats et chroniques de la stimulation corticale et/ou spinale sur le patron de marche sont évalués en analysant la cinématique du mouvement pendant la marche sur un tapis roulant et les performances lors de la traversée d’une échelle. Nos résultats montrent que la stimulation cortico-spinale est plus efficace pour réduire le déficit du pied tombant causé par la LME par rapport aux stimulations spinales ou corticales seules. De plus, le contrôle moteur volontaire des groupes ayant reçu la stimulation corticale ou cortico-spinale était significativement amélioré par rapport aux groupes contrôles ou soumis à des stimulations spinales seules. Notre neuroprothèse cortico-spinale représente un outil prometteur pour la rééducation motrice. 

INTRODUCTION: Le cortex moteur primaire (M1) possède un réseau de connexions avec les aires pariétales et prémotrices. Dans des expériences récentes, nous avons montré que l’aire 5 pariétale ainsi que les aires prémotrices dorsale (PMd) et ventrale (PMv), possède chacune des connexions anatomiques avec une zone spécifique de la représentation de la main de M1.

OBJECTIF: Notre but est de comprendre si ce patron de projections créer des modules fonctionnels dans la représentation de la main de M1, chacun étant principalement modulé par une des aires distantes.

MÉTHODES: Nous avons implanté des matrices d’électrodes dans PMv, PMd et l’aire 5 ainsi que dans la représentation de la main de M1 du même hémisphère. Chez des singes sous sédation, nous avons envoyé des microstimulations intracorticales à partir de divers électrodes pariétales et prémotrices, tout en enregistrant l’activité neuronale dans M1.

RÉSULTATS: Nos résultats suggèrent que PMd, PMv et l’aire 5 produisent chacun un schéma unique de modulation sur les neurones de M1. Le patron de modulation de PMd et PMv se caractérisait par des effets facilitateurs à courte latence suivis d'effets inhibiteurs de longues latences. Cependant, les effets modulateurs étaient plus élevés pour l’aire 5 et se caractérisaient par une réponse triphasique.

CONCLUSION: Cette étude met en évidence les différences potentielles entre la contribution des différentes aires corticales dans la production des mouvements de la main.

INTRODUCTION: La stimulation thêta-burst intermittente (STBi), une forme spécifique de stimulation magnétique transcrânienne (TMS) peut moduler l'excitabilité corticospinale de la zone cible. À ce jour, la littérature se concentre sur les effets de la STBi sur un seul muscle appelé «hotspot», étant celui le plus modulé par la stimulation. Toutefois, il est bien connu qu’une zone corticale a un pouvoir d’action sur un champ musculaire et non un muscle en particulier. Il est donc essentiel de comprendre l’effet de la STBi sur l’ensemble du champ musculaire de la zone stimulée.

OBJECTIF: Cette étude vise à évaluer l’effet de la STBi sur le champ musculaire du membre supérieur chez l’humain sain.

MÉTHODE: L’effet de la STBi est évalué par l’étude des modifications de cartographie corticale, avant et après, un traitement de STBi. Le muscle «hotspot» est le premier interosseux (FDI) et sera enregistré simultanément à six autres muscles de l’avant-bras et de la main. La méthode pseudo-aléatoire (pseudorandom-walk) sera préconisée pour cartographier l’aire corticale entourant la zone stimulée.

RÉSULTAT: Les résultats de cette étude nous permettront de mieux comprendre les effets de la STBi dans le cadre de modèles de divergence corticospinale et couplage musculaire.

CONCLUSION: Une meilleure compréhension de la complexité des effets évoqués par la STBi chez l’humain pourrait favoriser l’optimisation des effets des traitements de TMS pour la récupération du membre supérieur après un AVC.

Problématique. Le manque du mot, plus marqué pour les verbes d’action que pour les objets, est la plainte cognitive la plus importante chez les personnes aînées. La Stimulation Magnétique Transcrânienne répétitive (rTMS) est une méthode de stimulation non invasive du cerveau qui permet de moduler l’excitabilité de la zone visée et modifier son fonctionnement. La rTMS appliquée sur le cortex préfrontal dorsolatéral gauche réduit la latence chez l’adulte pour nommer une action. Aucune étude n’a été réalisée chez les personnes saines aînées. La dénomination d’actions est meilleure avec des vidéos plutôt que des images. L'objectif est de déterminer l’effet de la rTMS sur la performance de dénomination d’actions avec vidéos chez des personnes aînées en santé.

Méthodologie et résultats. Nous recruterons 30 participants aînés en santé. Un protocole rTMS de facilitation sera appliqué sur 3 aires cérébrales : 2 connues pour moduler la dénomination d’actions et une aire contrôle. Après la stimulation rTMS de chaque région, les participants dénommeront des actions. Les résultats préliminaires prédisent que la rTMS aux aires cérébrales liées à la tâche réduit le temps de réponse pour la dénomination d’actions.

Contribution. Étudier l’effet de la rTMS sur la dénomination d’actions chez des personnes aînées en santé permettra de mieux connaître les aires cérébrales spécifiques aux actions. Ceci guidera le développement de protocoles de rééducation chez des populations pathologiques.

Les mouvements rythmiques sont produits par des réseaux de neurones capables de générer un patron de décharge rythmique.  Les mécanismes sous-jacents à cette rythmogénèse sont encore peu compris. Le réseau responsable de la mastication est situé dans le tronc cérébral où nous avons identifié des neurones, dans le noyau sensoriel principal trigéminal (NVsnpr), capables de générer une activité rythmique sous l’influence des astrocytes qui en libérant une protéine pouvant chélater le Ca²⁺ augmentent une conductance sodique persistante (I_NaP) rythmogénique. Le but de ce projet est de valider in vivo ces données obtenues in vitro. En premier lieu, nous avons examiné si la manipulation des neurones du NVsnpr produisait la mastication ou altérait la mastication produite par la stimulation de l’aire corticale masticatoire (ACM). Pour cela, nous utilisons des souris transgéniques exprimant la ChR2 sous le contrôle des promoteurs neuronaux VGluT2 ou Thy1. La photostimulation de l’ACM a induit la mastication dans 20/24 souris. Dans 2 souris, la fréquence et l’amplitude masticatoire ont diminué suite à l’injection dans le NVsnpr de riluzole ou de 4,9TTX (bloqueurs de I_NaP). De plus, la photostimulation bilatérale du NVsnpr a induit des mouvements masticatoires (n=1). Ces données préliminaires suggèrent que le NVsnpr est impliqué dans la genèse des mouvements masticatoires. Nos prochaines expériences porteront sur la modulation des réseaux astrocytaires du NVsnpr afin d’évaluer leur rôle.

Le segment initial de l’axone (SIA) est un compartiment hautement spécialisé de l’axone proximal qui facilite le début et la propagation des potentiels d’action (PAs) et régule la polarité neuronale. Des études récentes ont montré que cette structure n’est pas statique, comme on l’a toujours supposé, mais qu’elle subit des changements plastiques dans sa longueur et son emplacement de façon homéostatique. Bien que ces phénomènes aient été récemment décrits dans plusieurs études, les mécanismes qui en sont responsables restent encore peu connus et compris, mais il appert de plus en plus que les cellules gliales y contribuent. Près du SIA et tout au long de l’axone cohabitent des oligodendrocytes et des astrocytes, qui peuvent se coupler ensemble pour former des réseaux appelés pangliaux. À l’aide des techniques d’enregistrement électrophysiologique, d’immunohistochimie et de microscopie confocal nous étudions comment les cellules gliales, en particulier les réseaux pangliaux, contribuent aux changements plastiques du SIA et à la modulation de la propagation des PAs le long de l’axone. Nos résultats préliminaires montrent un changement significatif de l’excitabilité neuronale après une stimulation prolongée et un effet hyperpolarisant avec le blocage des réseaux astrocytaires. Ces changements ont un impact important sur l’excitabilité neuronale et la modulation du PA.